Что такое влажность древесины и как она влияет на механические свойства

Содержание влаги в древесине существенно влияет на ее физико-механические свойства, в некоторых случаях определяет ее выбор для решения конкретных строительных задач. Содержание воды в древесине связано с ростовыми процессами дерева. Гниению древесных пород способствует влажность материала и ненадлежащие условия хранения. Древесина, которую еще не сушили, лучше гнется и более устойчива к физическим и механическим воздействиям, но возникают сложности при ее обработке.

Растущая древесина содержит значительное количество воды, необходимое для жизнедеятельности. В древесине содержится две формы воды: связанная (гигроскопичная) и свободная. Связанная вода (адсорбентная и микрокапиллярная) находится в клеточных стенках, а свободная — в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанную воду прочно удерживают на месте в основном физико-химические связи. Удаление этой воды, особенно адсорбционной фракции, затруднено и существенно влияет на большинство свойств древесины.

Древесина, будучи гигроскопичным материалом, обладает большой способностью улавливать и выделять влагу из окружающей среды в зависимости от условий температуры и относительной влажности воздуха. Показателем, используемым для измерения гигроскопического состояния древесины, является влажность (W) и он соответствует количеству воды, содержащейся в материале, выраженному в процентах к ее сухой массе. Например, влажность древесины 40% эквивалентна 40 кг воды, содержащейся в 100 кг сухой древесины.

Какая влажность пиломатериалов принята за стандарт?

Чтобы эффективно использовать пиломатериалы в строительстве, их необходим сортировать по степени влажности. Стандартное содержание влаги в древесине принимается равным примерно 15%, и это значение по умолчанию для всех пород древесины, к которому стремятся все производители пиломатериалов. В таком состоянии материал хорошо хранить, использовать в строительно-отделочных работах. Понятия равновесной и стандартной влажности известны любому специалисту, который работает в сфере производства пиломатериалов.

Недостаточно высушенная древесина является идеальной средой для образования плесени и роста грибков, что приводит к разрушению материала. С помощью современного сушильного оборудования достигаются показатели влажности около 6%. В этих случаях материал более устойчив к гниению, обладает стойкостью к деформации и долговечен.

В процессе эксплуатации древесина набирает или теряет влагу в зависимости от относительной влажности атмосферы. Когда это происходит, материал изменяет содержание влаги, чтобы уравновесить себя. Этот баланс, создаваемый древесиной, известен как равновесная влажность. Он возникает, когда влажная древесина теряет влагу за счет испарения с поверхности или когда сухая древесина находится во влажной среде.

Чтобы понять, какова идеальная равновесная влажность для каждого вида древесины, необходимо больше знать о самой древесине, а не о содержании влаги, поскольку содержание влаги в древесине может быть очень высоким.

По мере увеличения влажности древесины ее механические свойства снижаются

Отсюда важность правильного определения влажности древесины, воздействию которой будет подвергаться конструкция в течение срока службы, в дополнение к строгому контролю качества, обеспечивающему допустимый диапазон влажности древесины во время строительства. Например, конструкционная способность колонны снижается до 52%, если ее влажность повышается с 12% до 30%.

Виды древесины по степени влажности

• Мокрая. W > 100%, чаще всего древесина длительное время находилась в воде.
• Свежесрубленная. W = 50-100%, сохранившая влажность растущего дерева.
• Воздушно-сухая. W = 15-20%, выдержанная определенное время на открытом воздухе.
• Комнатно-сухая. W = 8-12%, долгое время находившаяся в теплом помещении.
• Абсолютно-сухая. Для показателей W = 0, сушку необходимо проводить при температуре t=103±2°C.

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

Что такое точка насыщения волокна?

Как известно, древесина имеет клетки, которые по форме напоминают трубки с отверстием посередине (просвет). Особенность этих трубок в том, что они способны удерживать большое количество воды, превращая ее в сок. Клеточные стенки также удерживают воду в виде молекул H2O, преобразуя их в целлюлозу.

Когда речь идет о точке насыщения волокна, то имеется в виду состояние, когда после прохождения древесины через лесопильный завод и процесса сушки, клеточные полости ее полностью сухие, но стенки клеток все еще содержат молекулы H2O, т. е. они все еще имеют определенный уровень влажности.

Очень важно учитывать, как влага существенно влияет на древесину. Обычно, когда ствол дерева доставляется на лесопилку, вес воды является первым типом влаги, которая теряется из древесины, как правило, путем испарения. Эта сушка ускоряется по мере удаления коры с дерева. Но если бревно имеет высокую влажность, то, скорее всего, потребуется больше времени для достижения идеального содержания влаги, чтобы древесина потеряла всю воду, которой она когда-то была насыщена.

Для того чтобы влажность древесины указывала на то, что она полностью «пустая», ее процентное содержание должно составлять 28%, что означает, что в древесине нет уровня воды, который мог бы повлиять на работу с ней.