Усушка древесины в процессе строительства

Влажность древесины

При высыхании древесины удаление связанной влаги приводит к уменьшению линейных размеров и объема. Это явление называется усушкой древесины. Уменьшение содержания свободной влаги, т. е. снижение влажности от свежесрубленного или мокрого состояния до предела гигроскопичности не вызывает усушки.

Связанная влага, как отмечалось, находится в клеточных оболочках, преимущественно в промежутках между микрофибриллами и частично внутри самих микрофибрилл. Поскольку микрофибриллы в основном ориентированы по направлению продольной оси клетки, удаление связанной влаги приведет к уменьшению толщины клеточных оболочек и уменьшению поперечных размеров клетки. Отсюда ясно, что наибольшая усушка древесины должна быть в поперечных направлениях. Продольная усушка, которая обусловлена некоторым наклоном микрофибрилл, значительно меньше, так как составляет лишь долю от основной поперечной деформации. Поперек волокон также наблюдается анизотропия усушки. Давно установлено, что тангенциальная усушка в 1,5—2 раза больше радиальной; причины этого различия еще недостаточно выяснены.

Отдельные элементы древесины при высыхании ведут себя по- разному. Размеры сосудов и паренхимных клеток обычно уменьшаются в тангенциальном направлении и несколько увеличиваются в радиальном; древесные же волокна усыхают примерно одинаково в обоих направлениях. Сердцевинные лучи сильнее усыхают по ширине, чем по длине. Установлено, что у хвойных пород между радиальной и тангенциальной усушкой древесины поздней зоны годичных слоев существует небольшое различие, а тангенциальная усушка древесины ранней зоны годичных слоев в 2—3 раза превосходит радиальную. При этом поздняя древесина поперек волокон усыхает значительно больше, чем ранняя, а вдоль волокон, наоборот, поздняя древесина усыхает меньше, чем ранняя.

Таблица 14. Усушка поздней и ранней древесины.

Зона годичного слоя

Аналогичные данные получены для тангенциальной усушки отдельных зон годичного слоя в древесине хвойных и лиственных пород (табл. 15).

Таблица 15. Тангенциальная усушка ранней и поздней зон годичного слоя хвойных и лиственных пород.

Примечание. Для рассеяннососудистых пород под ранней зоной годичного слоя подразумевается первая половина, обращенная к сердцевине, а под поздней— вторая половина, обращенная к коре.

Усушка древесины в целом занимает среднее положение между усушкой ранней и поздней древесины, но выше средней арифметической; из этого следует, что усушка поздней зоны для тангенциального направления имеет особо важное значение. Если учесть, что сердцевинные лучи по ширине усыхают больше, чем по длине, этими двумя причинами уже можно удовлетворительно объяснить различие между радиальной и тангенциальной усушкой древесины. При этом для древесины хвойных пород главное значение имеет повышенная тангенциальная усушка поздней зоны годичных слоев, а для древесины лиственных пород — усушка сердцевинных лучей по ширине.

Усушку древесины следует также рассматривать как результат деформирования некоторой ячеистой конструкции. При этом большое значение приобретает упругая анизотропия такой системы, обусловленная главным образом особенностями расположения ячеек — полостей клеток. Большая усушка должна быть в направлении меньшей жесткости системы и наоборот. Как будет показано далее, в радиальном направлении жесткость (модуль упругости) выше, чем в тангенциальном направлении. Это также должно служить объяснением большей усушки в тангенциальном направлении. Мерой усушки является относительная несиловая влажностная деформация. Для исчисления усушки уменьшение размеров (объема) образца, т. е. его влажностная деформация, должна быть отнесена к размеру (объему) образца при пределе гигроскопичности:

где Уw — усушка образца при достижении данной влажности, %; а_пг — размер (объем) образца при пределе гигроскопичности W_m , мм (мм 3 ); a_w— размер (объем) образца при данной влажности W, мм (мм 3 ).

