2.3 Определение усушки и разбухания древесины

Изменение содержания физически связанной (гигроскопической) воды в древесине сопровождается либо усушкой, либо разбуханием, т.е. соответствующим уменьшением или увеличением ее линейных размеров и объема. При этом в силу анизотропности материала эти изменения в различных направлениях по отношению к расположению древесных волокон резко отличаются друг от друга – при минимальных значениях вдоль волокон они резко возрастают в направлении поперечном (особенно в тангенциальном).

Рисунок 1-Виды срезов: а – тангентальный; б – радиальный; в – поперечный.

Практическая значимость этих характеристик весьма велика, особенно при назначении режимов камерной сушки лесоматериалов и установлении наиболее благоприятных температурно-влажностных условий эксплуатации деревянных изделий и конструкций.

2.3.1 Оборудование и средства измерений

- весы с погрешностью взвешивания 0,02 г;

-сушильный шкаф;

-микрометр с погрешностью измерений не более 0,01 мм;

-металлическая линейка;

-набор бюкс;

- эксикатор с безводным хлористым кальцием концентраций не ниже 94%; -- сосуд с дистиллированной водой.

2.3.2. Проведение испытаний

Испытаниям подвергают заранее подготовленные стандартные (ГОСТ 16483.8-71) образцы-призмы размером 2×2×3 см или торцовые квадратные образцы размером 3×3×1 см. При этом одна пара противоположных граней этих образцов должна быть параллельна годичным слоям древесины (тангентальное направление), а другая – им перпендикулярна (радиальное направление).

Некоторое отступление от стандартной формы и размеров в торцовых квадратных образцах сделано с целью увеличения точности определяемых параметров и ускорения сушки древесины. Перед началом испытаний на торцовой поверхности образцов карандашом наносят две взаимно перпендикулярные риски – одну перпендикулярно годичным слоям, другую – параллельно им. Предварительно по нанесенным рискам замеряют микрометром с точностью до 0,01 мм исходные размеры образцов (а_н, b_н, h_н) и помещают их в сосуд с дистиллированной водой, где выдерживают до момента прекращения изменения начальных размеров, что соответствует максимальному насыщению стенок древесных клеток физически связанной гигроскопической водой, т.е. точка насыщения волокон (ТНВ), при влажности равной или выше 30%.

После этого производят повторные замеры образцов, устанавливают их линейные размеры (мм) в насыщенном водой состоянии (а_max, b_max, h_max) и полученные данные заносят в табл.3. Подготовленные таким образом образцы помещают в предварительно взвешенные бюксы и высушивают до нулевой влажности при температуре 103±2°С проводя контрольные взвешивания при закрытых крышках бюкс и их охлаждение в эксикаторе через каждые 2 ч с начала высушивания.

Влажность образцов после высушивания и охлаждения рассчитывают по формуле (11) с погрешностью до 0,1%:

(11)

где m₁ – масса пустой бюксы, г;

m₂ – масса бюксы с влажным образцом, г;

m₃ – масса бюксы с сухим образцом, г.

Затем немедленно устанавливают линейные размеры (мм) образцов после высушивания (а_о, b_о, h_о), заносят их значения в табл.3 и производят вычисление максимальных линейных усушек (β_max) и разбухания (α_max) и соответствующих значений коэффициентов линейной (К_β) усушки и разбухания (К_α).

В случае использования в исследованиях образцов-призм возможно также определение объемной усушки (V_β) и разбухания (V_α) и соответственно коэффициентов объемной усушки (К_у) и разбухания (К_р).

Максимальные линейные усушки в радиальном (β_R) и тангентальном (β_t) направлениях вычисляют с точностью до 0,1% по формулам: (12 и 13):

(12)

(13)

где а_max и b_max – линейные размеры в радиальном и тангентальном направлениях (мм) во влажном состоянии;

a_o и b_o – линейные размеры в соответствующих направлениях (мм) в абсолютно сухом состоянии.

Коэффициенты линейной усушки в соответствующих направлениях, характеризующие изменения линейных размеров на 1% изменения влажности древесины рассчитывают по формулам (14 и 15) с точностью 0,01%:

(14)

(15)

где W – начальная влажность древесины (%), соответствующая среднему значению предела насыщений – 30%.

Максимальные значения разбухания в радиальном (α_R) и тангентальном (α_t) направлениях вычисляют с точностью до 0,1% по формулам (16 и 17):

(16)

(17)

где a_max и b_max – соответствующие линейные размеры в радиальном и тангентальном направлениях в насыщенном водой состоянии (мм);

a_о и b_о – соответственно размеры в абсолютно сухом состоянии.

Коэффициенты линейного разбухания в радиальном и тангентальном направлениях рассчитывают с точностью до 0,01% влажности древесины по формулам (18 и 19):

(18)

(19)

где W – начальная влажность древесины (%), соответствующая среднему значению предела насыщений – 30%.

При проведении испытаний обязательно указывается порода древесины и производится маркировка исследуемых образцов.

Коэффициент линейной усушки можно вычислить, зная коэффициент разбухания (при W=30%) по формуле (20):

(20)

Таблица 3- Определение линейной усушки и разбухания

Показатели				Размер- ность	Данные испытаний
					1	2	3
Масса образца		влажного		г
		абсолютно сухого		г
Влажность образца				%
Линейные размеры образца	в радиальном направлении		до высушивания	мм
			после высушивания	мм
	в тангентальном направлении		до высушивания	мм
			после высушивания	мм
Максимальная усушка (βmax)			радиальная	%
			тангентальная	%
Максимальное разбухание (αmax)			радиальное	%
			тангентальное	%
Коэффициент линейной усушки (Кβ)			радиальный	-
			тангентальный	-
Коэффициент линейного разбухания (Кα)			радиальный	-
			тангентальный	-