Древесина относится к тем материалам, которые чутко реагируют на изменения во внешней среде, в первую очередь на колебания температуры и влажности. Одно из ключевых свойств дерева - способность поглощать атмосферную влагу, т.е. гигроскопичность.
Что такое естественная влажность древесины?
Под естественной влажностью древесины подразумевают ту влажность, которая имеется в еще растущем состоянии дерева либо после его спиливания и распиливания на отдельные элементы без какой бы то ни было дополнительной сушки. Этот показатель варьируется в очень широких пределах - в среднем от 30% до 80%, конкретные цифры зависят от конкретного вида древесины.
Хвойные породы характеризуются наибольшей естественной влажностью:
- Ель - 90%;
- Разные виды сосен - 88-92%;
- Пихта - 90-92%;
- Лиственница - 80-82%
Мягкие лиственные породы:
- Ива - 85%;
- Осина, ольха - 80-82%;
- Липа - в среднем 60%.
Твердые лиственные породы:
- Разные сорта берез - 68-78%;
- Бук - 65%;
- Вяз - 75-78%;
- Граб - 60%;
- Дуб - 50%.
При этом древесина, срубленная в зимний период имеет меньший уровень влажности, чем летняя.
Как и зачем древесину просушивают?
После распиливания на отдельные доски/брусья древесина высушивается в атмосферных условиях либо с применением камер, гидрофобных жидкостей, различных нагревательных элементов.
Сушка древесины защищает или по крайней мере снижает вероятность ее гниения, предотвращает деформации формы и размеров, улучшает качество отделки готового изделия, повышает прочность клеевых соединений. В процессе сушки происходит не только уменьшение веса деревянного элемента за счет потери воды, но и небольшое изменение размеров - до 5-7% в длину, ширину либо высоту.
Главная цель сушки - привести древесину к т.н. равновесной влажности, т.е. такой, которую она бы приобрела спустя определенное время эксплуатации в конкретных условиях. Если этого не сделать искусственно, то процесс будет происходить естественным путем - к примеру, двери начнут сыреть и набухать, паркет или вагонка могут ссохнуться, и в итоге на стыках отдельных элементов появятся щели и т.д.
В зависимости от того, где и в каких условиях впоследствии эксплуатируется изделие из данной древесины, ее высушивают до определенного уровня влажности. Так для напольных покрытий оптимальной влажностью будет 6-8%, для тех предметов, которые будут контактировать с атмосферным воздухом (т.е. оконных рам, дверей) - 11-12% или даже более в случае влажного климата в регионе.
Древесина является довольно пористым материалом, содержащим большое количество капиляров, наполненных влагой. На практике влажность древесины определяется как отношение веса воды, содержащейся в дереве к весу абсолютно сухой древесины. Существует понятие «свободной» и «связанной» влаги. «Свободная» влага содержится в порах и капилярах дерева. «Связанная» влага та, которая содержится непосредственно в клетках дерева.
При высыхании дерево дает усушку – уменьшается в размере (объеме). При этом уменьшение размера вдоль волокон (по длине доски) практически не происходит, но вот в направлении, поперечном ходу волокон, происходит значительное изменение размеров (по толщине и ширине доски). Величина этого изменения зависит от породы древесины и конкретного значения изменения влажности древесины. В жизни самые неприятные сюрпризы связаны с изменением ширины доски.
Например, если Вы стелите пол доской имеющей естественную влажность, то уменьшение её ширины со временем может быть настолько значительным, что две соседние доски потеряют зацепление друг с другом. В этом случае, для удаления щелей, Вам придется оторвать все доски от лаг и настелить их заново, согнав впритык.
«Какую же влажность должна иметь доска?», — спросите Вы. Всё просто – любое деревянное изделие, в процессе его эксплуатации стремится к так называемой «равновесной влажности». «Равновесная влажность» определяется температурой и влажностью воздуха в той среде, где будет находиться доска. Значения этой влажности Вы можете увидеть в таблице. Для жилого помещения она составляет в среднем 8-10%, для улицы она составляет в среднем 12-14%. Логично из этого следует, что сырая доска будет усыхать в помещении, теряя в своей ширине, с другой стороны сухая доска будет увлажняться вне помещения, расширяясь.
Естественная влажность, конечная влажность древесины
Естественная влажность — это влажность, присущая древесине в растущем или только что спиленном (распиленном) состоянии, без дополнительной сушки. Естественная влажность не нормируется и может составлять от 30% до 80%. Естественная влажность древесины колеблется в зависимости от условий произрастания и времени года. Так, естественная влажность свежеспиленных деревьев в «зимнем» лесу традиционно меньше влажности свежеспиленных деревьев в «летнем» лесу.
Начальная влажность — тоже самое, что и естественная влажность. Только что срубленное дерево обладает максимальной влажностью, которая для различных пород может даже превышать 100%. Дерево бальса может иметь влажность в свежесрубленом состоянии, доходящую до 600%. На практике мы имеем дело с меньшими значениями (30-70%), т.к. после рубки проходит какое-то время до момента распиливания дерева и помещения его в сушилку и оно, конечно, теряет некоторое количество воды. Мы принимаем за начальную влажность то значение влажности древесины, которое она имеет перед отправкой в сушильную камеру.