Под полной усушкой У понимают уменьшение линейных размеров или объема древесины при удалении всего количества связанной влаги. Следовательно, для установления полной усушки влажность должна быть снижена от предела гигроскопичности до нуля. Наибольшая полная линейная усушка, равная 6—10%, наблюдается в тангенциальном направлении; в радиальном направлении полная усушка составляет 3—5%, а вдоль волокон величина усушки в десятки раз меньше и равна 0,1—0,3%. Полная объемная усушка в среднем составляет 12—15%. Для расчетов влажностных деформаций древесины удобен коэффициент усушки, определяющий величину усушки при снижении содержания связанной влаги в древесине на 1%. С достаточной степенью приближения можно полагать, что между усушкой и убылью связанной влаги имеется линейная зависимость. Зная частичную Уw или полную усушку У, коэффициент усушки К_y можно определить по формулам:

где W — влажность образца в области до W_пг = 30 %.

С увеличением плотности древесины величина усушки, как правило, увеличивается. Средняя величина усушки поперек волокон (радиальной и тангенциальной) хвойных пород меньше, чем лиственных, однако неравномерность усушки, т. е. отношение тангенциальной усушки к радиальной, наоборот, у хвойных пород больше, чем у лиственных. Об усушке наиболее распространенных пород можно судить по данным, приведенным в табл. 16. Приводимые в справочной литературе коэффициенты определены по усушке, величина которой исчислялась как отношение уменьшения размеров (объема) образца к его размеру (объему) в абсолютно сухом состоянии. Таким образом, в справочниках даются не коэффициенты усушки, а коэффициенты разбухания (см. ниже).

Таблица 16. Коэффициенты усушки К_у и разбухания K_р.

Технологии сушки древесины

Для строительства загородных домов из бревна, профилированного и двойного бруса используют древесину, которая проходит специальную сушку. Сушка древесины удаляет жидкость при помощи испарения. Без подобного процесса деревянные изделия и материалы рассыхаются и деформируются. Технология сушки древесины проводится несколькими способами.

Дерево можно сушить естественным способом на открытом воздухе под навесом. Такой метод занимает несколько месяцев и требует специального места. Поэтому большей популярностью пользуются сушка в специальных сушильных камерах. Этот способ используют большинство компаний по изготовлению пиломатериалов.

Однако он приводит к появлению трещин и снижает качество изделий. Наиболее оптимальной является конденсационное высушивание. Давайте рассмотрим подробнее виды сушки древесины, плюсы и минусы каждой.

Виды сушки

Естественная

Естественный процесс сушки древесины происходит медленно и долго. Это наиболее щадящий процесс, при котором появляется минимум трещин и других дефектов, чем при агрессивном воздействии в камерах. Для организации такого метода нужно специальное место, где древесина будет защищена от попадания прямых солнечных лучей и осадков.

Естественные условия снижают влажность древесины до 18-22%, тогда как влажность свежесрубленного дерева составляет 50-100% в зависимости от породы и климатических условий региона произрастания. Это легкая и доступная организация сушки, которая не требует специального оборудования и соблюдения температурного режима. Главный минус — малая интенсивность и длительность процесса.

Искусственная камерная

Искусственная сушка в камерах — более быстрый и выгодный вариант. Он снижает влажность древесины до 10-18%, позволяет контролировать процесс и регулировать температуру. Для правильной организации работы камеры пиломатериалы укладывают в штабеля или пакеты. Штабель должен состоять из изделий одной породы и толщины.

Главное преимущество заключается в оперативности. Сушилка высушит древесину за одну неделю. Кроме того, в процессе материал можно обработать специальными защитными средствами от негативного влияния окружающей среды. Такая обработка защитит живой брус или бревно от гнили, плесени и растрескивания.

