Влажность пиломатериалов

Влажность древесины и сухой пиломатериал.

Влажность древесины и сухой пиломатериал

На наш взгляд, самый противоречивый вопрос в просторах интернета. Давайте детально, основываясь на ГОСТ ответим на этот вопрос. Так же, основываясь на опыте и практических примерах, попробуем разобраться и дать логические ответы на все вышеперечисленные вопросы.

Влажность древесины — это отношение массы влаги, находящейся в объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины.

Влажность пиломатериалов измеряют влагомером.

Дерево это живой материал, который растет, спит, дышит. Большинство показателей в древесине из-за этого меняется из года в год. А такой показатель, как влажность в древесине, а также влажность сухого пиломатериала меняется ДАЖЕ в течение года. Данный показатель зависит от времени года, от района, места произрастания.

Два основных показателя от которых зависит естественная влажность древесины.

Например, по весне, когда природа оживает, просыпается, у дерева тоже начинается «новая жизнь»- сокодвижение, если его срубить в данный период, то естественная влажность будет максимальной. В зимний период — минимальной, чем в весенне-летний период, отсюда, кстати, и есть такое понятие как «зимний лес».

Так же на влажность древесины влияет регион, место произрастания.

Например, на болотистых почвах у древесины самая высокая естественная влажность, на сухих торфяниках самая низкая. Когда древесина приходит менее влажная она и сушится быстрее, и процесс сушки мягче и разрывает ее меньше.

Когда древесина приходит менее влажная она и сушится быстрее, и процесс сушки мягче и разрывает ее меньше.

Сухой пиломатериал

Транспортную влажность и мебельную влажность получают путем сушения.

Влажность древесины бывает:

• Естественная влажность (40-60%)
• Транспортная влажность (18+/-2%)
• Мебельную влажность (8+/-2%).

Влажность древесины зависит от применения пиломатериалов.

• Естественную влажность 40-60% применяют для опалубки, в стропильную систему, для обрешетки и др.
• Древесину мебельной влажности 8 +/-2% применяют, название уже дает подсказку, в первую очередь и большую часть в мебельном производстве, а так же для производства клееного бруса.
• Во всех остальных случаях используют древесину транспортной влажности 18 +/-2% и применяют для любого строительства, для производства пиломатериалов, например, блок-хауса, шпунта и т.д.

Иногда клиент приходит и говорит: «Я хочу влажность бруса 8%.»

Спрашиваешь: «Для чего?»

Ответ: «Мне сказали (я прочитал) так будет лучше».

Основываясь на ГОСТ 8486-86 и на опыте, для строительства транспортная влажность это самая оптимальная влажность. Потому что при влажности 18 +/-2% пиломатериалы не коробит, не выкручивает, он не синеет, не подвержен грибковому заражению. Пиломатериал транспортной влажности полностью оправдывается свои физико-механические характеристики в строительстве.

Так же убеждение, что брус можно высушить до 8% абсолютно неверно, и такого бруса еще никто никогда не видел. Брус высушить меньше 20% невозможно, да верхние слои никто не спорит можно высушить и до влажности меньше чем 20%, а вот сердцевина? Влажность бруса в сердцевине достигает 20%, что соответствует ГОСТ и DIN. При данной влажности брус и доску не коробит, не выкручивает, он не синеет, не подвержен грибковому заражению.

Так же есть интересные данные, которые внесены в таблицу ниже.

Основываясь на данные таблицы, равновесная влажность древесины 17-18,5 %, если исходить из среднестатистических данных (влажность воздуха 80-85% и температура +10 С). Логично, что для строительства дома из бруса влажность меньше чем 20% просто не нужна. Строительный объект от этого ничего не «выиграет».

Можно, конечно, услышать аргумент про клееный брус, его сушат до влажности 8% .

1. Во-первых, сушат не брус, а ламели (доску).
2. Во-вторых, производителям клееного бруса ламели в дальнейшем нужно склеить, чтобы они плотно сходились и со временем не расклеивались, не рассыхались.

