книги из ГПНТБ / Гашкова, А. К. Влияние влажности на качество столярно-строительных изделий из древесины

чины ее для последующего устранения изучают обычно эксперимен­ тальным путем.

Коробление дверных полотен наблюдается в форме выпучива­ ния, когда все четыре угла полотна лежат в одной плоскости, а центр не лежит в этой плоскости, или в виде крыловатости, когда один из четырех углов полотна не лежит в плоскости, проходящей через остальные углы.

Иногда коробление происходит от несимметричности сечения полотна, но значительно чаще оно вызывается неодинаковым влия­ нием окружающей среды (главным образом температуры и относи­ тельной влажности воздуха) на изделия, разделяющие отапливае­ мое и неотапливаемое помещения или помещения с сухой и влаж­ ной атмосферой. Во всех этих случаях размер (величина) деформа­ ции зависит от формоустойчивости дверного полотна или оконной рамы, так как под этим термином понимают способность сохранять приданную форму в различных климатических условиях, но без участия внешних нагрузок.

X. Кюблер и А. Гессен [47] исследовали формоустойчивость дверных полотен в специальных камерах, стенками которых служи­ ли испытываемые образцы дверей, предварительно выдержанные в климатической камере при / = 20° С и <р = 65%. В одной камере

дверей с планочным заполнением и три образца со спиралями. Из этих трех образцов один с влагонепроницаемым покрытием фане­ рой с внутренней стороны, второй — с внешней стороны и третий без покрытия. Почти все образцы деформировались в первые же дни под действием перепада температуры и относительной влажности воздуха с противоположных сторон полотен. Деформация была в форме выпучивания, величина которого определялась как среднее из двух стрел прогиба по главным осям, проходящим через центр образца параллельно крышкам.

Прочность. Прочность древесины, как и большинство других ее свойств, изменяется только при изменениях влажности в пределах от 0%»до точки насыщения волокна. При более высокой влажности прочность древесины остается постоянной.

При изменении влажности древесины в указанных выше преде­ лах изменяется большинство показателей ее прочности: при растя­ жении и сжатии в продольном и поперечном направлениях, при статическом изгибе, при скалывании в тангентальной и радиальной плоскости. Кроме того, в зависимости от влажности изменяются модуль упругости древесины при сжатии и растяжении как вдоль, так и поперек волокон, а также твердость древесины. И только при ударном изгибе и при раскалывании прочность древесины практи­ чески не зависит от влажности.

Для столярно-строительных конструкций при их длительной службе наибольшее значение имеют следующие показатели проч­ ности: растяжение и сжатие вдоль волокон, растяжение и сжатие поперек волокон, статический и ударный изгиб, а также модуль

40

упругости. Известно [17], что с увеличением влажности прочность древесины значительно снижается почти по всем показателям. На­ пример, прочность древесины сосны влажностью 12% (при сжатии вдоль волокон) по сравнению с прочностью той же древесины, но влажностью 15%, выше на 74 кгс/см2. Дальнейшее уменьшение влажности дает еще более ощутимое увеличение прочности, а при влажности 5% она увеличивается в 2 раза.

Модуль упругости древесины сосны при сжатии и растяжении вдоль волокон, а также предел прочности при статическом изгибе увеличиваются на ЗХЮ3 кгс/см2 с уменьшением влажности на 1%. При сжатии и растяжении поперек волокон модуль упругости уве­ личивается на 0,2бХ103 кгс/см2 при уменьшении влажности на 1%.

При конструировании деревянных изделий для наиболее ответ­ ственных узлов (опор, шиповых соединений и др.) обычно делают расчеты на прочность. При этом допускаемые напряжения берут, как правило, минимальными —для древесины с влажностью 15%. Диапазон действительной влажности древесины, характерной для тех или иных условий эксплуатации изделий, не учитывается. Это в ряде случаев'приводит к умышленному завышению сечения дета­ лей, а следовательно, к перерасходу древесины.

Требования к влажности древесины столярно-строительных из­ делий. Средние нормы влажности древесины при изготовлении ме­ бельных и столярно-строительных изделий должны соответствовать средней влажности этих изделий при эксплуатации, а допустимые отклонения от средних норм должны укладываться в наблюдаемые поля изменения эксплуатационной влажности.

Средняя эксплуатационная влажность и наблюдаемые отклоне­ ния от нее с учетом округления для изделий, эксплуатирующихся внутри отапливаемого помещения, составляют 7± 2%, для внутрен­ них переплетов оконных блоков 9±2%, для наружных переплетов 11 ±2%. Однако для наружных и внутренних переплетов установить различные нормы влажности практически невозможно, так как в подавляющем большинстве случаев при изготовлении они идут одним потоком.

