Какие факторы влияют на свойства древесины

Влажность древесины

Отношение массы воды, содержащейся в древесине к массе сухой древесины является физическим показателем влажности древесины. Влажность древесины вычисляют прямым и косвенным методами.

К косвенному методу относится измерение кондуктометрическим электровлагомером, который определяет электропроводность древесины. Использование косвенного метода экономит время, но его показания могут иметь погрешность до 30%.

Прямые методы занимают значительно больше времени для измерения влажности. Суть прямых методов заключается на выделении тем или иным образом воды из древесины, при высушивании, например.

Вода, содержащаяся в древесине различают по двум типам — связанную, находящуюся в клеточных стенках и свободную, находящуюся в полостях клеток и межклеточных пространствах. Свободная вода удаляется легче, чем связанная.

Показатель нормализованной влажности составляет 12%, если нет примечаний.

По степени влажности различают

• Мокрую древесину, которая долго находилась под водой (100%)
• Свежесрубленную древесину, которая имеет влажность растущего дерева (50-100%)
• Воздушно-сухую древесину, которая сохла на открытом воздухе (15-20%)
• Комнатно-сухую, которая длительное время находилась в отапливаемом помещении (8-12%)
• Абсолютно сухую, которая была высушена в специальных камерах, с температурой 103+-2 градуса по Цельсию.

Другие агенты биоповреждений

Насекомые древоточцы

Древесину повреждают различные насекомые — жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, дровосеки, точильщики), рогохвосты, термиты, муравьи и другие. Некоторые из них проделывают ходы только в коре, а многие углубляются в древесину.

Личинки насекомых проделывают в древесине ходы и отверстия — червоточины. Находясь в древесине, древоточцы способны прогрызать ходы до 40 метров в длину.

Поражения насекомыми бывают настолько значительными, что части дерева теряют свою прочность. Часто при незначительном числе наружных отверстий древесина бывает полностью разрушена внутри.

Отдельной проблемой, связанной с международной торговлей древесиной, является импорт тропических сортов, уже пораженных насекомыми.

Рис. Дереворазрущающие насекомые

Из вредителей наиболее опасен мебельный точильщик. Он проделывает в древесине многочисленные ходы диаметром до 2 миллиметров, разрушая мебель, а также конструктивные элементы и части зданий и сооружений, превращая древесину в пылеобразную массу под сохранившимся тонким наружным слоем.

Бактерии

Бактерии разрушают древесину ограниченно, они, размножаясь делением клеток, не могут продвигаться в древесине, за исключением той, которая находится под водой. Бактерии имеют тенденцию создавать колонии в клетках древесины, используя белки в качестве источников питания. Бактерии способны разрушать полисахариды и лигнин. Воздействие бактерий ограничивается заболонной древесиной, компоненты ядровой древесины устойчивы к этому воздействию.

Водоросли

Водоросли обычно выглядят как зеленые наросты, в особенности на северной стороне деревянных фасадов. Их рост является следствием слишком высокого содержания поверхностной влаги.

Сами по себе водоросли не вызывают гниения, но являются показателем повышенного содержания влаги в древесине, с чем связывается риск повреждения грибами.

Ракообразные и моллюски

Ракообразные и моллюски поражают древесину, находящуюся в морской воде. Взрослые особи и их личинки разрушают древесину вследствие механического процесса сверления и поедают ее. Ходы корабельного червя сначала идут перпендикулярно поверхности на глубину 10-30мм, затем поворачивают и идут по годичным слоям вверх и вниз, при этом отдельные ходы никогда не пересекаются и не сливаются. Повреждения портовых сооружений и судов морскими древоточцами-моллюсками и ракообразными относят к трухлявой червоточине.

Усушка древесины

При удалении связанной воды происходит уменьшение объема древесины и линейных размеров. Это свойство и называют усушка. Усушки не вызывает удаление свободной воды. Большее количество клеточных стенок на единицу объема древесины, способствует более сильной усушке.

• Усушку древесины необходимо учитывать при распиловке бревен на доски, так называемые припуски на усадку. Например, при сушке пиломатериалов и т. д.
• Усушка, в разных направлениях неодинакова. Так, в радиальном направлении усушка меньше в 1,5-2 раза, чем в тангенциальном.
• Максимальная усушка происходит при удалении всего количества связанной воды.

Без участия внешних нагрузок, в древесине возникает внутреннее напряжение, которое образуется при неодинаковых изменениях объема древесины.