Конечная влажность — это та влажность, которую мы хотим получить после полного цикла сушки. В этом случае принимается во внимание назначение изделие, изготавливаемого из высушенной древесины.
Прежде всего, сушка древесины это процесс удаления влаги из древесины путем ее испарения.
Сушка древесины - одна из важнейших операций в процессе обработки древесины. Древесину сушат после лесопиления, но перед деревообработкой. Древесину сушат в целях её предохранения от поражения деревоокрашивающими и дереворазрушающими грибами при ее дальнейшем хранении и транспортировке. Сушка предупреждает древесину от изменения формы и размеров в процессе изготовления и эксплуатации изделий из нее, улучшает качество отделки древесины, склеивания. Влажность, до которой сушат древесину, зависит от сферы её дальнейшего применения. Весь смысл сводится к тому, чтобы довести влажность доски до такого же значения, которого достигло бы со временем изделие из этой доски в процессе эксплуатации в данных условиях. Такое значение влажности называется «равновесной влажностью», оно зависит от влажности и температуры окружающего воздуха. Например, доска, из которой будет изготавливаться паркет и прочие изденлия, эксплуатируемые внутри помещений — должна иметь влажность 6-8% так как именно такая влажность будет являться равновесной. Для изделий, которые будут эксплуатироваться в контакте с атмосферой, (например: деревянные окна, внешняя обшивка дома) равновесной влажностью будет 11-12%.
Вы спросите: «А что будет в противном случае?» Отвечаем: В противном случае будет то, что встречается в России сплошь и рядом, а именно потребитель столкнется с проблемами. Представьте, что Вы купили вагонку для того, чтобы обшить стены внутри Вашего загородного дома или дачи. Если Вы купите у нерадивого производителя вагонку, изготовленную из сырой доски и укроете ею стены своего дома, то она начнет медленно высыхать естественным образом в уже установленном состоянии. Обратимся к таблице равновесной влажности и опыту. Если Вы натопите зимой помещение до 25 градусов по Цельсию, то при типовой для зимы влажности воздуха внутри помещений в 35%, значение равновесной влажности для доски в таком помещении составит 6,6%. На базах и рынках вагонка очень часто может иметь влажность от 14% и выше (мы встречали и 30%). Далее представьте, что ваша вагонка начинает высыхать, теряя воду из своих пор. Высыхая идет процесс, называемый «усушкой» и выражающийся в уменьшении размеров деревянного изделия. Величина усушки зависит от породы древесины, направления волокон в изделии и т.д. Основная усушка идет поперек волокон (соответственно по толщине и ширине Вашей вагонки). Когда Ваша вагонка высохнет в установленном состоянии до равновесной влажности, Вы, в самом худшем случае рискуете не просто увидеть, что обшивка разошлась местами, а получить щели между досками, шириной чуть ли не в палец.
В промышленности используют различные технологии сушки древесины, различающиеся как применяемым оборудованием, так и особенностями передачи тепла высушиваемому материалу.
Классификация видов и способов сушки обычно и базируется на методах передачи тепла, по которым можно выделить четыре технологии сушки древесины:
- конвективная технология сушки;
- кондуктивная технология сушки;
- радиационная технология сушки;
- электрическая технология сушки;
Каждый вид сушки может также иметь несколько разновидностей в зависимости от типа сушильного агента и особенностей применяемого оборудования для сушки древесины. Существуют также комбинированные технологии сушки древесины, в которых одновременно применяют различные виды передачи тепла (например, конвективно-диэлектрическая) или совмещаются другие признаки различных технологий сушки древесины.
Самостоятельные технологии сушки
Камерная сушка
Камерная сушка. Это основная промышленная технология сушки древесины, осуществляемая в лесосушильных камерах различных конструкций, куда пиломатериалы загружают штабелями. Сушка происходит в газообразной среде (воздухе, топочных газах, перегретом паре), которая путем конвекции передает теплоту древесине. Для нагревания и циркуляции сушильного агента сушильные камеры снабжают нагревательными и циркуляционными устройствами.
При камерной технологии сушки древесины сроки просыхания пиломатериалов сравнительно небольшие (от десятков часов до нескольких суток), древесина просыхает до любой заданной конечной влажности при требуемом качестве, процесс сушки поддается надежному регулированию.
Атмосферная сушка
Второй по значению и распространению на лесопильных предприятиях способ промышленной сушки древесины, осуществляемый в штабелях, размещенных на специальной открытой территории (складах), омываемых атмосферным воздухом без подогрева. Преимущество атмосферной технологии сушки древесины-сравнительно низкая себестоимость. Кроме того, этот способ является наиболее щадящим. Недостатки: сезонность (зимой сушка практически прекращается); большая продолжительность; высокая конечная влажность. Атмосферную технологию сушки древесины применяют, главным образом, для сушки пиломатериалов на лесопильных предприятиях до транспортной влажности и на некоторых деревообрабатывающих предприятиях для подсушки и выравнивания начальной влажности пиломатериалов перед сушкой в сушильных камерах для древесины.