В принципе, отсюда и пошел клееный брус плохого качества. Плохо высушили, потому что высушить доску, не говоря уже о брусе, до влажности 8 +/-2% непросто, не досушили, схитрили и со временем брус может рассыхаться, ламели отпадать.

Так же приходят клиенты, которые говорят, что вот мы сносили дом моей бабушки, и мы так и не смогли его разобрать. Крыша «съехала», а сруб, как стоял «вкопанный», так и стоял.

И клиент с восклицанием подытоживает: «Вот строили же!».

Конечно, раньше никто не гнался построить, как можно быстрее, дешевле, никто не гнался за «новыми технологиями». А спиливали дерево, окоряли, давали время бревну вылежаться, а потом уже только собирали.

А как получается сейчас? Все делается с точностью наоборот. Клиент хочет быстрее и дешевле, производитель дает, то, за что готов платить клиент. Вот и общий результат.

Стремление заведомо сэкономить, портит мнение про самый лучший природный строительный материал. Дерево повторимся это живой материал, он «выживает» только в руках профессионалов.

Влажность пиломатериалов

На сегодняшний день влажность пиломатериала (обрезного) в лесных товарах должна определяться методами, которые стандартизированы ГОСТом 16483.7-91. Водосодержание (влажность) пиломатериала принято выражать через отношение разницы между массой влажных и сухих пиломатериалов к совершенно сухому пиломатериалу. К экспресс-методам, по которым определяется влажность пиломатериала и деревьев относятся измерения при помощи разных типов влагомеров.

Влажность деревьев

В растущих деревьях влажность изменяется исходя из их положения в древостое, местопроизрастания, наличия биоповреждений и ран, санитарной характеристики, времени суток и поры года. Благодаря исследованиям ученых было установлено, что влажность древесины в различных частях деревьев по высоте сечения их стволов оказывается неодинаковой. Например, у здоровой ели влажность спелодревесной части остается неизменной (от 32 до 48%), а вот среднегодовая влажность заболони летним вечером составляет 150%, утром — 186%, в середине дня — 132%.
Древесина молодого дерева из-за малой доли или отсутствия спелой древесины (ядра), содержит намного больше влаги, чем древесина дерева, достигшего возраста спелости. Повышенная влажность древесного сырья увеличивает его массу. Вследствие этого растут и затраты на его транспортировку. Кроме того влажность пиломатериала приводит к крупным энергетическим затратам, поскольку с повышением влажности удорожается сушка сырья.

Влажность пиломатериалов

Древесине, которая была выдержана в воздухе с относительно стабильной температурой и влажностью, свойственно приобретать равновесную (устойчивую) влажность. Величина, которую составляет равновесная влажность пиломатериала, зависит от наличия ядра, отличий в плотности разных пород и закрытием пор. У массивной древесины при сорбции (поглощении влаги) влажность может быть немного меньше, чем при десорбции. Данная разница получила название гистерезис сорбции. Щепа, опилки и прочая измельченная древесина, отличающаяся довольно большой удельной долей поверхностного соприкосновения с воздухом, не показывает таких различий при десорбции и сорбции, т.е. ее влажность будет полностью совпадать с равновесной. Что касается досок шириной свыше 100 мм и толщиной 15 мм, то у них гистерезис сорбции равен 2,5%. Формирование сучков (табачных) и появление трещин по сухобокости у деревьев приводит к нарушению устоявшегося баланса влаги. С ростом давления в среде перегретого пара равновесная влажность пиломатериала несколько повышается.
Древесина после длительного нахождения в воде имеет показатель влажности выше 100%. Такое сырье принято считать мокрым. Влажность свежесрубленных деревьев находится в пределах 50-100%, а транспортная влажность пиломатериала не должна превышать 22%. Для того, чтобы древесину можно было считать абсолютно сухой ее влажность должна составлять 0%.
При использовании на лесопильном производстве свежесрубленной древесины, с малым сроком сушки, в ее внутренних слоях остается достаточное количество влаги для развития и роста дереворазрушающих грибов. Влажность пиломатериала, которая повышается из-за деятельности дереворазрушающих грибов принято называть биогенной влажностью.

