Влияние влажности на древесину – основная причина его разрушения. Влага в древесине заполняет полости клеток и межклеточные пространства и может быть в форме капиллярной жидкости. Эта вода, заполняя сосуды древесины, содержит различные соли, которые необходимы для жизни дерева. Коллоидно-связанная вода, пропитывая стенки клеток, удерживается в межмицеллярных промежутках. Наконец, химически связанная вода входит в состав отдельных веществ, составляющих древесину.
Внешний вид древесины
Он характеризуется следующими свойствами: цветом, блеском, текстурой и макроструктурой.
Под цветом древесины понимают определённое зрительное ощущение, которое зависит, в основном, от спектрального состава отражённого ею светового потока. Цвет — одна из важнейших характеристик внешнего вида древесины. Его учитывают при выборе пород для внутренней отделки помещений, изготовлении мебели, музыкальных инструментов, художественных поделок и т.д.
Окраска древесины зависит от породы, возраста дерева, климата района произрастания. Древесина может изменять цвет при выдержке под влиянием воздуха и света, при поражении грибами, а так же при длительном нахождении под водой. Тем не менее, цвет многих пород настолько характерен, что может служить одним из признаков при их распознавании.
Блеск — это способность древесины направленно отражать световой поток. Наибольшим блеском из отечественных пород отличается древесина дуба, бука, белой акации, бархатного дерева; из иноземных — древесина атласного дерева и махагони (красного дерева).
Текстурой называется рисунок, образующийся на поверхности древесины вследствие перерезания анатомических элементов (годичных слоёв, сердцевинных лучей, сосудов).
Для оценки качества древесины по внешнему виду используют такие характеристики, как ширина годичных слоёв и содержание поздней древесины.
Ширина годичных слоёв — число слоёв, приходящихся на 1 см отрезка, отмеренного по радиальному направлению на торцевой поверхности образца.
Содержание поздней древесины определяется соотношением (в процентах) между суммарной шириной зон поздней древесины и общей протяжённостью (в радиальном направлении) участка измерения, включающего целое число слоёв.
Значение влажности в сфере строительства и ремонта
Показатели влажности влияют на целый ряд эксплуатационных особенностей пиломатериалов:
- усушка и коробление древесины;
- способность противостоять перепадам температуры;
- защита от насекомых, грибков, плесени и прочих биологических факторов;
- долговечность;
- эстетические характеристики;
- теплоизоляционные свойства.
Важно учитывать этот параметр при выборе оптимального материла для выполнения того или иного вида работ. Ошибки чреваты неприятными последствиями как на этапе строительства, так и в процессе последующей эксплуатации.
Тепловые свойства
К тепловым свойствам относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение.
Теплоёмкость. Показателем способности древесины аккумулировать тепло является удельная теплоёмкость С, представляющая собой количество теплоты, необходимое для того чтобы нагреть 1 кг массы древесины на 1 (0) С. Удельная теплоёмкость для всех пород одинакова и для абсолютно сухой древесины составляет (ФОРМУЛА). С увеличением влажности теплоёмкость увеличивается.
Теплопроводность — свойство, характеризующее интенсивность переноса тепла в материале. Коэффициент теплопроводности ( ФОРМУЛА), с увеличением температуры, влажности и плотности увеличивается. Вдоль волокон (СИМВОЛ) в 2 раза больше, чем поперёк.
Температуропроводность характеризует способность древесины выравнивать температуру по объёму.
Тепловое расширение — способность древесины увеличивать линейные размеры и объём при нагревании. Коэффициент теплового расширения древесины в 3-10 раз меньше, чем у металла, бетона, стекла.
4.Электрические свойства
Электропроводность — способность древесины проводить электрический ток, которая находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.
Сухая древесина относится к диэлектрикам. С повышением влажности древесины сопротивление уменьшается. Особенно резкое снижение ( в десятки миллионов раз) сопротивления наблюдается при увеличении содержания связанной воды. Дальнейшее увеличение влажности вызывает падение сопротивления лишь в десятки или сотни раз. Этим объясняется снижение точности определения влажности электровлагомерами в области, выше Wпн.
Электрическая прочность — способность древесины противостоять пробою, т.е. снижению сопротивления при больших напряжениях.
Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле. Показатели: диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь.
Диэлектрическая проницаемость равна отношению ёмкости конденсатора с прокладкой из древесины к ёмкости конденсатора с воздушным зазором между электродами. Этот показатель для сухой древесины равен 2-3.
Тангенс угла диэлектрических потерь характеризует долю подведённой мощности тока, которая поглощается древесиной и превращается в тепло.
Пьезоэлектрические свойства проявляются в том, что под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды.