Сушка в жидкостях
Сушка в жидкостях осуществляется в ваннах, наполненных гидрофобной жидкостью (петролатумом, маслом), нагретой до 105-120 °С. Интенсивная передача теплоты от жидкости к древесине позволяет сократить срок сушки по сравнению с камерной в 3-4 раза при прочих равных условиях. Этот способ применяют в технологии консервирования древесины для снижения ее влажности перед пропиткой. Попытки применить сушку пиломатериалов в петролатуме на деревообрабатывающих предприятиях не дали положительных результатов из-за того, что пиломатериалы после такой сушки не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к древесине для мебели и столярно-строительных изделий.
Кондуктивная технология сушки
Кондуктивная (контактная) технология сушки древесины осуществляется передачей теплоты материалу посредством теплопроводности при контакте с нагретыми поверхностями. Ее применяют в небольших объемах для сушки, тонких древесных материалов - шпона, фанеры.
Радиационная сушка
Радиационная сушка дерева происходит при передаче тепла материалу излучением от нагретых тел. Эффективность радиационной сушки определяется плотностью потока инфракрасных лучей и их проницаемостью в твердых влажных телах. Интенсивность потока лучистой энергии ослабляется по мере углубления в материал. Древесина относится к малопроницаемым для инфракрасного излучения материалам (глубина проникновения 3-7 мм), поэтому для сушки пиломатериалов этот способ не применяют. Его можно использовать для сушки тонколистовых материалов (шпона, фанеры), кроме того, этот способ широко применяют в технологии отделки изделий из древесины для сушки лакокрасочных покрытий. В качестве излучателей используют электроплиты, электронагревательные элементы, газовые (беспламенные) горелки, осветительные электролампы накаливания мощностью от 500 Вт и выше.
Ротационная сушка
Ротационная сушка древесины основана на использовании центробежного эффекта, за счет которого свободная влага удаляется из древесины при вращении ее на центрифугах. Механическое удаление свободной влаги достигается при величине центростремительного, ускорения не менее 100-500g (g - ускорение свободного падения). Такие ускорения из-за трудности точной балансировки центрифуги со штабелем на практике пока не достигнуты, ведутся лишь опытные разработки соответствующих устройств. В известных промышленных ротационных сушилках центростремительное ускорение не превышает 12g. При этих условиях механическое обезвоживание проявляется в небольшой степени. Однако интенсификация процесса сушки в диапазоне влажности выше предела гигроскопичности наблюдается.
При установке карусели в сушильной камере технология сушки пиломатериалов такая же, как в обычных камерах периодического действия. Продолжительность сушки на первом этапе (от начальной влажности до предела гигроскопичности) сокращается в несколько раз в зависимости от толщины, породы и начальной влажности древесины по сравнению с обычной конвективной сушкой при одинаковых режимах. Хотя ротационные сушилки экономичны и обеспечивают высокое качество сушки, промышленного использования для сушки пиломатериалов ротационный способ пока не нашел.
Вакуумная сушка
Вакуумная сушка при пониженном давлении в специальных герметичных сушильных камерах. Из-за сложности оборудования и невозможности получения низкой конечной влажности древесины вакуумная сушка самостоятельного значения не имеет. Применяют ее в комбинации с другими методами сушки и как вспомогательную операцию при подготовке древесины к пропитке.
Диэлектрическая сушка
Диэлектрическая сушка — сушка древесины в электромагнитном поле токов высокой частоты, в котором нагрев древесины происходит за счет диэлектрических потерь. Благодаря равномерному нагреву древесины по всему ее объему, возникновению положительного градиента температур и избыточного давления внутри ее продолжительность диэлектрической сушки в десятки раз меньше конвективной. Из-за сложности оборудования, большого расхода электроэнергии и недостаточно высокого качества сушки собственно диэлектрическая сушка не находит широкого применения.
Комбинированные технологии сушки древесины
Более эффективно применение комбинированных технологий сушки древесины, например конвективно-диэлектрической и вакуумно-диэлектрической. Для массовой сушки применение этих способов неэкономично, но в отдельных случаях, особенно при сушке дорогих, ответственных пиломатериалов и заготовок из трудносохнущих пород древесины эти способы могут найти применение.
Конвективно-диэлектрическая сушка
При комбинированной конвективно-диэлектрической технологии сушки древесины к штабелю, загруженному в камеру, оборудованную тепловым и вентиляторным устройствами, подводят также и высокочастотную энергию от специального генератора ТВЧ через электроды, расположенные около штабеля.
Расход теплоты на сушку в сушильной камере при этом в основном компенсируется тепловой энергией пара, подаваемого в калориферы, а высокочастотная энергия подается для создания положительного перепада температур по сечению материала. Этот перепад в зависимости от характеристики материала и жесткости заданного режима составляет 2-5°С. Качество конвективно-диэлектрической сушки пиломатериалов высокое, так как сушка ведется с небольшим перепадом влажности по толщине материала.
Вакуумно-диэлектрическая сушка
Это еще один способ сушки древесины с применением энергии ТВЧ При этой технологии используют преимущества и вакуумной и диэлектрической сушки. За счет нагрева древесины в поле ТВЧ при пониженном давлении кипение воды в древесине достигается при небольших температурах древесины, что способствует сохранению ее качества. Перемещение влаги в древесине при вакуум — диэлектрической сушке древесины обеспечивается всеми основными движущими силами влагопереноса: градиентом влагосодержания, температурой, избыточным давлением, что сокращает продолжительность сушки.