О влажности пиломатериалов

Древесина в подходящих условиях способна сохранить прочность сто и более лет. Ее враг – сырость. Деревянные дома приходят в негодность из-за биологического разложения древесины под воздействием грибов и бактерий, живущих во влажной питательной среде, коей является сырая древесина.

После спиливания дерево начинает терять естественную влагу, которая являлась его соком. В естественных условиях высыхание может длиться годами, особенно во влажном климате. Строительный лес и прочую промышленную древесину сушат принудительным способом, чтобы не ждать, а также получить предсказуемое качество материала.

Одна из основных характеристик древесины – относительная влажность. Она выражается соотношением между первоначальным весом деревянного изделия и его весом в полностью сухом состоянии. В древесине присутствует гигроскопическая или связанная влага (пропитывающая оболочки клеток), а также свободная – она же капиллярная влага (содержащаяся внутри клеток и в межклеточном пространстве).

В процессе высыхания древесину первым делом покидает именно капиллярная влага, а связанная – выходит намного медленнее. Чтобы ускорить сушку древесину помещают в сушильную камеру, где выдерживается оптимальный тепловой режим.

Из-за неравномерности структуры, результаты сушки древесины могут быть непредсказуемы. Проблемы могут возникнуть и по причине нарушения технологии сушки. Еще хуже, если древесина недосушена, т.к. конструкции из нее могут не соответствовать расчетной прочности. К тому же, остаточная влага будет покидать древесину, которая уже находится в конструкции. И если деревянные элементы закрыты отделками, то влага появится на них в виде некрасивых пятен.

Наличие влаги в древесине часто становится причиной образования плесени, которая в свою очередь «съедает» ткань древесины. Всего за несколько месяцев гниль способна «перегрызть» толстенную балку, если этот процесс своевременно не предотвратить.

Надо заметить, что повышенная влажность в деревянном доме может обесценить все его положительные качества. Вместо здорового микроклимата можно получить влажный спертый воздух, насыщенный болезнетворными бактериями и спорами плесени. Но и абсолютно сухим дерево само по себе не бывает. К строительной древесине применимо такое понятие как равновесный уровень влажности. Это такой уровень, при котором древесина ни отдает, ни поглощает влагу, т.е. находится в относительно стабильном состоянии.

Выбор качественной древесины

Профессиональные строители рекомендуют приобретать конструкционную древесину на лесоторговых складах или на специализированных фирмах. Серьезные производители сопровождают свою продукцию сертификатом соответствия, санитарно-гигиеническим сертификатом и паспортом. В этих документах указывается наименование изделия, адрес изготовителя, санитарные соответствия, рекомендуемую сферу применения, а также необходимые условия хранения и транспортировки.

Но, к сожалению, даже наличие полного пакета документов не гарантирует абсолютное качество сушки, поскольку древесина неоднородна, как и любой природный материал. Приобретая конструкционную древесину, следует измерить ее влажность. Для этого предназначены специальные портативные приборы – измерители влажности, которые должны быть в наличие у продавца. Если такого прибора нет, то это повод задуматься о профессиональном уровне организации. В свою очередь стоит поинтересоваться и сроком хранения древесины на складе. Чем он больше, тем выше вероятность нарушения влажностного режима при хранении.

У сырой древесины есть также и внешние признаки, хотя и не всегда обязательные. К таковым относятся плесневые очаги, синева, коробление или винтообразные искажения. Однако достоверно о влажности древесины по внешним признакам может судить только профессиональный столяр или профильный специалист. Неопытный человек почувствует это только в процессе обработки дерева, например, когда стружка, снятая рубанком, очень легко сминается.

При отсутствии прибора измерения влажности древесины можно воспользоваться сравнением пиломатериалов по весу с нормативными значениями (см. табл.). Правда, это имеет смысл делать только при значительном увлажнении материала.