В поверхностных зонах доски влажность ниже, чем в центре. Поэтому из-за того что свободная сушка стеснена, возникают напряжения «растягивающие». При этом внутри доски возникают сжимающие напряжения.

Если будет достигнут предел прочности на растяжение поперек волокон, растягивающего напряжения, на древесине появятся трещины. Внутренние и поверхностные.

Влияние УФ-лучей

Существенная особенность покрытий лакокрасочных материалов (ЛКМ) – это защита поверхности древесины от вредного влияния УФ-лучей. Они представляют собой невидимую для человеческого глаза часть лучей солнечного спектра, которые из-за высокого содержания энергии могут вызвать разрушения. УФ-лучи разрушают лигнин, основу строительной древесины, лигнин – природный полимер в составе древесины (содержание 20-30%), придающий древесине такие свойства как цвет, структура, плотность, твердость и др. Разрушение лигнина наглядно можно наблюдать в процессе выцветания и коробления бумаги на солнце. Аналогичным образом ультрафиолет воздействует на изделия из древесины, находящихся на солнце (окна и двери). Древесина становится со временем серой и рыхлой, разрушается ее внешняя и внутренняя структура, портится внешний вид изделия. Наряду с таким некрасивым цветом также и сцепление этого слоя с ЛКМ становится недостаточным, так как «продукты разрушения» уже не обеспечивают прочной связи с неразрушенной древесиной. Непрозрачные системы не пропускают лучи к поверхности древесины. Прозрачные системы имеют более низкое содержание пигментов и пропускают лучи, что приводит к разрушению.

Климатические факторы разрушения

При эксплуатации в постройках древесина испытывает на себе постоянное влияние природных факторов, которые в совокупности с агентами биоразрушения приводят к ухудшению внешнего вида, старению и разрушению древесины.

Ветер, пыль, осадки, перепады температур, приводят к усушке, набуханию, образованию трещин, короблению, накоплению влаги, увеличению риска биологического поражения древесины.

Солнечная радиация приводит к химическому изменению целлюлозы, разрушению лигнина, древесина приобретает сероватый оттенок и ворсистость.

Наибольший вред древесине приносит изменение влажности и солнечное излучение.

Содержание влаги

При постоянно меняющихся погодных условиях содержание влаги в древесине будет изменяться, что ведет к усушке, или разбуханию. Со временем в древесине образуются трещины, она коробится, что, в свою очередь, повышает риск попадания дождевой воды в древесину. Поскольку вода, находящаяся в жидком состоянии, может уйти из древесины только посредством (медленного) испарения, со временем повышается риск накопления влаги. Если содержание влаги превышает 20%, опасность поражения грибами повышается. Чем дольше период, в течение которого уровень влаги держится на отметке выше 20%, тем выше риск развития грибов. Многие виды древесины содержат цветные водорастворимые соединения, которые подвергаются выщелачиванию водой, что приводит к изменению цвета поверхности древесины.

Солнечный свет и тепло

Солнечный свет неоднороден по своей природе, он состоит из изучений разных длин волн, каждое из которых имеет свою особенность воздействия на древесину.

ИК-составляющая спектра, с длиной волны более 720нм, при взаимодействии с древесиной нагревает ее. Поскольку древесина является хорошим изолирующим материалом, нагревается только внешняя поверхность. Это означает, что на поверхности, вследствие усушки, вызванной повышенными температурами, могут образовываться трещины.

Повышенные температуры также вызывают смолотечение из сучков и отложения смолы в древесине хвойных пород, а это ведет к проблемам при обновлении покрытий поверхности.

Видимый свет (длина волны 380-720нм) не оказывает вредного влияния на древесину.

УФ-составляющая спектра с длиной волны менее 380нм, вызывает разрушение древесины на молекулярном уровне — деструкцию лигнина. В итоге, древесина быстро темнеет, и волокна отслаиваются и поднимаются.

Древесина приобретает серый цвет и становится ворсистой. Для сохранение первоначального цвета древесины ее необходимо защищать пленкообразующими зищитно-декоративными покрытиями содержащими УФ-фильтр. К таким покрытиям относится тонирующий антисептик «СЕНЕЖ АКВАДЕКОР».