При вакуум — диэлектрической сушке штабель пиломатериалов помещают в автоклав или герметичную камеру, где вакуум-насосом создается пониженное давление среды (1-20 кПа). Чем ниже давление среды, тем ниже и температура испарения влаги и древесины при сушке. Расход теплоты на сушку обеспечивается подводом высокочастотной энергии к древесине. При использовании этой технологии сушки древесины также возникают эксплуатационные трудности - сложность оборудования, особенно наладка и эксплуатация высокочастотных генераторов, большой расход электроэнергии на сушку. Поэтому при решении вопросов о применении вакуум — диэлектрнческих камер необходимо сначала по условиям конкретного предприятия разработать технико-экономическое обоснование.
Индукционная, или электромагнитная сушка древесины
Метод основан на передаче теплоты материалу от ферромагнитных элементов (сеток из стали), уложенных в штабеля между рядами досок. Штабель вместе с этими элементами находится в переменном электромагнитном поле промышленной частоты (50 Гц), образованном соленоидом, смонтированным внутри сушильной камеры. Стальные элементы (сетки) нагреваются в электромагнитном поле, передавая теплоту древесине и воздуху. При этом происходит комбинированная передача теплоты материалу: кондуктивным путем от контакта нагретых сеток с древесиной и конвекцией от циркулирующего воздуха, нагреваемого также сетками.
Для постоянных читателей, заказчиков и посетителей моего сайта, выкладываю ГОСТ-ы регламентирующие нормативы (%) влажности строганных сухих изделий. Специально систематизировал и объединил в одну таблицу, где и в каких именно строительно-столярных работах данные изделия используют. см таб.ниже.
Нормативы влажности строганных сухих изделий. Использование в строительно-столярных работах.
| Строганное сухое изделие | Назначение | Использование | ГОСТ | Влажность, % |
| доска, брусок | внутренние работы | изготовление пола, плинтуса, наличника, подоконника | ГОСТ 8242
|
12 ± 3 |
| доска, брусок | внутренние работы | стропильная система кровли, обрешетка, контр -обрешетка, мебель | 12 ± 3 | |
| брус, доска, брусок | наружные работы | стропильная система кровли, изготовление каркаса деревянного строения и его обшивка. | 15 ± 3 | |
| доска, брусок | прочие наружные работы | изготовление заборов, обшивка малых деревянных строений | 12 ± 3 | |
| из цельной древесины | наружные и внутренние работы | несущие конструкции -балки перекрытий, лаги пола, окосячка (обсада) окон и дверей, друг. несущие элементы | ГОСТ 4981 | до 20 |
Проще это выглядит следующим образом:
Проверять данный регламент заказчику просто необходимо, т.к. на мой взгляд:
Проверять на глаз заявленные поставщиком характеристики, соответственно доверять поставщику свои деньги, действие на мой взгляд граничащие с настоящим безумием!
То каким образом я выполняю полную проверку заявленных характеристик на сайте перед поставкой своим заказчикам, предлагаю читателю посетить целый раздел моих статей посвященный каждому сечению в отдельности. В котором более подробно разобраны детали и условия: - как надо проверять заказчику своего поставщика строганных сухих изделий.
Иследование характеристик сечений строганного сухого пиломатериала, проводимое мной перед поставкой заказчикам сайта ТоргЛес Москва -
На фото приведена проверка заказчиком сайта влажности готового строганного сухого изделия на торговых площадях ТоргЛес Москва перед поставкой. Проверка производится немецким игольчатым влагомером, т.к. игольчатый влагомер выдает минимальную погрешность в производимых измерениях, т.е. позволяет установить на сколько качественно выполнен регламент ГОСТ по камерной сушке.
Для чего нужен данный ГОСТ разберем на примере.
Для наглядности публикую фото материала который не когда не был в сушильной камере . Т.е. был нарушен весь технологический цикл производства .
А именно, доска естественной влажности была прострогана на станке нарушая важный технологический цикл - камерная сушка!
На фото ниже, перед читателем половая доска сечением 140х35х6000мм. естественной влажности. Я отметметил красными кружечками дефекты из за которых данный материал после обработки на станке нельзя использовать по прямому назначению - настила чистового пола в доме.
На отдельных фрагментах данной профилированной доски видно существенные дефекты:
| Дефекты | Причина |
|
Задиры и непрострог материала. |
лезвия станка не могут нормально обработать поверхность материала из за ее высокой не однородной влажности |
| - вырывы отдельных фрагментов древесины на лицевой части доски | лезвия станка не могут нормально обработать поверхность материала из за ее высокой не однородной влажности; |
| - очень сильно заметна "гребенка" от работы неравномерно работающего станка | станок не может нормально обработать поверхность материала из за ее высокой не однородной влажности |
| - шпунт кривой и "гуляет" размером, то больше, то меньше. половицы просто не возможно в дальнейшем соединить в шим-паз | именно тут наглядно видно что доска не была в сушильной камере, т.к. станок не может нормально обработать тонкие элементы профилированной доски |
| - начавшийся быстрый процесс коробления в древесине | указывает на то что доска вообще не была в камере, т.к. доска начала выгибаться буквой "Z" |
Дерево является природным материалом, восприимчивым к колебаниям температуры и влажности. К ее основным свойствам относится гигроскопичность , то есть способность изменять влажность в соответствии с окружающими условиями. Говорят, что древесина "дышит", то есть поглощает пары воздуха (сорбция) или выделяет их (десорбция), реагируя на изменения в микроклимате помещения. Поглощение или выделения паров осуществляется за счет клеточных стенок. При неизменном состоянии окружающей среды уровень влажности древесины будет стремиться к постоянной величине, которую называют равновесной (или устойчивой) влажностью.