Влажность пиломатериалов

Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением.

Понятие влажность используется для количественной характеристики содержания воды в древесине.

Влажность – это выраженное в процентах отношение массы воды, содержащейся в образце к массе сухой древесины: W = (M — M0) / M0 * 100, где M — начальная масса образца древесины, г, а M0 — масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Влажность может быть измерена прямыми или косвенными методами. Прямые методы основываются на выделении воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но довольно продолжительные. Этого недостатка лишены косвенные методы, которые основаны на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине (например, электропроводность). Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры. Но косвенные способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания при влажности древесины в диапазоне от 7 до 30 % и лишь только в месте введения игольчатых контактов.

Вода в древесине может находиться в двух формах: в связанной или в свободной. Связанная вода находиться в клеточных стенках и удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания сильно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах, удерживается только механическими связями. Свободная вода удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.

Когда проводят испытания по определению физико-механических свойств древесины её приводят к нормализованной влажности – 12 %.

По степени влажности древесина может быть:

мокрая, W > 100%, длительное время находившаяся в воде,

свежесрубленная, W = 50-100%, сохранившая влажность растущего дерева,

воздушно-сухая, W = 15-20%, выдержанная на открытом воздухе,

комнатно-сухая, W = 8-12%, долгое время находившаяся в теплом помещении, абсолютно-сухая, W = 0, сушка проводилась при температуре t=103±2°C.

Усушка – это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении из неё связанной воды. Удаление свободной воды не вызывает усушки. Чем больше клеточных стенок в единице объёма древесины, тем больше в ней связанной воды и выше усушка.

Усушка древесины в тангенциальном направлении в 1,5 — 2 раза больше, чем в радиальном.

Полная усушка (или максимальная усушка Bmax) — это уменьшение линейных размеров и объёма древесины при удалении всего количества связанной воды.

Формула для вычисления полной усушки, %, имеет вид:

Bmax = (Аmax — Аmin) / Аmax * 100

где Аmax и Аmin — размер (объём) образца соответственно при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок и в абсолютно-сухом состоянии, мм (мм3).

Полная линейная усушка древесины распространённых отечественных пород в радиальном направлении примерно 3-7 %, в тангенциальном 8-10 %, а вдоль волокон 0,1-0,3 %. Полная объёмная усушка составляет около 11-17 %.

Усушка древесины учитывается при распиловке брёвен на доски (делаются припуски на усадку), при сушке пиломатериалов и т.д.

В результате неодинаковых изменений объёма тела при сушке возникают внутренние напряжения в древесине, не связанные с внешними нагрузками.

Полные сушильные напряжения можно рассматривать как совокупность двух составляющих — влажностных и остаточных напряжений.

Влажностные напряжения вызываются неоднородной усушкой материала. В поверхностной части доски, где влажность ниже, чем в центре, из-за стеснения свободной усушки возникают растягивающие напряжения, а внутри доски — сжимающие. Остаточные напряжения обусловлены появлением в древесине неоднородных остаточных деформаций. Остаточные напряжения в отличие от влажностных не исчезают при выравнивании влажности в доске и наблюдаются как во время сушки, так и после её полного завершения.

Если растягивающие напряжения достигают предела прочности древесины на растяжение поперёк волокон, то появляются трещины. Так появляются поверхностные трещины в начале сушки и внутренние в конце сушки.

Коробление это изменение формы пиломатериалов и заготовок при сушке, а также выпиловке или неправильном хранении. Коробление может происходить из-за различия усушки по разным структурным направлениям. Различают поперечную и продольную покоробленность. Поперечная покоробленность бывает: желобчатая, трапециевидная, ромбовидная, овальная. Продольная покоробленность бывает по кромке, по пласти и крыловатость.

Коробление может возникать при механической обработке сухих пиломатериалов: при несимметричном строгании, ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных напряжений.

