Влажность древесины

Все о влажности и сушке пиломатериалов

Дерево – материал «живой», конструкции из него дышат и могут менять свою влажность. В этом и заключается его главное отличие от кирпича, бетона, металла… Такая особенность обуславливает наличие некоторых проблем при использовании стройматериалов из древесины, особенно это касается изменения процента влажности.

Влажность: понятие свободной и связанной влаги

В древесине основная часть воды находится в полостях клеток, межклеточных пространствах, в каналах, пустотах, трещинах – это свободная влага. Некоторое количество воды присутствует в толще клеточных оболочек – связанная влага.

Свободная (капиллярная) влага в дереве удерживается за счет простых физико-механических связей, она легко испаряется при обычной сушке. Это та вода, которую древесина может впитывать и отдавать. Когда речь заходит о влажности пиломатериалов, то имеется в виду количество именно свободной влаги.
Связанная (микрокапиллярная) влага удерживается в дереве сложными физико-химическими процессами, удаление ее связано с огромными энергозатратами. В природе она испаряется из древесины в процессе горения или естественного старения, то есть, когда клетки полностью разрушаются.

Процент влажности пиломатериалов – одна из важнейших технических характеристик, влияющих на качество и сферу применения изделий. Кроме того показатель влажности может переводить доску или брус в один из пяти сортов. Так, в ГОСТ 8486-86 говорится, что к отборным и первому-третьему сортам относятся пиломатериалы влажностью до 22 процентов (сухие) или от 22% (сырые, обработанные антисептиком), и только 4-ый сорт не нормируется по этому показателю.

Выделяют абсолютную и относительную влажность. В строительной практике обращают внимание в основном только на абсолютную, которая определяется как соотношение массы содержащейся в дереве влаги к массе сухой древесины.
Принято выделять несколько видов влажности:

• мокрая древесина (сплавная) – 100 и более процентов;
• свежепиленная – от 50 до ста процентов;
• воздушно-сухая – до 20 процентов;
• комнатно-сухая – 7-10 процентов;
• абсолютно сухая – 0 процентов.

Выделяют также понятия «полусухие» пиломатериалы, изделия из древесины «транспортной влажности» - около 22%.

Для чего нужно знать процент влажности пиломатериалов

Влажность дерева – величина нестабильная. Древесина гигроскопична, она всегда стремится войти с окружающей средой в равновесие. Влагообмен происходит постоянно, при повышении влажности воздуха пиломатериалы впитывают в себя воду из него, а при понижении – отдают. Это взаимодействие вызывает ряд процессов по изменению структуры и формы материала, таких как:

• разбухание;
• усушка;
• коробление;
• растрескивание.

При усушке пиломатериалы уменьшаются в объеме вследствие испарения влаги из древесины. Причем объем уменьшается прямо пропорционально снижению влажности. Усыхает дерево в разных направлениях неодинаково, меньше всего вдоль волокон (на 0,1-0,3%), в радиальном направлении – 4-8%, в тангенциальном – 6-10%. Объемная усушка в среднем может составлять 12-15 процентов. Чтобы после высыхания изготавливаемые пиломатериалы имели нужные размеры, при распиловке бревен, например, на брус или доску, делают припуски. При этом учитывают, что усушка зависит от плотности древесины – чем выше она, тем больше усыхает. Кстати, разные породы по-разному реагируют на изменение влажностного режима, выделяют среди них более-менее стойкие, а некоторые характеризуются плотниками и столярами как «нервные».

Разбухание ­– увеличение деревянных изделий в объеме, то есть процесс, противоположный усушке. Происходит он, когда дерево эксплуатируется в условиях повышенной влажности. Увеличение объема само по себе не влияет на прочность древесины как таковой, однако может привести к нарушению формы/целостности собранных из нее конструкций.

Свойство древесины разбухать и усыхаться при кардинальном изменении влажности считается негативным. Однако, в некоторых случаях, например, разбухание бывает полезным – оно обеспечивает герметичность соединения деталей, допустим, при изготовлении деревянных лодок, бочек и т.п.

