Равновесная влажность древесины

  Древесина в зависимости от температуры и относительной влажности окружающего воздуха и собственной влажности обладает свойством или поглощать из воздуха пары воды и соответственно повышать собственную влажность (будет происходить процесс сорбции), или выделять их из себя и понижать собственную влажность (процесс десорбции). Иными словами, древесина - гигроскопичный материал. При длительном (измеряемом десятками дней) нахождении древесины на воздухе неизменного состояния указанный выше процесс заканчивается и устанавливается так называемая равновесная влажность древесины. Каждому значению температуры и относительной влажности воздуха соответствует определенная влажность древесины, практически одинаковая для всех ее пород и достигаемая древесиной при долговременном пребывании её при данных условиях.  

    Равновесная влажность древесины - понятие полного равномерного распределения влаги, когда высыхание дерева прекращается, и процент влажности соответствует влажности окружающей среды. 

     Есть такие понятия, как свободная влага, которая содержится в порах и капиллярах дерева и связанная влага, которая содержится непосредственно в клетках дерева.  На границе этих понятий находится точка насыщения волокна - это влажность древесины при которой вся свободная влага из дерева удалена, т.е. в полостях древесины воды нет,  а вся связанная влага осталась, т.е. клетки насыщены водой. Влажность древесины в точке насыщения составляет от 23 до 31% в зависимости от породы дерева:

  • Сосна обыкновенная, Ель, Липа - 29%;

  • Сосна веймутова, Каштан - 25%;

  • Лиственница, Бук - 30%;

  • Пихта дугласова - 30,5%;

  • Секвойя - 31%;

  • Ясень - 23%.

   Важно знать: древесина меняет свои физические размеры при влажности от 0% до точки насыщения. Дальнейшее увлажнение не приводит к существенному росту габаритов. Влажность в точке насыщения волокна выше, чем равновесная влажность. Равновесная влажность устанавливается в древесине естественным путем в процессе эксплуатации в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха, поэтому древесина усыхает.
  Содержание влаги в древесине сильно влияет на качество клеевого соединения, работающего в переменных атмосферных условиях. Склеенная деталь должна иметь влажность, соответствующую равновесной влажности древесины в условиях эксплуатации. При нарушении этого условия деталь будет усыхать или разбухать. Вследствие деформации древесины в местах склейки возникают сильные напряжения, которые могут разрушать клеевое соединение.
   Равновесную влажность, до которой можно высушить доску при естественной (атмосферной) сушке легко выяснить, зная среднюю влажность и температуру окружающей среды по диаграмме проф. Н.Н. Чулицкого. Климатические данные для каждого города России прописаны в СНиП 23-01-99 "Строительная климатология", а для Беларуси актуальным будет документ СНБ 2.04.02 – 2000 "Строительная климатология". На этой диаграмме по вертикальной линии отложена влажность воздуха, по горизонтальной - температура воздуха; наклонная линия соответствует влажности древесины.

      Так, например, для Минска в январе средняя температура -6,9°С (таблица 3.3) и относительная влажность воздуха составляет 86% (таблица 3.9).  Таким образом при сушке древесины естественным путем под Минском в январе в ней устанавливается влажность около 20%. А в июле средняя температура +17,7°С и влажность 72% - равновесная влажность древесины составит 13,7%. Из этого следует, что при эксплуатации изделий из дерева на улице, они меняют свои геометрические размеры в течение года в зависимости от температуры и влажности воздуха. Намокание при дождях может увеличивать влажность древесины намного выше точки насыщения. Стоит также отметить, что при влажности выше точки насыщения и теплой погоде в древесине создаются идеальные условия для развития дереворазрушающих грибов. Пределом биостойкости древесины считают влажность в 22%. При такой влажности в древесине прекращаются гнилостные грибковые процессы и такая древесина считается пригодной для длительного хранения. Поэтому при эксплуатации на улице в условиях РБ древесину нужно защищать.

      Главное правило эксплуатации древесины - перед монтажом древесина должна иметь ту влажность в которой она будет в дальнейшем эксплуатироваться. Это правило касается также и других материалов - ДСП, ламинат, фанера, OSB и т.п.  Перед монтажом древесину нужно оставить на некоторое время в условиях той среды, в которой она будет эксплуатироваться.

      Основные породы древесины используемые в Беларуси в строительстве  - это сосна и ель. Объемная усушка этих пород от свежесрубленного до сухого состояния составляет до 15%, изменение размера поперек волокон до 10%. Знать это правило очень важно  при монтаже вагонки, имитации бруса, блок-хауса, половой доски, особенно при использовании сырых или очень сухих материалов.