На способность впитывать влагу влияет не только микроклимат помещения, но и порода дерева. К наиболее гигроскопичным породам относятся бук, груша, кемпас. Они наиболее быстро реагируют на изменения уровня влажности. В отличие от них существуют стабильные породы, например, дуб, мербау и т.д. К ним относится стебель бамбука, очень устойчивый к неблагоприятным климатическим условиям. Его можно настилать даже в ванной комнате. Различные породы дерева обладают разным уровнем влажности. Например, береза, граб, клен, ясень имеют низкую влажность (до 15%) и при высыхании имеют склонность к образованию трещин. Влажность дуба и ореха умеренная (до 20%). Они относительно устойчивы к образованию трещин и высыхают не так быстро. Ольха является одной из самых устойчивых к высыханию пород. Ее влажность составляет 30%.
Влажность - одна из основных характеристик древесины. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к сухой массе древесины.
Абсолютной влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объеме древесины, к массе абсолютно сухой древесины. Согласно ГОСТу, абсолютная влажность паркета должна составлять 9%(+/- 3%).
Относительная влажность древесины - это отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе древесины во влажном состоянии.
Различают две формы воды, находящейся в древесине - связанную и свободную. Из них складывается общее количество влаги в древесине. Связанная (или гигроскопичная) влага содержится в клеточных стенках древесины, а свободная занимает полсти клеток и межклеточные пространства. Свободная вода удаляется легче, чем связанная, и в меньшей степени влияет на свойства древесины.
По степени влажности древесину различают на следующие виды :
Мокрая древесина. Ее влажность составляет более 100%. Это возможно только при условии, что древесина долгое время находилась в воде.
Свежесрубленная. Ее влажность составляет от 50 до 100%.
Воздушно-сухая. Такая древесина обычно долгое время хранится на воздухе. Ее влажность может составлять 15-20%, в зависимости от климатических условий и времени года.
Комнатно-сухая древесина. Ее влажность обычно равна 8-10%.
Абсолютно сухая. Ее влажность равна 0%.
При продолжительной сушке вода из древесины испаряется, что может повлечь за собой значительные деформации материала. Процесс потери влаги продолжается до тех пор, пока уровень влаги в древесине не достигнет определенного предела, который напрямую зависит от температуры и влажности окружающего воздуха. Аналогичный процесс происходит при сорбции, то есть поглощении влаги. Уменьшение линейных объемов древесины при удалении из нее связанной влаги называется усушкой. Удаление свободной влаги усушки не вызывает.
Усушка неодинакова по разным направлениям. В среднем полная линейная усушка в тангенциальном направлении составляет 6-10%, а в радиальном - 3.5%.При полной усушке (то есть такой, при которой вся связанная влага удалена) влажность древесины снижается до предела гигроскопичности, то есть до 0%. При неравномерном распределении влаги при сушке древесины в ней могут образовываться внутренние напряжения, то есть напряжения, возникающие без участия внешних сил. Внутренние напряжения могут являться причиной изменения размеров и формы деталей при механической обработке древесины.
Свойства древесины напрямую определяют свойства деревянных изделий. При избыточной или недостаточной влажности древесина обычно впитывает или отдает влагу, соответственно увеличиваясь или уменьшаясь в объеме. При высокой влажности в помещении древесина может разбухать, а при недостатке влаги она, как правило, усыхает, поэтому все деревянные изделия, в том числе напольные покрытия, требуют тщательного ухода. Для предотвращения деформации напольного покрытия в помещении необходимо поддерживать постоянную температуру и влажность. Это благоприятно сказывается не только на качестве и долговечности напольных покрытий и деревянной мебели, но и на здоровье людей. При резком изменении температурно-влажностного режима в помещении в древесине возникают внутренние напряжения, которые приводят у трещинам и деформациям. Оптимальная температура в помещении с паркетным полом должна составлять приблизительно 20 0 C, а оптимальная влажность воздуха - 40-60%. Для контроля температуры в помещении используются гидрометры, а относительную влажность в помещении поддерживают при помощи увлажнителей воздуха.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ
Для определения влажности древесины существует несколько способов. В бытовых условиях пользуются специальным прибором-электровлагомером. Действие прибора основано на изменении электропроводности древесины в зависимости от ее влажности. Иглы электровлагомера с подведенными к ним электропроводами вводят в дерево и пропускают через них электрический ток, при этом на шкале прибора сразу отмечается влажность древесины в том месте, где введены иглы. Многие опытные резчики определяют влажность дерева на глаз. Зная виды древесины, ее плотность и др.физические св-ва, можно определить влажность древесины по массе, по наличию трещин на торце или вдоль волокон древесины, по короблению и другим признакам. По цвету коры, ее величине и цвету древесины можно распознать спелую или свежесрубленную древесину и степень ее влажности. При обработке п/м рубанком тонкая его стружка, сжатая рукой, легко сминается - значит материал влажный. Если стружка ломается и и крошится, это указывает на то, что материал достаточно сухой. При поперечных порезках острыми стамесками также обращают внимание на стружки. Если они крошатся или выкрошивается сама древесина заготовки, это значит, что материал слишком сухой. Очень влажная древесина легко режется, и на месте порезки от стамески заметен влажный след. Но получить в итоге качественную резьбу вряд ли удасться, так как растрескивания, коробления и др.деформаций не избежать.