Уличные деревянные конструкции процессам разбухания и усушки подвергаются периодически, со сменой времен года. Поэтому они особо подвержены таким процессам как растрескивание и коробление, являющимися результатами постоянно меняющейся влажности.

При усушке может образовываться неравномерность распределения воды в слоях дерева, в результате чего возникает напряжение по разным направлениям, приводящее к образованию трещин. Вследствие усушки часто наблюдается искривление изделия – коробление. Оно может быть продольным или поперечным, появляется неравномерно в разных направлениях. Искривлённые пиломатериалы осложняют монтаж и могут терять несущие способности. Даже выделяют (ГОСТ 2140 81) специфический видимый порок доски – «крыловатость», то есть винтовой продольный изгиб. 

Сырые пиломатериалы стоят дешевле, так как на их сушку не были затрачены средства, и у них имеется ряд существенных недостатков:

• в большей степени подвержены заражению паразитическими грибками, для которых повышенная влажность является идеальной средой обитания;
• больше страдают от усушки, как следствие - трескаются и коробятся;
• плохо поддаются обработке (строжка, шлифование);
• характеризуются пониженными теплоизоляционными свойствами, так как «лишняя» вода выталкивает воздух, выступающий основным теплоизолятором.

Выбираем пиломатериал по проценту влажности

Пиломатериал определенной влажности предназначается для определенных целей. Использовать доску/брус влажностью 20-30 процентов допускается для строительства любых уличных сооружений – заборы, беседки, навесы, ограждения для животных и тому подобное. Кроме того брус и доска естественной влажности подойдет для обустройства некоторых конструкционных элементов при возведении домов и ремонтных работах. Например, для обустройства стропильной системы или лаг под половое покрытие. В данном случае надежность крепления не позволит при высыхании появиться трещинам и короблению. А для защиты от грибка изделия обрабатываются специальными антисептическими составами.

Из сухого пиломатериала (комнатно-сухая влажность на уровне 7-10 процентов) изготавливают строганный мелкий и крупный погонаж (вагонка, блок-хаус, плинтусы, уголки, обналичка) наружные и внутренние дверные полотна, оконные фрамуги и рамы, паркет, мебель.

Существует у деревообработчиков такое понятие, как «транспортная влажность». Ее показатель не должен быть больше 20-22 процентов. Если влажность пиломатериалов выше, то перевозить их на большие расстояния не допустимо, так как транспортировка займет много времени, в течение которого возможно загнивание древесины.

Абсолютно сухая древесина с показателем 0 процентов на практике не встречается. Это понятие применяется лишь при использовании одного из методов определения влажности – весового.

Основные методы определения влажности

Для выяснения влажности пиломатериалов пользуются сегодня двумя основными способами – весовым и с использованием влагомера.

Весовой метод

Влажность определяют следующим образом – из бруса или доски выпиливают небольшой образец (контрольную пробу) шириной 20-25 мм. Очень важно брать его не с самого края, а с середины, так как торцевые части влажность всегда имеют меньшую. Образец очищают от опилок и взвешивают на технических весах, способных давать сверхточные показатели (до одной сотой грамма). Полученный вес записывают – это будет начальная масса пробы (НМП).

Далее образец высушивают в специальном сушильном шкафу при 100-105 градусах. Через пять часов его достают и взвешивают, фиксируя вес, снова сушат, проверяя показатели через каждые 1-2 часа. Когда вес перестает изменяться, получается абсолютно сухая древесина – записывается конечная масса пробы (КМП). Далее влажность пиломатериалов определяют так: разницу между НМП и КМП делят на показатель КМП, полученную цифру умножают на 100 – получают изначальный показатель влажности.

Основной плюс метода заключается в том, что он дает очень точные показатели (погрешность не более 1 процента). Минусы:

• анализ может сильно затянуться по времени;
• потребуется вырезать образец материала, что неприемлемо для готовых изделий.

Использование влагомера

Влагомер – специально сконструированный для измерения влажности электроприбор. Существует две его разновидности:

• контактный (игольчатый) – работа основана на кондуктометрическом методе;
• бесконтактный – работа основана на диэлькометрическом методе.