  При атмосферной сушке древесины на воздухе большое значение имеет пора года, направление ветра, температурный режим, сечение материала и другие факторы. Следовательно срок достижения равновесной влажности древесины при естественной сушке можно только спрогнозировать. По этим параметрам во времена СССР была проведена работа, в результате которой территорию страны условно разделили на 4 климатические зоны в отношении просыхания пиломатериалов (ГОСТ 3808.1-80):

  1. Архангельская, Мурманская, Вологодская, Кировская, Пермская, Свердловская, Сахалинская, Камчатская и Магаданская области, северная часть Хабаровского края и восточная часть Приморского края; северная часть Западной и Восточной Сибири и Коми АССР;

  2. Карельская АССР, Ленинградская, Новгородская, Псковская области, южная часть Хабаровского края и западная часть Приморского края;

  3. Латвийская ССР, Литовская ССР, Эстонская ССР, Белорусская ССР, Смоленская, Калининградская, Московская, Калининская, Орловская, Тульская, Рязанская, Ивановская, Ярославская, Горьковская, Брянская, Челябинская, Владимирская, Калужская, Костромская, Амурская области, южная часть Западной и Восточной Сибири, Чувашская АССР, Марийская АССР, Мордовская АССР, Татарская АССР, Башкирская АССР, Удмуртская АССР;

  4. Украинская ССР, Молдавская ССР, Курская, Астраханская, Куйбышевская, Саратовская, Волгоградская, Оренбургская, Воронежская, Тамбовская, Пензенская, Ростовская, Ульяновская области, Северный Кавказ и Закавказье, Казахская ССР, Таджикская ССР, Узбекская ССР и Киргизская ССР.

Рекомендуемые сроки сушки пиломатериалов на открытых складах до влажности не более 22% сведены в таблицу:

Примечания:

1. В таблице указаны сроки сушки пиломатериалов (сосна, ель, кедр, пихта) в днях со средней положительной температурой для пакетных штабелей. Для рядовых штабелей сроки сушки увеличиваются на 10%, для лиственничных пиломатериалов - на 60%.

2. Сроки сушки пиломатериалов, по толщине отличающихся от указанных в таблице, определяют методом интерполирования.

     Беларусь была отнесена к 3-й условной зоне, что означает, что для естественной сушки доски, допустим, сечением 150х50 в июне до влажности 22% доска должна полежать под навесом 22 дня. В таблице не указаны зимние месяцы года - это не значит, что сушка в это время не происходит. Древесина сохнет даже при 100% влажности и температуре 0°С, но только до 29%, а вот при 0°С и 80% влажности - уже сохнет до 16,5%.
   Влажность древесины отрицательно влияет на ее физико-механические свойства, поэтому вполне понятны попытки уменьшить тем или иным способом гигроскопичность древесины.

     Гигроскопичность древесины, подверженной действию высокой температуры, понижается, причем на снижение гигроско­пичности величина температуры оказывает большее влияние, чем продолжительность ее действия. Понижение гигроскопичности древесины путем ее высушивания при высоких температурах в течение длительного времени, однако, нецелесообразно, так как при длительном воздействии высокой температуры понижаются ее механические свойства.

    Одним из наиболее простых способов уменьшения гигроскопичности и водопоглощения древесины является покрытие ­поверхности древесины красками и лаками, которые оказывают механическое препятствие к проникновению воды в древесину. Однако такого рода покрытия предохраняют древесину на очень недолгое время. Естественно, возникла мысль о более глубокой обработке древесины веществами, не растворимыми в воде, которые, проникая в поры древесины, закупоривают их и препятствуют проникновению воды и других жидкостей в древесину. К числу таких веществ относится парафин, который вводится в древесину в жидком виде, гудрон, сера, растворы каучука и особенно фенолоальдегидные смолы (бакелит).

    Наблюдения показали, что некоторые вещества, проникая в древесину, образуют с ней сложные комплексные вещества, делающие оболочку клеток непроницаемой для воды. Так, например, древесина, пропитанная растворами сахара (сахароза, глюкоза), становится водоустойчивой благодаря тому, что клетчатка образует с сахарами сложные эфиры, которые делают оболочку клеток водонепроницаемой. Кроме того, если после пропитки древесину нагреть до 120°, происходит частичная карамелизация сахара и образующаяся карамель, не растворимая в воде, частично закупоривает поры.


        Возможно, кому-то может показаться очень интересным американский документ от Министерства сельского хозяйства США под заголовком: "Equilibrium Moisture Content of Wood in Outdoor Locations in the United States and Worldwide", имеющий самое непосредственное отношение к теме этой статьи. По исследованиям Forest Products Laboratory 1987 года они вывели формулу определения равновесной влажности, которая справедлива для диапазона температур от -1,1°С до +65,6°С (30°F - 150°F):

 

где EMC - содержание влаги в древесине (%), Т - температура, h - влажность (%/100), W,K,K1,K2 - коэффициенты модели адсорбции, разработанные Hailwood and Horrobin (1946) и для температуры в Цельсиях составляют:

На основе этой формулы я дополнил калькулятор расчёта точки росы функцией расчёта равновесной влажности древесины с климатическими предустановками для всех городов Беларуси, которые приведены в СНБ 2.04.02-2000 по месяцам. Теперь можно легко проследить этот параметр в течение года и выбрать наилучший месяц для закупки и сушки пиломатериала под открытым небом! 

Для работы калькулятора необходим установленный флеш-плеер. Установить его бесплатно можно на сайте https://get.adobe.com/ru/flashplayer/
Последнее время появились проблемы с флеш-плеером из-за обновлений браузеров и плагина, не зависящие от автора сайта. Решение проблем здесь.

Для наглядного представления о сроках достижения равновесной влажности хвойного материала есть вот такая полезная диаграмма:

Из диаграммы видно, что сушка основных сосновых и еловых пиломатериалов толщиной  20 - 30 мм, выложенных в штабеля, происходит главным образом в период с апреля по сентябрь.

Спасибо всем, кто помогает проекту! Любая ваша помощь значима!

Российский руб.

© 2015 «Project - House».  

Сайт Дмитрия Петрова