Чтобы сохранить качество изделий при эксплуатации, целесооб­ разнее взять за основу влажность древесины внутренних перепле­ тов, так как в этом случае относительно большое набухание брус­ ков наружных переплетов может быть только в зимнее время, когда створки не открываются. Уплотнение притворов и уменьшение зазоров будет способствовать уменьшению воздухопроницаемости окон.

Если норму влажности для древесины оконных блоков принять 9± 3%, за эти пределы на короткий срок в период эксплуатации будет выходить в зимнее время года влажность наружных створок в сторону увеличения и внутренних в сторону уменьшения.

Влажность древесины оконных коробок и дверных блоков не превышает влажности створок в процессе эксплуатации. Кроме того, воздухообмен помещений через сопряжения коробок с кладкой составляет 44% общего воздухообмена через ограждения. Это за-

ставляет относиться к размероизменяемости и формоизменяемости коробок так же серьезно, как и переплетов, и предъявлять к их нормам влажности одинаковые требования.

Из рис. 26 видно, что в половых досках отклонения влажности от первоначальной (8,4%) в неотапливаемый период года направ­ лены в сторону увеличения, а в отапливаемый период — в сторону уменьшения примерно на одинаковую величину. За пределы 6— 11 % влажность половых досок выходит лишь на короткое время в наиболее влажные и сухие месяцы года.

На основании изложенного ранее и анализа данных о микрокли­ мате и равновесной влажности жилых помещений могут быть реко­ мендованы следующие нормы влажности древесины в изделиях пе­ ред началом их эксплуатации: для изделий внутри отапливаемых помещений — 7 ± 2%, для оконных блоков и наружных дверей — 9±3%, для половых досок — 8±3%.

Сопоставление и анализ среднегодовых данных температуры, относительной влажности воздуха и влажности древесины (табл. 7)

позволяет сделать некоторые дополнительные выводы, полезные для практики, а именно:

разница между средними равновесной и фактической влаж­ ностью древесины в условиях отапливаемого помещения (в том чис­ ле и на подоконнике) очень мала (порядка 0,2%) и ею'можно пренебрегать;

разница между средними равновесной и фактической влаж­ ностью в условиях наружного воздуха и неотапливаемых помеще­ ний (а также и между створками оконых и дверных блоков отап­ ливаемых помещений) довольно велика (2—3,5%) и должна учи­ тываться при решении практических задач.

Нормы влажности для изделий,, эксплуатирующихся внутри отапливаемых помещений, могут быть едиными для всех климати­ ческих районов Советского Союза, так как системы отопления для всех вновь строящихся крупнопанельных и кирпичных домов, а также для большинства существующих жилых зданий (за исключе­ нием деревянных) рассчитываются примерно на одинаковые пара­ метры воздуха.

42

Нормы влажности для изделий, эксплуатирующихся в условиях, аналогичных условиям, в которых эксплуатируются оконные и на­ ружные дверные блоки, могут корректироваться в зависимости от климатических условий того или иного района.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ВЛАЖНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ

МИКРОКЛИМАТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИИ

Операции по механической обработке древесины относятся к категории работ средней тяжести, для выполнения которых, по са­ нитарным нормам, в холодный и переходный периоды года (при температуре воздуха менее +10° С) допускается температура воз­ духа 16—18° С, относительная влажность 30—65%, скорость воздуха

Параметры воздуха в производственных помещениях деревооб­ рабатывающих предприятий с точки зрения технологических требо­ ваний строго не нормируются. Инструкцией по внедрению ГОСТ 6449-53 рекомендуется поддерживать относительную влажность в зависимости от влажности древесины в следующих пределах:

Практически соблюдение параметров в вышеуказанных пределах возможно только при наличии специальных кондиционирующих установок. Кроме того, столярно-строительные изделия после изго­ товления длительное время (от 3 до 12 месяцев) находятся на строительных площадках в условиях, полностью зависящих от кли­ мата данного района. Величина изменения влажности древесины при этом сильно зависит от времени года.

На рис. 31 приведены результаты годичных наблюдений за тем­ пературой и относительной влажностью воздуха в цехах мебельной фабрики № 3 г. Москвы. Наблюдения проводились при помощи т е р ­ мографов и гигрографов с суточными заводом. Верхняя и нижняя сплошные линии характеризуют изменение параметров наружного воздуха. Анализ цифровых данных, на основании которых построен этот график, показывает следующее:

среднегодовые значения относительной влажности воздуха в сбо-

Рис. 31. Годичные изменения температуры и относительной влажности воздуха в цехах мебельной фабрики № 3 г. Москвы

рочном и отделочном цехах почти одинаковы (47,4 и 47,8%), в ма­ шинном цехе несколько ниже (42,7%). Это объясняется влиянием эксплуатационных влаговыделений, связанных с применением клеев и отделочных материалов;

среднегодовые значения температуры воздуха находятся при­ мерно на одном уровне во всех цехах с небольшим понижением от первого этажа к третьему (22,9; 22,7; 22,3° С ).