Игольчатый влагомер имеет две острые металлические иглы, которые погружаются в древесину. Затем нажимают кнопку, замыкая цепь. Прибор при этом измеряет электрическое сопротивление, которое изменяется в зависимости от уровня влаги в материале. Далее по специальной формуле, заложенной в память влагомера, вычисляется процент влажности. Измерения в данном случае проводятся локально, поэтому процедуру для получения точных результатов необходимо проводить в нескольких местах изделия.

Основным рабочим элементом бесконтактного влагомера является генератор радиочастот. Измерения проводятся при помощи вмонтированных контактных площадок, поэтому, в отличие от игольчатой модели, прибор не оставляет следов изделии. Работа основана на измерении диэлектрической проницаемости древесины – вода сама по себе характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью, что дает возможность получить точные показатели процента влажности материала.

Основными плюсами использования влагомеров являются удобство применения и возможность быстро получить результат. Бесконтактные приборы, кроме того, прекрасно подходят для измерения влажности готовых изделий. Главный минус – показатели влагомеров бывают не очень точными, погрешность может составлять от 2 до 7 процентов.

Основные методы сушки пиломатериалов

Сушка древесины – важнейшая операция, направленная на улучшение ее технологических и потребительских свойств. Даже если случилось переувлажнение изделия, то бывший сухим пиломатериал гораздо реже коробится и растрескивается, легче обрабатывается и монтируется. Сухое дерево отлично противостоит заражению вредоносными грибками. Вес изделий получается меньше, при этом прочность и твердость повышаются, также заметно улучшаются теплоизоляционные качества.

Сегодня в деревообрабатывающей промышленности используют два основных способа сушки – естественный (атмосферный) и принудительный (камерный).

Естественная сушка

При атмосферной сушке пиломатериалы укладывают в штабеля под навесом на открытом воздухе. При формировании штабеля между рядами досок, брусьев и т.п. кладут прокладки. Штабеля устанавливают с просветами для циркуляции воздуха. Торцы изделий, во избежание появления трещин, обрабатывают специальными составами. Кроме того, пиломатериалы из лиственных пород перед укладкой в штабеля должны быть обязательно подвергнуты антисептированию.

Агентом сушки в данном случае выступает воздух, хотя, в отличие от принудительного способа, управлять его параметрами (температура, влажность) не получается. Все зависит от погоды и времени года. Немаловажным моментом является, насколько плотно уложены штабеля. Чем плотнее, тем выше в них относительная влажность и ниже температура, а значит, просыхать древесина будет медленнее.

Атмосферная сушка позволяет получить на выходе изделия с влажностью 18-20 процентов. Скорость процесса будет зависеть от начальной влажности дерева, времени года, породы древесины и сечения пиломатериалов.

Основным плюсом является относительная дешевизна процесса. Не требуется специального оборудования и затрат на подогрев воздуха. Кроме того, остаточные напряжения при усушке будут не такими сильными, трещин образовывать не будет – это особенно актуально при сушке древесины с изначально высокой влажностью.

Минус – сохнут пиломатериалы долго, контролировать температуру и влажность невозможно. При длительном повышении влажности окружающего воздуха появляется опасность грибкового заражения.

Принудительная сушка

Наиболее технологичный высокоэффективный метод, позволяющий получить древесину с влажностью 7-12 процентов за короткий промежуток времени. Суть его заключается в том, что особым образом сформированные штабеля из пиломатериалов помещают в специальные камеры, в которых на протяжении определенного времени поддерживается необходимый температурный и влажностной режим. Агентом сушки может выступать пар, нагретый воздух  либо топочные газы, движение их может быть как естественное, так и принудительное.

Основным плюсом является быстрота получения пиломатериалов необходимой влажности. Кроме того, имеется возможность четко контролировать процесс. Для каждой породы древесины и в зависимости от первоначальной влажности выбирается самый выгодный режим сушки. Горячий пар или газ убивает паразитические грибки и личинки вредных для древесины насекомых. Недостаток у принудительной сушки один – большие затраты на оборудование и нагревание агента.

Вариантом камерной сушки можно считать вакуумные установки, где дерево греют током при пониженном давлении. Есть ещё несколько методов, чтобы удалить воду из пиломатериалов до необходимого процента, но применяют их очень нечасто.