Влагопоглощение – это способность древесины вследствие её гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воздуха. Влагопоглощение практически не зависит от породы. Сухая древесина, помещённая в очень влажную среду, сильно увлажняется, что ухудшает её физико-механические характеристики и снижает биостойкость. Для защиты древесины от влияния влажного воздуха, поверхность деревянных деталей и изделий покрывают лакокрасочными и плёночными материалами.

Разбухание –это увеличение линейных размеров и объёма древесины при повышении в ней содержания связанной воды. Разбухание происходит при выдерживании древесины во влажном воздухе или воде. Это — свойство, обратное усушке, и подчиняется, в основном, тем же закономерностям. Так же, как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперёк волокон, а наименьшее — вдоль волокон.

Разбухание — отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединений (в бочках, чанах, судах, топорищах).

Водопоглощение – это способность древесины увеличивать свою влажность при непосредственном контакте с капельножидкой водой. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды и наибольшего количества свободной воды. Количество свободной воды зависит от объёма полостей в древесине, поэтому, чем больше плотность древесины, тем меньше её влажность, характеризующая максимальное водопоглощение.

Способность древесины поглощать воду, а также другие жидкости важна в процессах варки древесины для получения целлюлозы, при пропитке её растворами антисептиков и антипиринов, при сплаве леса.

Плотность. Это свойство характеризуется массой единицы объёма материала, и имеет размерность в кг/м3 или г/см3.

а) Плотность древесинного вещества Рд.в., г/см, т.е. плотность материала клеточных стенок, равна: Рд.в. = Мд.в. / Vд.в., где Mд.в. и Vд.в. — соответственно масса, г, и объем, см3, древесинного вещества.

Этот показатель равен для всех пород 1,53 г/см3, поскольку одинаков химический состав клеточных стенок древесины.

б) Плотность абсолютно сухой древесины P0 равна: P0 = M0 / V0, где M0, V0 — соответственно масса и объём древесины при W=0%.

Плотность древесины меньше плотности древесинного вещества, так как учитываются пустоты (полости клеток и межклеточные пространства, заполненные воздухом).

Относительный объём полостей, заполненных воздухом, характеризует пористость древесины П: П = (V0 — Vд.в.) / V0 * 100, где V0 и Vд.в. — соответственно объём образца и содержащегося в нём древесинного вещества при W=0%. Пористость древесины колеблется в пределах от 40 до 80%.

в) Плотность влажной древесины: Pw = Mw / Vw, где Mw и Vw — соответственно масса и объём древесины при влажности W. Плотность древесины зависит от её влажности. При влажности W меньше Wпн плотность изменяется незначительно, а при увеличении влажности выше Wпн наблюдается значительный рост плотности древесины.

г) Парциальная влажность древесины P`w характеризует содержание (массу) сухой древесины в единице объёма влажной древесины: P`w = M0 / Vw, где M0 — масса абсолютно сухой древесины, г или кг, Vw — объем, см3 или м3, древесины при данной влажности W.

д) Базисная плотность древесины выражается отношением массы абсолютно сухого образца M0 к его объёму при влажности, равной или выше предела насыщения клеточных стенок Vmax: Pб = M0 / Vmax. Этот основной показатель плотности, который не зависит от влажности, широко используется для оценки качества сырья в деревообработке, целлюлозно-бумажной промышленности и в других случаях.

Величина плотности древесины изменяется в очень широких пределах. Среди пород России и ближнего зарубежья древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (345), ива белая (415), а наиболее плотную — самшит (1040), ядро фисташки (1100). Диапазон изменения плотности древесины иностранных пород шире: от 100-130 (бальза) до 1300 (бакаут). Значения плотности здесь и ниже даны в килограммах на метр кубический (кг/м3).

По плотности древесины при 12% влажности породы делятся на 3 группы:

малая плотность Р12 740.

Проницаемость – это способность древесины пропускать жидкости или газы под давлением.

Водопроницаемость древесины вдоль волокон значительно больше, чем поперёк волокон, при этом у древесины лиственных пород она в несколько раз больше, чем у хвойных.