Равновесная влажность древесины

Равновесная влажность - среднее значение между устойчивыми влажностями древесины при сорбции (поглощении) и десорбции (испарении), соответствующее определенному сочетанию температуры и влажности окружающего воздуха. Равновесную влажность можно определить по диаграмме Л. С Серговского. На диаграмме по вертикали показана относительная влажность воздуха, по горизонтали - температура воздуха. Пересечение этих показателей дает наклонную линию, которая показывает влажность древесины в процентах.

Диаграмма равновесной влажности древесины

Для определения влажности древесины пользуются методом высушивания(весовой) и электрическим методом От доски отпиливают пробу — так называемую секцию влажности. Проба берется на расстоянии 300–500 мм. от торца доски. Торцовый отрезок отбрасывают, так как он обычно имеет меньшую влажность, чем остальные части доски. Отрезанную секцию толщиной 10–12 мм тщательно очищают от заусенцев и прилипших опилок, после чего немедленно взвешивают на технических весах с точностью до одной сотой доли грамма. Этот начальный вес (масса) пробы заносят в журнал. Затем пробу помещают в электрический сушильный шкаф и сушат при температуре 100-105°С. Во время сушки пробу периодически вынимают и взвешивают на технических весах, отмечая каждый раз в журнале результаты взвешивания. Первое взвешивание выполняют через пять часов после закладки пробы в шкаф, остальные — через каждые 1–2 ч. Когда вес (масса) пробы перестанет изменяться, т. е. когда он достигнет абсолютно сухого состояния, фиксируют последнее значение массы пробы. Для определения влажности доски обычно нужно брать не менее двух проб. Весовой способ определения влажности требует много времени — от 5 до 8 часов. Электрический способ Более быстро определяют влажность древесины с помощью специальных приборов — электровлагомеров. При этом влажность древесины определяется косвенным путем, на основании измерения ее омического сопротивления, которое зависит от величины гигроскопической влажности древесины. За пределами гигроскопической влажности зависимость между величиной влажности и электрическим сопротивлением сильно ослабевает, поэтому погрешность измерения электрическим способом влажности древесины выше точки насыщения волокна значительно возрастает. Ток, проходящий через испытываемую древесину, усиливается и затем измеряется микроамперметром, шкала которого отградуирована в процентах влажности древесины. Для достоверного суждения о влажности целой доски необходим мо произвести замеры в большом количестве точек по длине и ширине доски, взяв среднее значение из этих показаний. При достаточно большой длине проводника между датчиком и прибором электровлагомер может быть использован для дистанционного измерения влажности древесины, находящейся в камере. При этом контрольные образцы с заглубленными иглами датчика укладываются внутрь штабеля, а прибор помещается вне камеры. При таких замерах обязательно делают поправку на истинную температуру древесины. Однако опыт показывает, что дистанционный метод замера не дает верных результатов, в частности из-за того, что иглы датчика доставляют лишнее тепло к древесине в местах заглубления. Из-за подсушки древесины в этих местах контакт между датчиком и материалом нарушается, и показания прибора искажаются.

  Температурные и влажностные деформации древесины.

Плотность древесины.

Внутренние напряжения в древесине в процессе сушки

Процесс сушки древесины сопровождается неравномерным распределением влаги по толщине сортимента. Это вызывает неравномерную усушку древесины и приводит к образованию в ней внутренних напряжений.

Рассмотрим, как возникают и развиваются внутренние напряжения в древесине при ее сушке. Пока влажность наружных выше или равна влажности предела насыщения клеточных стенок (кривая 1), усушки нет, и напряжения в материале отсутствуют.

Кривые распределения влажности по толщине в различные моменты сушки

После снижения влажности ниже 30% (кривая 2) поверхностные слои стремятся к усушке. Однако этому будут препятствовать внутренние слои, влажность которых еще пока выше 30%. Начавшуюся усушку можно выявить, если из высушиваемого сортимента выпилить по всему поперечному сечению пластинку (секцию) и распилить на ряд слоев по толщине.

Вид слоев секции, выпиленной в момент времени, соответствующий кривой 2

Обнаружим, что внутренние слои сохранили первоначальный размер по ширине сортимента l₀, а поверхностные слои усохли на некоторую величину - У_П. Их размер теперь составляет l_Н. Целая, неразрезанная пластина имеет фактический размер l_Ф, меньший l₀ и больший l_Н. Так как размер поверхностных слоев стал меньше фактического, то эти слои испытывают растягивающие напряжения, а внутренние слои, размер которых стал больше фактического, испытывают напряжения сжатия.

