Что такое влажность древесины и методы ее определения

О влажности древесины слышал каждый, кто когда-либо красил, покупал или обрабатывал древесину.

На баллончике каждого лака, грунтовки или краски указана информация о необходимой влажности древесины, да и для изделий столяры выбирают именно сушеный материал. Почему так важен уровень влажности и как его измерить – расскажем в этой статье.

Почему влажность является важным параметром древесины

Древесина – анизотропный и гигроскопичный материал. Следовательно, его механические свойства зависят от содержания влаги. В процессе эксплуатации деревянных изделий должен соблюдаться принцип поддержания постоянной и достаточно низкой технической влажности, при которой материал не меняет своей формы.

Кроме того, слишком влажная древесина подвержена развитию грибков, она покрывается плесенью и меняет свой цвет («синеет»). Чересчур пересушенное дерево склонно к растрескиванию, оно становится хрупким и не может использоваться в сколько-нибудь нагруженных конструкциях.

Идеальная влажность древесины варьируется и зависит от породы древесины и ее назначения. В среднем, влажность древесины для элементов, устанавливаемых внутри помещений, не имеющих контакта с наружным воздухом, т. е. лестниц, мебели и полов, составляет от 6 до 10%. Для деревянных элементов, находящихся в постоянном контакте с наружным воздухом, например, оконных рам, наружных дверей, ставен, облицовки фасадов и террасы влажность древесины должна составлять от 10 до 15%.

Влага присутствует в древесине в трех видах:

• свободная, т.е. капиллярная, заполняющая внутреннюю часть клеток и межклеточные пространства, составляя примерно 65% общего содержания воды в древесине;
• связанная, т.е. гигроскопичная, насыщающая клеточные мембраны, составляющая примерно 30% от общего содержания;
• конституциональная, т.е. входящая в состав химических соединений древесины, составляет примерно 5% от общего содержания воды в древесине; эта вода не имеет практического значения ни в процессе сушки древесины, ни при ее эксплуатации.

Нормы влажности древесины

Для определения влажности древесины учитывают свободную (капиллярную), и связанную (гигроскопичную) воду.

Влажность древесины определяет процентное соотношение массы воды, содержащейся в древесине, к массе древесины. Определяется в весовых или процентных единицах. Различают абсолютную влажность и относительную влажность.

Абсолютная влажность определяется как отношение массы воды, содержащейся в древесине, к массе полностью сухой древесины.

Относительная влажность древесины – это отношение массы содержащейся в древесине воды к массе влажной древесины.

Свежесрубленная древесина имеет большие различия во влажности в зависимости от ее вида и возраста, условий обитания, времени рубки и наличия сердцевины. Абсолютная влажность свежесрубленной древесины хвойных пород составляет 100%, мягких лиственных пород - 80%, твердых лиственных пород - 55%. В зависимости от влажности древесного материала древесину различают: влажную (свыше 70%), свежую (70%), нагрузочно-сухую (20-25%), воздушно-сухую (13-20%) и годно-сухую (менее 13%).

Сушка древесины в естественных условиях снижает ее влажность до 15-28%. Влажность древесины 8-12% получают путем искусственного высушивания древесных материалов в сушилках.

Различают техническую влажность древесины, связанную с требованиями обработки, и эксплуатационную влажность, зависящую от ее применения и условий эксплуатации.

Техническая влажность должна быть равна или ниже полезной влажности на 2%.

Влажность основных столярных изделий должна составлять:

• мебели и строительных столярных изделий в помещениях с центральным отоплением 8-10%, отапливаемых печами 10-12%;
• строительных столярных изделий, контактирующих с внутренним и атмосферным воздухом 12-15%;
• крытых деревянных конструкций 15-17%;
• деревянных конструкций, не защищенных крышей 17-22%;
• водных сооружений 22-30%.

Определение влажности древесины

Влажность древесины можно определить различными методами:

• сушильного взвешивания;
• дистилляции;
• с помощью электрического гигрометра.

Для определения влажности древесины методом сушильного взвешивания необходимы образцы размерами 20х20х20 мм или 20х20х30 мм, взятые из сердцевины (средней части доски) и пронумерованные соответствующим образом.

Пробы массой менее 20 г, взвешивают в стеклянных сосудах. Бруски и сосуды взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г или на аналитических весах с точностью до 0,001 г в зависимости от необходимой точности результатов испытаний. После взвешивания образцы помещают в электрическую лабораторную сушилку при температуре 100±5°С.

По завершении сушки образцов древесины хвойных пород в течение 6 часов или образцов древесины лиственных пород в течение 12 часов их охлаждают до температуры окружающей среды (в специальных сосудах, называемых эксикаторами, содержащих на дне серную кислоту или безводный хлористый кальций, сильно поглощающие влагу).

Образцы, охлажденные в эксикаторе до температуры окружающей среды, взвешивают и помещают обратно в электросушилку. Время этой сушки должно быть таким же, как и в первый раз. Цикл сушки, охлаждения и взвешивания образцов повторяется 3 раза. Когда потеря массы испытуемых образцов между последующими взвешиваниями не превышает 0,2%, их считают полностью сухими, получая, таким образом, значение для расчета абсолютной влажности.

Второй метод, применяемый в лабораторных условиях, – метод дистилляции. Он предполагает испарение воды из древесины путем кипячения образца в кипящей жидкости, не смешивающейся с водой. Обычно его используют для испытания образцов древесины, содержащих много летучих веществ (например, скипидара, эфирных масел, пропиток), которые легко выделяются при сушке древесины. Среднее время, необходимое для определения влажности этим методом, составляет около 6 часов.

Оба метода сложны и трудоемки, а потому редко применяются на практике.

Сравнительно быстрый способ определения влажности древесины – использование электрического влагомера. Работа этого устройства предполагает измерение электроемкости древесины или измерение сопротивления древесины протекающему через нее электрическому току. Электрическое сопротивление и электрическая емкость древесины изменяются только при ее влажности 0-30%. Выше этого предела электрические влагомеры не регистрируют изменений, и показывают предельную влажность древесины 30%.

Преимуществом электрогигрометров является возможность проведения очень быстрых измерений в течение 2-3 минут, недостатком — ограниченность применимости и относительно невысокая точность измерений (допуск 1-2%).