В табл. 8 приведены средние значения температуры и относи­ тельной влажности воздуха в производственных условиях, а также

Т а б л и ц а 8

Средние значения температуры t, °С, относительной влажности ср, %, воздуха и равновесной влажности древесины W p,

%, в производственных помещениях мебельной фабрики № 3

44

но достижение ими равновесной влажности. В этом случае W — = 7,2% — слишком низкая величина, так как концевые части дета­ лей (шипы и проушины) могут сильно усохнуть, что повлияет на качество сборки изделия в дальнейшем. Целесообразнее на про­ межуточном складе поддерживать такие параметры воздуха, при которых равновесная влажность древесины находилась бы около верхнего предела допускаемой фактической влажности. Благодаря явлению гистерезиса сорбции в этом случае нет опасности чрезмер­ ного увлажнения деталей, а следовательно, и чрезмерного разбу­ хания.

Т а б л и ц а 9

Средние значения температуры t, °С, относительной влажности воздуха ф,

%, и равновесной влажности древесины W p, %, в производственных помещениях

деревообрабатывающего предприятия, расположенного в Мордовской АССР

На одном из деревообрабатывающих предприятий Мордовской АССР в деревянных одноэтажных цехах пределы колебания темпе­ ратуры и влажности воздуха примерно те же, что и на предыдущем предприятии, но наибольшие частоты их по температуре 14—20°С, по влажности 40—70% (в машинном цехе 30—60%). Соответствен­ но и пределы значений влажности выше. На складе полуфабрика­ тов этого предприятия параметры воздуха более правильные.

Средние значения температуры, относительной влажности воз­ духа и равновесной влажности древесины в производственных по­ мещениях деревообрабатывающего предприятия Мордовской АССР приведены в табл. 9.

ВЛАЖНОСТЬ ДРЕВЕСИНЫ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА

После камерной сушки разброс влажности в отдельных досках бывает большим. Величина этого разброса зависит от. многих фак­ торов: правильности подбора и укладки пиломатериалов в еушиль-

46

кые штабеля, режимов сушки и возможности управления ими, со­ стояния сушильных камер и др.

Для досок, высушиваемых по III категории качества (для строи­ тельных деталей и изделий), допускаемый разброс влажности в партии составляет 8± 3%, 10±4 и 12±5%, допускаемый перепад

рии качества, остаточные внутренние напряжения могут не контро­ лироваться, режимы сушки могут быть применены любые, сушка может производиться в любых сушильных камерах (паровых и га­ зовых, периодического и непрерывного действия).

В табл. 10—1Г приведены данные о равномерности конечной влажности древесины после сушки в камерах различных систем. Из таблиц видно, насколько может быть велика фактическая нерав­ номерность конечной влажности в одной партии (штабеле) пнлома-

47

медленнее, чем при высыхании (см. рис. 16). Кроме того, приувлажнении средняя устойчивая влажность досок в штабеле не до­ стигает средней равновесной влажности на 8% и более, а при вы­ сыхании они почти совпадают. Это свидетельствует о том, что, если

вштабеле есть доски с влажностью и выше и ниже равновесной,,

вусловиях неотапливаемого склада значительного выравнивания даже в течение года не будет.

Длительное выдерживание штабелей заготовок (в течение 5 лет),, высушенных до разной влажности, в неотапливаемом складе, а затем в отапливаемом помещении показывает, что полного вырав­ нивания влажности в штабелях, в одном из которых заготовки увлажнялись, а в другом высыхали, не произошло, но в отапливае­

мом помещении разница между влажностью заготовок в обоих шта­ белях начала резко снижаться. Причем материал обоих штабелей начал высыхать. К концу первого года в отапливаемом помещении

AW=WmT.5 — Wurr. 2 = 9,6—7,7= 1,9%, а еще через 10 месяцев она составляла 1,4%.

Размер штабелей 0,8X0,8X0,8 м. Для штабелей промышленных размеров скорость изменения влажности меньше, т. е. выравнива­ ние влажности более медленное.

По расчетным данным Куликова И. В. [20], продолжительность процессов высыхания -и увлажнения деталей столярно-строительных изделий из древесины сосны в процессе обработки значительна (табл. 12 и 13). Правда, при расчете И. В. Куликов вводит в фор­ мулу коэффициент замедления, равный 1,2, не учитывая, что в про­ цессе обработки на станках детали свободно омываются воздухом. Кроме того, этот коэффициент не может быть одинаковым при вы­ сыхании и увлажнении.

Из вышесказанного ясно, что выдерживание досок после сушки? в остывочном помещении в течение нескольких часов и даже дней на выравнивание влажности в партии заметного влияния не оказы­ вает, поэтому надо учитывать возможность одновременного попа­

49