СУШКА ДРЕВЕСИНЫ
Сушка древесины - процесс удаления влаги из древесины до определенного процента влажности.
Сухая древесина обладает высокой прочностью, меньше коробится, не подвержена загниванию, легко склеивается, лучше отделывается, более долговечна. Любая древесина самых различных пород очень чутко реагирует на изменение влажности окружающей среды. Это свойство является одним из недостатков лесоматериалов. При повышенной влажности древесина легко вбирает в себя воду и разбухает, а в отапливаемых помещениях она усыхает и коробится. В помещении достаточна влажность древесины до 10%, а под открытым небом - не более 18%. Существует много способов сушки древесины. Самый простой и доступный - естественный вид сушки - атмосферный, воздушный . Сушить древесину надо в тени, под навесом и на сквозняке. При сушке на солнце внешняя поверхность древесины быстро нагревается, а внутренняя остается сырой. Из-за разницы напряжений образуются трещины, дерево быстро коробится. Доски, брус и др. п/м укладываются в штабеля на металлические, деревянные или иные подставки высотой не менее 50 см. Доски укладываются внутренними пластами вверх для уменьшения их коробления. Считается, что сушка досок, поставленных на кромки, происходит быстрее, так как они лучше проветриваются и влага испаряется более интенсивно, но они и больше коробятся, особенно материал повышенной влажности. Штабель п/м, заготовленных из свежесрубленных и живых деревьев, сверху рекомендуется уплотнить тяжелым грузом для уменьшения коробления. При естественной сушке на торцах всегда образуются трещины, для предупреждения их растрескивания и сохранения п/м рекомендуется торцы досок тщательно закрасить масляной краской или пропитать горячей олифой или битумом для защиты пор древесины. Обрабатывать торцы нужно сразу после поперечных перепилов в разрез. Если дерево отличается повышенной влажностью, то торец просушивают пламенем паяльной лампы, а уж потом закрашивают. Стволы (кряжи) обязательно окоряют (очищают от коры), только у торцов оставляют небольшие пояски-муфты шириной 20-25см для предупреждения растрескивания. Кору очищают для того, чтобы дерево быстрее просыхало и не поражалось жуками. Ствол, оставленный в коре, в относительном тепле с повышенной влажностью быстро загнивает, поражается грибковыми заболеваниями. После атмосферной сушки при теплой погоде влажность древесины составляет 12-18%.
Существует и несколько других способов сушки древесины.
Способ выпаривания Или запаривания использовали на Руси еще с давних времен. Заготовки распиливают на части с учетом размера будущего изделия, закладывают в обыкновенный чугун, подсыпают опилки из такой же заготовки, заливают водой и ставят на несколько часов в протопленную и остывающую русскую печь “томится” при t=60-70 0 C. При этом происходит “выщелачивание” - выпаривание древесины; из заготовки выходят естественные соки, дерево окрашивается, приобретая теплый густо-шоколадный цвет, с ярко выраженным природным рисунком текстуры. Такая заготовка легче обрабатывается, а после окончания сушки меньше растрескивается и коробится.
Способ парафинирования . Заготовки опускают в растопленный парафин и ставят в печь при t=40 0 C на несколько часов. Затем древесина еще несколько дней просыхает и приобретает те же свойства, что и после запарки: не трескается, не коробится, поверхность становится тонированной с отчетливым узором текстуры.
Способ запаривания в льняном масле . Посуда из древесины, пропаренная в льняном масле, очень водостойка и не растрескивается даже при повседневном использовании. Этот способ приемлем и сегодня. В емкость кладется заготовка, заливается льняным маслом и пропаривается на медленном огне.
Дерево - материал «живой», конструкции из него дышат и могут менять свою влажность. В этом и заключается его главное отличие от кирпича, бетона, металла… Такая особенность обуславливает наличие некоторых проблем при использовании стройматериалов из древесины, особенно это касается изменения процента влажности.
Влажность: понятие свободной и связанной влаги
В древесине основная часть воды находится в полостях клеток, межклеточных пространствах, в каналах, пустотах, трещинах - это свободная влага. Некоторое количество воды присутствует в толще клеточных оболочек - связанная влага.
Свободная (капиллярная) влага в дереве удерживается за счет простых физико-механических связей, она легко испаряется при обычной сушке. Это та вода, которую древесина может впитывать и отдавать. Когда речь заходит о влажности пиломатериалов, то имеется в виду количество именно свободной влаги.
