Виды влаги в древесине

В растущем дереве древесина содержит значительное количество воды, необходимой для его жизнедеятельности. В срубленной древесине в зависимости от условий хранения и транспортировки содержание воды может увеличиваться или уменьшаться. При использовании древесины в большинстве случаев воду из нее удаляют с целью улучшения качества материалов и готовых изделий.

Древесина представляет собой гетерокапиллярную систему. В ней существуют капиллярные пространства различных размеров. Пористая структура древесины имеет большое значение для взаимодействия ее с водой.

Капиллярные пространства древесины подразделяют на две группы: капиллярные пространства первого порядка (к ним относятся межклеточные пространства, полости клеток и поры в стенках клеток) и капиллярные пространства второго порядка (пространства между фибриллами, между микрофибриллами и внутри микрофибрилл). Размеры тех и других капиллярных пространств значительно колеблются и меняются с возрастом дерева, содержанием влаги и т.д.

Разделяют два показателя, характеризующие содержание влаги: влажность древесины (относительная влажность) и влагосодержание (абсолютная влажность).

Влажность – это содержание влаги, отнесенное к массе сырой (влажной) древесины и выраженное в процентах. Влагосодержание (абсолютная влажность) – это содержание влаги в процентах по отношению к абсолютно сухой древесине. Абсолютно сухой древесиной условно принято считать древесину, высушенную до постоянной массы при температуре 103 + 2 ^оС (такая древесина всегда содержит небольшое количество влаги). На практике по влагосодержанию различают следующие виды древесины:

- свежесрубленная древесина – древесина с абсолютной влажностью в среднем 50-100 % в зависимости от времени рубки, а также породы

древесины и условий произрастания;

- воздушно – сухая древесины – древесина, высушенная на воздухе до равновесного состояния ее влажности с относительной влажностью воздуха и обычно составляет 15-20 %;

- мокрая древесина – древесина, получающаяся при длительном нахождении в воде, с абсолютной влажностью выше 100 % (до 200 % и более).

Влажность древесины оказывает существенное влияние на физические и механические свойства древесины, а также на процессы механической и химической обработки.

Древесина обладает также способностью поглощать влагу из воздуха за счет гидрофильности её компонентов. Это ее свойство называется – гигроскопичностью.

Вода в древесине может находиться в трех видах – объёмном, физически и химически связанном (рисунок 3.5.).

Рис. 3.5 – Виды влаги в древесине.

1 – Физически-свободная влага; 2 – Химически-связанная влага.

Влажность, которую приобретает древесина в результате длительного нахождения на воздухе или помещении, называют равновесной. Равновесная влажность зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха. При хранении на воздухе под навесом древесина имеет равновесную влажность 15...18 %. При хранении древесины внутри помещения - 5...8%. Свежесрубленная древесина может содержать влаги от 35 до 120%. При нахождении древесины долгое время под водой она может иметь влажность до 200 %.

Стандартной принято считать 12%-ю влажность. Понятие стандартной влажности необходимо для обеспечения возможности сравнения результатов испытаний древесины при определении средней плотности, прочности и т.д.

Влажность древесины, при которой стенки клеток насыщены водой (предельное содержание гигроскопической влаги), а полости и межклеточные пространства свободны от воды, называют пределом гигроскопической влажности. Для древесины различных пород она колеблется от 23 до 35% (в среднем 30%) от массы сухой древесины.

Водные оболочки гигроскопической влаги, покрывающие поверхность стенок клеток, раздвигают их, снижают силы сцепления между ними. При этом, объём и масса древесины увеличиваются, а прочность снижается. Колебания влажности от 0 до предела гигроскопичности вызывают влажностные деформации: разбухание или усушку древесины. Существование капиллярных пространств делает возможным набухание древесных и целлюлозных волокон.

Объёмная влага, накапливаясь в полостях клеток и заполняя пустоты, существенно не изменяет расстояние между клетками, и поэтому не влияет на прочность и объем древесины, увеличивая лишь её массу.

Влажность в растущем дереве распределена неравномерно как по радиусу, так и по высоте ствола. У хвойных пород влажность заболони в 3-4 раза выше влажности ядра и спелой древесины. Так, у сосны и ели Ленинградской области среднегодовая влажность заболони оказалась 112 и 122 %, влажность ядра и спелой древесины - 33 и 38 %. В пределах ядра (спелой древесины) влажность у сосны, ели и лиственницы из Восточной Сибири распределена равномерно. В то же время у пихты, влажность центральной зоны спелой древесины намного выше, чем периферической. Аналогичное явление наблюдается у кедра. У лиственных пород как ядровых (дуб, ясень, вяз, ильм), так и безъядровых (береза, осина, липа) распределение влажности по сечению ствола более или менее равномерно. При этом влажность ядровой древесины у некоторых лиственных пород (дуб, вяз и др.) может быть значительно выше, чем у хвойных, достигая 70-80 %, а иногда и более.

Среди промышленных способов сушки наибольшее распространение имеют атмосферная и камерная. При атмосферной сушке пиломатериалов в штабелях на открытом воздухе продолжительность сушки сравнительно велика. Так, время, необходимое для того, чтобы свежевыпиленные сосновые доски толщиной 35-50 мм в климатических условиях северной зоны достигли транспортной влажности (22 %), следующее: при укладке досок для сушки в апреле-мае 43-51 сут., июне-июле 22-43 сут., августе-сентябре 43-51 сут. Тем не менее, этот способ сушки достаточно широко используется, так как он дешевле камерной сушки. При сушке пиломатериалов в сушильных камерах при повышенной температуре интенсивность процесса удаления воды выше. В камерах пиломатериалы можно высушить до более низкой влажности и значительно быстрее. Продолжительность сушки досок толщиной 40 мм от влажности 60 % до 12 % составляет 3-4 сут.