Древесина, как строительный материал:

• Часть I: Структура древесины
• Часть II: Физические свойства древесины
• Часть III: Породы древесины
• Часть IV: Факторы разрушения древесины
• Часть V: Способы защиты древесины

Исследование распределения начальной влажности по сечению контрольных образцов

По данным производства в цикле сушки прогрев древесины занимает в среднем 24 часа без учёта температуры на оси сортиментов. В результате расчётов получено, что на начальный прогрев без учёта температуры на оси сортиментов диаметром 0,20 м со скоростью обдува 2,0 м/с требуется 18,04 часа, а на прогрев с учётом температуры — 12,15 часа. Следовательно, годовая производительность и годовой расход тепла на одну камеру при начальном прогреве в каждом из случаев будут различными и представлены в таблице 5.1.

Годовая выручка от реализации продукции с учётом затрат на годовой расход тепла при различной производительности камеры определяется по формулам (5.1), (5.2) и представлена в таблице 5.2.

Внедрение разработанной методики расчёта продолжительности прогрева оцилиндрованных брёвен позволило увеличить производительность сушильной камеры и повысить эффективность процесса сушки.

Годовой экономический эффект от внедрения результатов расчёта по предлагаемой методике составляет 195 тыс. руб. на одну камеру в сравнении с производственными данными и 98 тыс. руб. в сравнении с результатами расчёта по методике без учёта температуры на оси сортиментов.

Сушильный штабель оцилиндрованных брёвен является аналогом трубного пучка коридорного типа, характеризующегося диаметром брёвен, количеством рядов брёвен по ходу потока, продольным шагом брёвен — расстоянием между осями двух соседних рядов брёвен, распложенных один за другим в направлении течения потока агента сушки и поперечным шагом, который зависит от толщины применяемых сушильных прокладок.

Теоретически обоснован и экспериментально подтверждён метод расчёта процесса прогрева круглых лесоматериалов уложенных в штабель в условиях вынужденного конвективного теплообмена при различных начальных и граничных условиях с учётом свойств влажного воздуха.

Применение аналитического метода расчёта процесса прогрева сортиментов цилиндрической формы позволяет определить температуру на оси сортиментов в конце фазы начального нагрева агента сушки в камере и общее время прогрева сортиментов перед сушкой.

Разработанный метод расчёта процесса нагрева круглых лесоматериалов позволил установить характер изменения среднего коэффициента теплоотдачи штабеля и его влияния на интенсивность прогрева в зависимости от диаметра сортиментов и скорости агента сушки в штабеле. 5. При проведении аналитических расчётов установлено, что все точки, ха рактеризующие расчётные значения коэффициента теплоотдачи при различных условиях обдува штабеля, располагаются на одной прямой, показывающей за висимость числа Нуссельта Nu от критерия Рейнольдса Re в периоды началь ного нагрева воздуха и прогрева сортиментов, что позволяет применять форму лу (2.15) к расчётам параметров теплообмена круглых лесоматериалов. Резуль таты расчёта обобщены в зависимость (3.6), позволяющей производить анали тический расчёт среднего коэффициента теплоотдачи пятирядного штабеля оцилиндрованных брёвен при изменении их диаметров от 0,20 до 0,30 м при скоростях агента сушки в пределах от 0,5 до 2,5 м/с как на этапе начального нагрева воздуха в камере, так и на этапе прогрева оцилиндрованных брёвен. 6. Полученная математическая регрессионная модель, позволяет определять температуру на оси цилиндрических сортиментов для последующего расчёта времени прогрева брёвен в камере. 7. Применение на практике разработанных режимов позволяет сократить время прогрева брёвен перед сушкой на 1,2.. .2,5 %.

Внешний вид древесины

К внешнему виду, в разрезе физических свойств древесины относят следующие:

• Цвет древесины, одна из важнейших характеристик внешнего вида. Для некоторых пород древесины, цвет настолько характерен, что может быть признаком для распознавания. Цвет может быть различным, в зависимости от породы дерева, климата, где оно выросло, а также его возраста. Различная древесина, под воздействием воздуха, света, поражения грибами, длительном пребывании в воде, может значительно изменять свой цвет от первоначального, который был сразу после спила дерева.
• Блеск это способность поверхности древесины, отражать поток света. Из самых используемых пород древесины, в России, самыми «блестящими» породами являются: дуб, бук, белая акация, бархатное дерево
• К текстуре и макроструктуре относят рисунок, который образуется вследствие перерезания сердцевинных лучей, сосудов и годичных слоев, на поверхности древесины. Оценка качества по внешнему виду происходит по ширине годичных слоев и содержания поздней древесины