Связанная (микрокапиллярная) влага удерживается в дереве сложными физико-химическими процессами, удаление ее связано с огромными энергозатратами. В природе она испаряется из древесины в процессе горения или естественного старения, то есть, когда клетки полностью разрушаются.
Процент влажности пиломатериалов - одна из важнейших технических характеристик, влияющих на качество и сферу применения изделий. Кроме того показатель влажности может переводить доску или брус в один из пяти сортов. Так, в ГОСТ 8486-86 говорится, что к отборным и первому-третьему сортам относятся пиломатериалы влажностью до 22 процентов (сухие) или от 22% (сырые, обработанные антисептиком), и только 4-ый сорт не нормируется по этому показателю.
Выделяют абсолютную и относительную влажность. В строительной практике обращают внимание в основном только на абсолютную, которая определяется как соотношение массы содержащейся в дереве влаги к массе сухой древесины.
Принято выделять несколько видов влажности:
- мокрая древесина (сплавная) - 100 и более процентов;
- свежепиленная - от 50 до ста процентов;
- воздушно-сухая - до 20 процентов;
- комнатно-сухая - 7-10 процентов;
- абсолютно сухая - 0 процентов.
Выделяют также понятия «полусухие» пиломатериалы, изделия из древесины «транспортной влажности» - около 22%.
Для чего нужно знать процент влажности пиломатериалов
Влажность дерева - величина нестабильная. Древесина гигроскопична, она всегда стремится войти с окружающей средой в равновесие. Влагообмен происходит постоянно, при повышении влажности воздуха пиломатериалы впитывают в себя воду из него, а при понижении - отдают. Это взаимодействие вызывает ряд процессов по изменению структуры и формы материала, таких как:
- разбухание;
- усушка;
- коробление;
- растрескивание.
При усушке пиломатериалы уменьшаются в объеме вследствие испарения влаги из древесины. Причем объем уменьшается прямо пропорционально снижению влажности. Усыхает дерево в разных направлениях неодинаково, меньше всего вдоль волокон (на 0,1-0,3%), в радиальном направлении - 4-8%, в тангенциальном - 6-10%. Объемная усушка в среднем может составлять 12-15 процентов. Чтобы после высыхания изготавливаемые пиломатериалы имели нужные размеры, при распиловке бревен, например, на брус или доску, делают припуски. При этом учитывают, что усушка зависит от плотности древесины - чем выше она, тем больше усыхает. Кстати, разные породы по-разному реагируют на изменение влажностного режима, выделяют среди них более-менее стойкие, а некоторые характеризуются плотниками и столярами как «нервные».
Разбухание -- увеличение деревянных изделий в объеме, то есть процесс, противоположный усушке. Происходит он, когда дерево эксплуатируется в условиях повышенной влажности. Увеличение объема само по себе не влияет на прочность древесины как таковой, однако может привести к нарушению формы/целостности собранных из нее конструкций.
Свойство древесины разбухать и усыхаться при кардинальном изменении влажности считается негативным. Однако, в некоторых случаях, например, разбухание бывает полезным - оно обеспечивает герметичность соединения деталей, допустим, при изготовлении деревянных лодок, бочек и т.п.
Уличные деревянные конструкции процессам разбухания и усушки подвергаются периодически, со сменой времен года. Поэтому они особо подвержены таким процессам как растрескивание и коробление, являющимися результатами постоянно меняющейся влажности.
При усушке может образовываться неравномерность распределения воды в слоях дерева, в результате чего возникает напряжение по разным направлениям, приводящее к образованию трещин. Вследствие усушки часто наблюдается искривление изделия - коробление. Оно может быть продольным или поперечным, появляется неравномерно в разных направлениях. Искривлённые пиломатериалы осложняют монтаж и могут терять несущие способности. Даже выделяют (ГОСТ 2140 81) специфический видимый порок доски - «крыловатость», то есть винтовой продольный изгиб.
Выбираем пиломатериал по проценту влажности
Пиломатериал определенной влажности предназначается для определенных целей. Использовать доску/брус влажностью 20-30 процентов допускается для строительства любых уличных сооружений - заборы, беседки, навесы, ограждения для животных и тому подобное. Кроме того брус и доска естественной влажности подойдет для обустройства некоторых конструкционных элементов при возведении домов и ремонтных работах. Например, для обустройства стропильной системы или лаг под половое покрытие. В данном случае надежность крепления не позволит при высыхании появиться трещинам и короблению. А для защиты от грибка изделия обрабатываются специальными антисептическими составами.
Из сухого пиломатериала (комнатно-сухая влажность на уровне 7-10 процентов) изготавливают строганный мелкий и крупный погонаж (вагонка, блок-хаус, плинтусы, уголки, обналичка) наружные и внутренние дверные полотна, оконные фрамуги и рамы, паркет, мебель.
Существует у деревообработчиков такое понятие, как «транспортная влажность». Ее показатель не должен быть больше 20-22 процентов. Если влажность пиломатериалов выше, то перевозить их на большие расстояния не допустимо, так как транспортировка займет много времени, в течение которого возможно загнивание древесины.
Абсолютно сухая древесина с показателем 0 процентов на практике не встречается. Это понятие применяется лишь при использовании одного из методов определения влажности - весового.
