Степени влажности древесины

Влажностью (абсолютной) древесины называется отношение массы воды к массе абсолютно сухой древесины, выраженное в процентах:

W =m-m0 100%.

где W — влажность древесины, %; m — масса образца влажной древесины, г; m0 — масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Влажность древесины измеряют прямыми и косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины. Воду можно отделить путем высушивания и определить влажность с заданной степенью точности. Согласно ГОСТ 16 483.7−71 с погрешностью до 0,1% можно определить влажность проб из образцов, подвергавшихся физико-механическим испытаниям.

Очищенные от заусенцев и опилок пробы помещают в стеклянные бюксы с притертыми крышками и взвешивают на аналитических весах с погрешностью до 0, 001 г. Бюксы используют для того, чтобы масса пробы не изменилась во время взвешивания. Массу бюксы определяют заранее на тех же весах. Пробы находятся в бюксах (но со снятыми крышками) и во время высушивания.

Пробы высушивают в сушильных шкафах — небольших камерах, чаще всего с электрическим нагревом и автоматическими регуляторами температуры. Бюксы с пробами находятся вы шкафу при температуре воздуха 103 C плюс минус 2 C до тех пор, пока не будет достигнуто постоянное значение массы, устанавливаемое контрольными взвешиваниями. Первое взвешивание проводят через 6−10 ч., а далее каждые 2 ч. Если разница в массе при двух взвешиваниях с указанным интервалом окажется менее 0,002 г, считают, что достигнуто абсолютно сухое состояние древесины. Пробы из смолистой древесины хвойных пород не должны находиться в сушильном шкафу более 20 ч.

Перед каждым взвешиванием бюксы закрывают крышками и охлаждают в сухом воздухе в эксикаторах — сосудах с безводным хлористым кальцием или серной кислотой концентрацией 94%. Влажность, %, вычисляют по формуле.

m2-m3.

W= m3 — m1 100%.

где m1 — масса бюксы, г; m2 — масса бюксы с пробой до высушивания, г; m3 — масса бюксы с пробой после высушивания, г.

Влажность древесины с большей погрешностью (до 1%) определяют по образцам размерами 20×20×30 мм, взвешивая их без бюкс на технических весах с погрешностью до 0,01 г. После первого взвешивания образцы помещают в сушильный шкаф, в котором они находятся до тех пор, пока по результатам двух последних контрольных взвешиваний (разница должна быть не более 0,02 г) не будет установлено достижение постоянной массы m0. Описанный простой и надежный метод определения влажности путем высушивания нашел широкое применение.

Значительно реже применительно к древесине используют другой прямой метод, основанный на отгонке влаги с парами толуола (метод дистилляции). По этому методу сначала определяют на весах массу образца влажной древесины. Затем его нагревают с толуолом; образующиеся при этом пары конденсируются, благодаря разной плотности жидкостей вода легко отделяется от толуола, и можно измерить ее объем (массу). Зная массу влажной древесины и массу содержащейся в ней воды, можно определись влажность древесины в процентах.

Основной недостаток прямых методов заключается в том, что продолжительность процедуры очень велика. При методе высушивания она занимает 8−10 ч, а иногда и более. Этого недостатка лишены косвенные методы. Они основаны на измерении показателей других физических свойств древесины, которые зависят от содержания воды в древесине.

Для создания влагомеров широко используются зависимости между влажностью и электрическими параметрами древесины. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, основанные на измерении электропроводности древесины. В таких приборах контакт с древесиной осуществляется при помощи датчика с тремя игольчатыми электродами. Иголки датчика вводят через боковую (не торцовую) поверхность в древесину. Влажность определяют обычно на глубине 10 мм.

В современных конструкциях электровлагомеров вводятся данные о породе и температуре воздуха. На лицевой панели прибора высвечиваются показания влажности древесины в процентах. Абсолютная погрешность измерения влажности древесины в области ниже 30% составляет плюсминус 1,5%, а в области более 30% погрешность значительно выше.

К недостаткам этих приборов помимо меньшей точности (по сравнению с методом высушивания) относится также и то, что они дают значения локальной влажности древесины в месте введения игольчатых контактов. При обычно неравномерном распределении влажности по объему доски или заготовки этот недостаток может быть причиной дополнительных погрешностей в определении интегральной влажности древесины.

Известны также емкостные электровлагомеры, при помощи которых по емкости конденсатора с диэлектриком из древесины определяют зависящую от влажности диэлектрическую проницаемость древесины.

Разработаны конструкции индуктивных электровлагомеров, позволяющих определять влажность калиброванных образцов древесины бесконтактным способом. Эти приборы основаны на измерении индуктивности, или добротности контура катушки самоиндукции с сердечником из влажной древесины.

Используют также радиочастотные влагомеры, которые измеряют диэлектрические потери, зависящие от влажности древесины, и др.

Имеются предложения измерять влажность по проницаемости древесины для рентгеновского, бетаи гамма-излучения и другими, в том числе и комбинированными способами.

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, по данным В. П. Маркарянца и Л. Н. Исаевой, 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.

Влажность коры в свежесрубленном состоянии, по данным ЦНИИ-МЭ, в среднем составила: для сосны 120%, ели 112%, березы 58%. У поступающего на предприятия сырья кора имеет меньшую влажность, порядка 60−80%. Однако при этом влажность наружного слоя — корки для ели и сосны составляет 21 и 27%, а для березы 7%; влажность луба у хвойных пород в 7 раз, а у березы в 10 раз больше. Сплавное сырье имеет кору влажностью в 3−4 раза большей, чем у сырья сухопутной доставки.

По высоте ствола влажность заболони в хвойных породах увеличивается в направлении от комля к вершине, а влажность ядра остается практически без изменения. В стволах ядровых лиственных пород (дуб, ясень вяз) влажность ядра вверх по стволу слегка понижается, а влажность заболони почти не изменяется, у лиственных безъядровых пород (осина, липа) влажность увеличивается от комля к вершине. Влажность коры у сосны в нижней части ствола на 60−75% меньше, чем в средней и вершинной. У ели и березы влажность коры по высоте ствола примерно одинакова.

Поскольку древесина молодых деревьев почти полностью состоит из заболони, она больше подвержена сезонным колебаниям. Данные об изменении влажности древесины сосны, ели, березы и осины, произрастающих в Ленинградской области, свидетельствуют о том, что наибольшая влажность в дереве наблюдается зимой (ноябрь-февраль), а наименьшая — летом (июль-август). Влажность заболони летом может быть на 25−50% ниже, чем зимой, а влажность ядра (спелой древесины) в течение года почти не изменяется.

Кроме сезонных изменений влажность древесины в стволах растущих деревьев подвержена и суточным колебаниям. Так, в заболони ели утром наблюдалась влажность 186%, в полдень 132, вечером 150%, в заболони дуба утром (в августе) 68%, в полдень 72, вечером 66, ночью 71%.

Различают две формы воды, содержащейся в древесине, -связанную (или гигроскопическую) и свободную. Связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) вода находится в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Связанная вода прочно удерживается в основном физико-химическими связями; удаление этой воды, особенно ее адсорбционной фракции, затруднено и существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая силами капиллярного взаимодействия, удаляется значительно легче и оказывает меньшее влияние на свойства древесины. Принято называть древесину влажной, если она содержит только связанную воду, или сырой, если она содержит кроме связанной и свободную воду.

В практике различают пять степеней влажности древесины.

Таблица 3. Степени влажностного состояния древесины.