Преимущества сибирской лиственницы
Ученые определили, что существует связь между показателями присутствия влаги в волокнах древесины и продуктивностью самого растения. Соотношение этих двух параметров определяет коэффициент водопотребления. Так некоторые породы расходуют больше влаги для создания органической массы, чем другие. Достаточно сравнить показатели водопотребления, чтобы понять, какая древесина более влажная и требует дополнительной обработки при производстве пиломатериалов.
Дуб расходует 340 кг воды для создания 1 кг продукции фотосинтеза, сосна — 300, а сибирская лиственница всего 260. Эта особенность делает древесину лиственницы максимально сухой при заготовке и устойчивой к воздействию влаги при эксплуатации. В процессе старения материалы из этого уникального дерева приобретают гидроизоляционные свойства.
Влажность древесины и свойства, связанные с её изменением
Для количественной характеристики содержания воды в древесине используют показатель — влажность. Под влажностью древесины понимают выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины: W = (m — m0) / m0 * 100, где m — начальная масса образца древесины, г, а m0 — масса образца абсолютно сухой древесины, г.
Измерение влажности осуществляется прямыми или косвенными методами. Прямые методы основаны на выделении тем или иным способом воды из древесины, например высушиванием. Эти методы простые, надёжные и точные, но имеют недостаток — довольно продолжительную процедуру. Этого недостатка лишены косвенные методы, основанные на измерении показателей других физических свойств, которые зависят от содержания воды в древесине. Наибольшее распространение получили кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины. Однако и эти способы имеют свои недостатки: дают надёжные показания в диапазоне от 7 до 30% и лишь только в месте введения игольчатых контактов.
Различают две формы воды, содержащейся в древесине: связанную и свободную. Связанная вода находиться в клеточных стенках, а свободная содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная вода удерживается в основном физико-химическими связями, изменение её содержания существенно отражается на большинстве свойств древесины. Свободная вода, удерживаемая только механическим связями, удаляется легче, чем связанная вода, и оказывает меньшее влияние на свойства древесины.
При испытаниях с целью определения показателей физико-механических свойств древесины её кондиционируют, приводя к нормализованной влажности. Если нет особых примечаний, то показатель равен 12%.
На практике по степени влажности различают древесину:
мокрую, W > 100%, длительное время находившуюся в воде; свежесрубленную, W = 50-100%, сохранившую влажность растущего дерева; воздушно-сухую, W = 15-20%, выдержанную на открытом воздухе; комнатно-сухую, W = 8-12%, долгое время находившуюся в отапливаемом помещении; абсолютно-сухую, W = 0, высушенную при температуре t=103±2°C.
Производственные стандарты
Опытный строитель, эксперт в сфере ландшафтного дизайна, фасадной облицовки или интерьерной отделки может определить, какой влажности должен быть пиломатериал для выполнения различных видов работ. Учитывается множество факторов — от габаритов конструкции до климатических условий и породы древесины.
Рядовому потребителю достаточно знать, что показатели влажности пиломатериалов определяют сортность вагонки, планкена или бруса. Характеристики древесины проверяются на соответствие стандарту ГОСТ 8486-86, где указано, что изделия 1-3 сорта не должны иметь показатели выше 22%. Если пиломатериалы из хвойных пород имеют влажность выше этого значения, обязательным этапом постпроизводственной обработки является использование специальных антисептических средств.
Кроме этого готовые профилированные изделия из натурального дерева должны соответствовать ГОСТ 8242. Согласно стандарту, влажность балок перекрытия не должна превышать показателей в 20%, напольного покрытия и досок для интерьерной отделки — 12%, пиломатериалов для наружной облицовки — 15%. Допускается отклонение от нормативов в +/-3%.
Защита деревянных конструкций от загнивания и гниения
Защита деревянных конструкций от загнивания и гниения имеет важнейшее значение для обеспечения их необходимой долговечности в любых условиях эксплуатации.
Гниение — это разрушение древесины простейшими растительными организмами — древоразрушающими грибами, для которых она является питательной средой. Некоторые лесные грибы поражают еще растущие и высыхающие в лесу деревья. Складские грибы разрушают лесоматериалы во время хранения
их на складах. Домовые грибы — мерулиус, кониофора, пория и др. — разрушают древесину строительных конструкций в процессе их эксплуатации.
Грибы развиваются из микроскопических размеров зародышевых клеток-спор, которые легко переносятся движением воздуха. Прорастая, споры в виде тонких нитей-гифов, которые сплетаются в шнуры и пленки-грибницы, образуют плодовое тело гриба — источник новых спор. Гифы древоразрушающих грибов, проникая в древесину, образуют отверстия в клеточных оболочках и затем растворяют их выделяемыми ферментами — разрушителями целлюлозы. При этом древесина окрашивается в бурый цвет, покрывается трещинами и распадается на призматические кусочки, полностью теряя свою прочность.