Основные методы определения влажности
Для выяснения влажности пиломатериалов пользуются сегодня двумя основными способами - весовым и с использованием влагомера.
Весовой метод
Влажность определяют следующим образом - из бруса или доски выпиливают небольшой образец (контрольную пробу) шириной 20-25 мм. Очень важно брать его не с самого края, а с середины, так как торцевые части влажность всегда имеют меньшую. Образец очищают от опилок и взвешивают на технических весах, способных давать сверхточные показатели (до одной сотой грамма). Полученный вес записывают - это будет начальная масса пробы (НМП).
Далее образец высушивают в специальном сушильном шкафу при 100-105 градусах. Через пять часов его достают и взвешивают, фиксируя вес, снова сушат, проверяя показатели через каждые 1-2 часа. Когда вес перестает изменяться, получается абсолютно сухая древесина - записывается конечная масса пробы (КМП). Далее влажность пиломатериалов определяют так: разницу между НМП и КМП делят на показатель КМП, полученную цифру умножают на 100 - получают изначальный показатель влажности.
Основной плюс метода заключается в том, что он дает очень точные показатели (погрешность не более 1 процента). Минусы:
- анализ может сильно затянуться по времени;
- потребуется вырезать образец материала, что неприемлемо для готовых изделий.
Использование влагомера
Влагомер - специально сконструированный для измерения влажности электроприбор. Существует две его разновидности:
- контактный (игольчатый) - работа основана на кондуктометрическом методе;
- бесконтактный - работа основана на диэлькометрическом методе.
Игольчатый влагомер имеет две острые металлические иглы, которые погружаются в древесину. Затем нажимают кнопку, замыкая цепь. Прибор при этом измеряет электрическое сопротивление, которое изменяется в зависимости от уровня влаги в материале. Далее по специальной формуле, заложенной в память влагомера, вычисляется процент влажности. Измерения в данном случае проводятся локально, поэтому процедуру для получения точных результатов необходимо проводить в нескольких местах изделия.
Основным рабочим элементом бесконтактного влагомера является генератор радиочастот. Измерения проводятся при помощи вмонтированных контактных площадок, поэтому, в отличие от игольчатой модели, прибор не оставляет следов изделии. Работа основана на измерении диэлектрической проницаемости древесины - вода сама по себе характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью, что дает возможность получить точные показатели процента влажности материала.
Основными плюсами использования влагомеров являются удобство применения и возможность быстро получить результат. Бесконтактные приборы, кроме того, прекрасно подходят для измерения влажности готовых изделий. Главный минус - показатели влагомеров бывают не очень точными, погрешность может составлять от 2 до 7 процентов.
Основные методы сушки пиломатериалов
Сушка древесины - важнейшая операция, направленная на улучшение ее технологических и потребительских свойств. Даже если случилось переувлажнение изделия, то бывший сухим пиломатериал гораздо реже коробится и растрескивается, легче обрабатывается и монтируется. Сухое дерево отлично противостоит заражению вредоносными грибками. Вес изделий получается меньше, при этом прочность и твердость повышаются, также заметно улучшаются теплоизоляционные качества.
Сегодня в деревообрабатывающей промышленности используют два основных способа сушки - естественный (атмосферный) и принудительный (камерный).
Естественная сушка
При атмосферной сушке пиломатериалы укладывают в штабеля под навесом на открытом воздухе. При формировании штабеля между рядами досок, брусьев и т.п. кладут прокладки. Штабеля устанавливают с просветами для циркуляции воздуха. Торцы изделий, во избежание появления трещин, обрабатывают специальными составами. Кроме того, пиломатериалы из лиственных пород перед укладкой в штабеля должны быть обязательно подвергнуты антисептированию.
Агентом сушки в данном случае выступает воздух, хотя, в отличие от принудительного способа, управлять его параметрами (температура, влажность) не получается. Все зависит от погоды и времени года. Немаловажным моментом является, насколько плотно уложены штабеля. Чем плотнее, тем выше в них относительная влажность и ниже температура, а значит, просыхать древесина будет медленнее.
Атмосферная сушка позволяет получить на выходе изделия с влажностью 18-20 процентов. Скорость процесса будет зависеть от начальной влажности дерева, времени года, породы древесины и сечения пиломатериалов.
Основным плюсом является относительная дешевизна процесса. Не требуется специального оборудования и затрат на подогрев воздуха. Кроме того, остаточные напряжения при усушке будут не такими сильными, трещин образовывать не будет - это особенно актуально при сушке древесины с изначально высокой влажностью.
Минус - сохнут пиломатериалы долго, контролировать температуру и влажность невозможно. При длительном повышении влажности окружающего воздуха появляется опасность грибкового заражения.
Принудительная сушка
Наиболее технологичный высокоэффективный метод, позволяющий получить древесину с влажностью 7-12 процентов за короткий промежуток времени. Суть его заключается в том, что особым образом сформированные штабеля из пиломатериалов помещают в специальные камеры, в которых на протяжении определенного времени поддерживается необходимый температурный и влажностной режим. Агентом сушки может выступать пар, нагретый воздух либо топочные газы, движение их может быть как естественное, так и принудительное.