Если бы древесина была упругим телом, то внутренние напряжения уменьшились бы по мере снижения перепада влажности и окончательно исчезли при выравнивании влажности в конце сушки. Однако в начальный период процесса влажная нагретая древесина обладает повышенной податливостью к нагрузкам. В результате под действием напряжений в ней развиваются остаточные деформации: деформации удлинения в поверхностных слоях (под действием растягивающих напряжений) и деформации укорочения во внутренних слоях (под действием сжимающих напряжений).

По мере снижения влажности древесина становиться менее податливой и в большей мере проявляет свойства упругого тела. Поэтому возникшие в начале процесса остаточные деформации сохраняются в материале до конца сушки.

В результате этого в конце процесса (кривая 4) усадка на поверхности Уп окажется меньше, чем усадка внутренних слоев Ув.

Вид слоев секции, выпиленной в момент времени, соответствующий кривой 4

В древесине появятся сжимающие напряжения на поверхности и растягивающие напряжения во внутренних слоях материала. Таким образом, в процессе сушки: происходит смена напряжений. В этот момент, который наступает на некотором промежуточном этапе процесса (кривая 3) напряжения в древесине отсутствуют.

Вид слоев секции, выпиленной в момент времени, соответствующий кривой 3

Возникающие в древесине напряжения уравновешиваются в пределах данного образца. Чтобы их обнаружить, надо нарушить это равновесие, разделив образец или секцию на части. Каждая часть будет стремиться к новому равновесному состоянию деформаций. В секции, разрезанной на тонкие слои, деформации проявляются в виде удлинения либо укорочения. Для установления характера внутренних напряжений из пиломатериалов выпиливают секции в виде двузубой гребенки (силовые деформации в этом случае будут проявляться изгибом зубцов этой гребенки.

Следовательно появление внутренних напряжений в древесине при ее сушке вызвано неравномерной усушкой по толщине сортимента, которая, в свою очередь, и обусловлена неравномерным распределением влажности.

Если внутренние напряжения в какой-либо точке сортимента достигнут предела прочности, то произойдет его разрушение, которое проявится в виде трещины в зоне действия растягивающих напряжений, то есть на первой стадии сушки - на поверхности, а на конечной стадии - внутри сортимента.

Избежать напряжений в древесине при конвективной сушке невозможно. Однако при правильном проведении процесса возникающие напряжения не превышают предела прочности. Кроме того, внутренние напряжения могут быть уменьшены и даже ликвидированы путем влаготеплообработки древесины.

Влаготеплообработка состоит в том, что древесину обрабатывают воздухом повышенной температуры с высокой степенью насыщения. Она обычно проводится по окончании процесса сушки или несколько раньше, в момент смены напряжений. Увлажнение поверхностных слоев при влаготеплообработке вызывает их разбухание и, как следствие этого, возникновение дополнительных сжимающих напряжений на поверхности. При повышенной податливости древесины (влажной и нагретой) в поверхностном слое развиваются остаточные деформации укорочения, которые компенсируют ранее появившиеся остаточные деформации удлинения. Тем самым устраняется причина напряжений, возникающих в древесине к концу сушки

Для контроля за влажностью пиломатериала, за образованием внутренних напряжений и перепада влажности по толщине пиломатериала, в сушильный штабель закладывают контрольные доски, от которых отпиливают секции влажности, секции послойной влажности (весовым способом определяют влажность пиломат ), силовые секции для определения остаточных внутренних напряжений. Секции после выпиловки и выдержки в сушильном шкафу 2-3 час. Раскраивают на двузубые гребенки

Условным показателем остаточных напряжений считается средняя по всей секции деформация зубцов f = 100(S-S*) /L*2

L- ширина доски

Для устранения временных напряжений, возникающих в начале сушки, необходимо быстро повысить относительную влажность сушильного агента в камере до полного насыщения, чтобы прекратить высыхание и усадку наружных слоев доски, пока древесина прогреется по всей толщине.

Для устранения постоянных напряжений , которые возникают во второй половине процесса сушки, необходимо повысить температуру и относит. влажность .

Сушильного агента, чтобы за счет интенсивного влажного прогрева древесины повысить ее пластичность и дать возможность усадки наружным слоям, которые в начальный период сушки оказались растянутыми, Однако относительная влажность воздуха должна быть ниже 100%, чтобы не дать наружным слоям доски разбухнуть.