Гниение как результат жизнедеятельности растительных организмов невозможно без определенных благоприятных условий. Температура должна быть умеренно положительной, не выше 50 °С. При отрицательной температуре жизнь грибов замирает, но может возобновиться вновь при потеплении. Прекращается рост грибов при температуре более высокой, а при температуре более 80 °С плодовые тела, грибница и споры грибов погибают. Наименьшая влажность древесины, на которой могут расти грибы, составляет 20 %. В более сухой древесине жизнь грибов прекращается.
Присутствие воздуха также необходимо для роста грибов. Древесина, полностью насыщенная водой или находящаяся в иоде без доступа воздуха, гниению не подвергается. Невозможна .1 шедеительность грибов также в среде ядовитых для них
Нашита от гниения имеет важнейшее значение для обеспечения долголетней службы деревянных конструкций. Она состоит в том, что исключается одно из перечисленных выше условий, необходимых для жизнедеятельности грибов. Изолировать древесину от попадания в нее спор, от окружающего воздуха и положительной температуры в большинстве случаев практически невозможно. Можно только уничтожить грибы и их споры высокой температурой, не допустить повышения ее влажности до опасного уровня или пропитать ее ядовитыми для грибов веществами. Это и достигается путем стерилизации, конструктивной и химической защиты древесины от гниения.
Стерилизация древесины происходит естественно в процессе искусственной, особенно высокотемпературной сушки. Прогрев древесины при температуре выше 80 °С приводит к гибели всех присутствующих в ней спор домовых грибов. Такая древесина гораздо дольше сопротивляется загниванию и должна в первую очередь применяться в конструкциях. Конструктивная защита древесины от гниения (рис. 1.6) обеспечивает такой режим эксплуатации конструкций,
Рис. 1.6. Конструктивная защита от гниения:а — бесчердачное утепленное покрытие; б — чердачное утепленное перекрытие; в — защита от конденсационной влаги; г — защита от атмосферных осадков; д — защита от капиллярной влаги; 1 — конструкции; 2 — теплоизоляция; 3 — кровля; 4 — продух; 5 — пароизоляция; 6 — гидроизоляция при котором ее влажность не превышает благоприятного для загнивания уровня. Защита древесины закрытых помещений от увлажнения атмосферными осадками достигается полной водонепроницаемостью кровли, выполненной из высококачественных материалов. Кровля должна иметь необходимые уклоны, и в ней не должно быть внутренних водостоков и ендов. Защита древесины от увлажнения капиллярной влагой осуществляется отделением ее от бетонных и каменных конструкций слоями битумной гидроизоляции. Деревянные конструкции должны опираться на J фундаменты выше уровней пола и грунта. Защита древесины от увлажнения парами воздуха достигается тем, что в помещениях с влажностью более 75 % и выделением водяных паров поверхность ее изолируется водостойкими лакокрасочными материалами, например ГТФ-1 15, УР-175 и др.
Защита древесины от конденсационной влаги имеет очень важное значение. Эта влага возникает в холодное время года в толще теплоизоляционного слоя ограждающих конструкций отапливаемых помещений в результате конденсации водяныхпаров. Такое увлажнение происходит длительное время и не всегда может быть обнаружено. Для защиты от проникновения в конструкцию водяных паров со стороны помещения укладывается слой пароизоляции. Основные несущие конструкции помещаются вне зоны перепада температур или полностью внутри помещения ниже слоя теплоизоляции или вне его, например в холодном помещении чердака выше утепленного чердачного перекрытия. Хорошее проветривание древесины благоприятно для ее естественного высыхания в процессе эксплуатации. Для этого делают осушающие продухи в толще конструкций, сообщающиеся с наружным воздухом. Естественные продухи образуются между листами асбестоцементной кровли. Элементы основных конструкций следует проектировать без зазоров и щелей, где может застаиваться сырой воздух.
Химическая защита древесины необходима в тех случаях, когда ее увлажнение в процессе эксплуатации неизбежно. Конструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе, в земле, в толще ограждающих конструкций зданий и в других случаях, например конструкции мостов, мачт, свай, неизбежно увлажняются атмосферной, грунтовой или конденсационной влагой. Химическая защита таких конструкций от загнивания заключается в пропитке или покрытии их ядовитыми для грибов веществами антисептиками. Они бывают водорастворимыми и мас-ляпистыми.
Водорастворимые антисептики — это вещества, не имеющие цвета и запаха, безвредные для людей, например фтористый и кремнефтористый натрий. Их используют для защиты древесины в закрытых помещениях, где возможно пребывание людей и нет опасности вымывания антисептиков водой. Существуют и другие виды водорастворимых антисептиков, некоторые из них ядовиты и для людей.
Маслянистые антисептики представляют собой некоторые минеральные масла — каменноугольное, антраценовое, сланцевое, древесный креозот и др. Они не растворяются в воде, очень ядовиты для грибов, однако имеют сильный неприятный запах и вредны для здоровья людей. Эти антисептики не вымываются водой и применяются для защиты от гниения конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе, в земле и над водой.
Защищенные маслянистыми антисептиками конструкции успешно эксплуатируются десятки лет в условиях, где незащищенные конструкции разрушаются гнилостными грибами за два-три года. Внесение в древесину антисептиков производят различными методами. Пропитка древесины под давлением наиболее эффективна. При этом древесина влажностью не более 25 % выдерживается в растворе антисептика внутри стального автоклава под высоким (до 14 МПа) давлением, в результате чего антисептик проникает в нее на достаточную глубину. Пропитка древесины в горяче-холодных ваннах тоже дает достаточный эффект при меньшей стоимости. При этом древесина выдерживается сначала в горячей, а затем в холодной ванне с раствором антисептика без повышенного давления.. Поверхностное антисептирование заключается в нанесении на поверхность древесины эксплуатируемых конструкций горячего антисептического раствора или густой антисептической пасты. Подробные указания по защите древесины от загнивания содержатся в специальной инструкции. Применение древесины, не защищенной от гниения, в благоприятных для загнивания условиях должно быть полностью исключено.
Поражение насекомыми может тоже служить причиной разрушения древесины. Для деревянных конструкций наиболее опасны жуки-точильщики. Их личинки, питаясь, главным образом, древесиной, прогрызают в ней многочисленные отверстия, соответственно снижая ее прочность. Для защиты от жуков-точильщиков эффективны только температурный и химический способы. Нагрев древесины до температуры выше 80 °С приводит к гибели этих вредителей. Химическая защита древесины от загнивания, особенно маслянистыми антисептиками, одновременно надежно защищает ее и от жуков-точильщиков. Для истребления жуков и их личинок в древесине эксплуатируемых конструкций применяется окуривание ее ядовитыми газами и вспрыскиванием в ходы жуков растворов ядовитых веществ, например гексахлорана или ДДТ.
Технологии профессиональной сушки древесины
В строительстве используют разнообразные технологии сушки древесины. Они отличаются не только применяемым оборудованием, а и способом передачи тепла материалу, который высушивают.
Атмосферная сушка
Атмосферная сушка древесины
Это удаление влаги из дерева путём естественного процесса испарения. Древесина укладывается в штабеля и размещается в сухом, хорошо проветриваемом помещении таким образом, чтобы её омывал атмосферный воздух. Между штабелями обязательно должны быть вентилируемые просветы.
Если древесину сушить на открытом солнце, то её внешняя поверхность будет нагреваться больше, чем внутренняя. Это может привести к появлению различных дефектов.
Этот метод сушки считается недорогим, наиболее щадящим, а полученная древесина более устойчива к деформациям. К недостаткам этого метода относят: большую продолжительность сушки (4-6 месяцев); высокую конечную влажность материала (15-20%).
Камерная сушка
Камерная сушка древесины
Это высокоэффективная технология сушки древесины, позволяющая получать качественный материал необходимой влажности. В лесосушильные камеры штабелями загружают пиломатериалы, где под воздействием газообразной среды (топочных газов, воздуха, перегретого пара) происходит выпаривание жидкости. Газообразная среда путём конвекции передаёт тепло древесине.
Для равномерного распределения и циркуляции тёплого воздуха в сушильных камерах применяют осевые или центробежные вентиляторы. Своевременный отвод лишней влаги позволяет избежать растрескивания и коробления пиломатериалов, а также получить материал высокого качества в минимальные сроки (от нескольких часов до нескольких суток).
Неоспоримым преимуществом данной технологии является: высокая скорость испарения лишней влаги, маленькое напряжение в готовом материале, большой объём загрузки камеры (до 1000м3).
Камерная сушка древесины — удовольствие не из дешёвых, поэтому пиломатериалы, высушенные подобным образом, по стоимости значительно дороже, чем пиломатериалы естественной влажности. Однако если для строительства дома выбрать древесину естественной влажности можно выиграть в деньгах, но проиграть в качестве, со временем заделывая дыры между рассохшимися досками или меняя прогнившие конструкции.
Поскольку древесина технической сушки — высококачественное сырьё для строительства всех видов деревянных конструкций с высокими защитными и стабильными физико-механическими свойствами, то для строительства дома она подходит как нельзя лучше.