Из недостатков искусственного метода выделим появление больших трещин в материалах. В камере из-за высокой температуры влага испаряется слишком быстро, а древесина высушивается неравномерно. Влага внутри материала испаряется медленнее, чем с поверхности. Это приводит к образованию трещин и при изготовлении, и в процессе эксплуатации уже после строительства дома.

Инфракрасная

Инфракрасная сушка древесины — современный способ с использованием оборудования, которое передает тепло с помощью инфракрасного излучения. Это один из самых быстрых вариантов сушки пиломатериалов, который занимает 3-7 дней в зависимости от вида дерева. Время сушки опилок составит полчаса. Процесс происходит при температуре 50-60 градусов, что сохраняет структуру дерева и защищает его от растрескивания.

Инфракрасные камеры равномерно удаляют влагу. Они экономичны и комфортны в использовании. Однако при использовании камеры в помещении из-за отсутствия воздушных потоков на некоторых участках пиломатериалов появляется плесень. Поэтому сушить лучше только на открытом воздухе под навесом.

Вакуумная

Вакуумная сушка древесины предполагает использование камеры, в которой образуется вакуум. Этот универсальный способ подходит для любого вида пиломатериалов и древесины. Он объединяет старые технологии и совмещает с современными. Процесс отличает высокое качество и оперативность. На сушку бревна диаметром 250 мм или на брус сечением 150х150 уходит 17-20 часов.

Сушка в вакууме проходит равномерно и не приводит к растрескиванию дерева. Кроме того, она удаляет смолу. Вакуумные сушильные камеры легки в использовании и пожаробезопасны. Но при этом они не пользуются спросом, так как стоят дорого и тратят много энергии. Это повышает затраты на производство и на готовые пиломатериалы.

Конденсационная

Конденсационная сушка древесины — самый популярный метод, который оптимально сочетает стоимость и качество. Древесина сохнет при низких температурах с использованием печи и холодильного оборудования. Удаление влаги происходит при помощи конденсата, что делает сушку равномерной и щадящей. Поэтому изделия получаются качественными и прочными без трещин и производственного брака.

Сушка при помощи конденсата потребляет мало энергии, что делает пиломатериалы доступными и недорогими. Бревна и брус получаются ровными и эстетически привлекательными без трещин и других дефектов. Однако использование такой сушка не рационально для мелких пиломатериалов и изделий. Но она подходит для крупногабаритных лесоматериалов с большим сечением, которые нуждаются в бережной и щадящей сушке.

Поэтому компания “МариСруб” использует для бруса и бревен камерную сушку. Мы самостоятельно заготавливаем сырье и изготавливаем пиломатериалы. Для защиты живой древесины от влаги, ультрафиолета и насекомых обрабатываем изделия на этапе изготовления, сборки сруба и финишной отделки. Мастера “МариСруб” контролируют каждый этап производства, в том числе и сушку в конденсационных камерах.

Изменения древесины в процессе сушки

При уменьшении содержащейся в древесине связанной влаги материал начинает усыхать. Усушкой называют свойство древесины сокращать свои линейные размеры и объем при снижении влажности ниже 28 — 30%. Именно этот уровень влажности считается точкой насыщения волокна, или пределом гигроскопичности, для всех пород древесины.

Хотя на самом деле усушка древесины начинается раньше достижения предела гигроскопической влажности: первыми высыхают наружные слои, затем внутренние. Процесс прекращается, когда доски и бруски становятся абсолютно сухими на всю глубину.

Неоднородность усушки

Древесина — материал анизотропный, ее структура неоднородна, соответственно, усушка в разных направлениях неодинакова. Как правило, древесина хвойных пород, а также мягких лиственных усыхает в меньшей степени, твердых пород — в большей. Максимальных значений усушка достигает в направлении годовых слоев (тангенциальная усушка) — 8 — 12%. Наименьшая усушка происходит по длине волокон (продольная) — при удалении всей влаги из материала она не превышает 0,1%, для креневой древесины этот показатель может составлять до 5%. Продольная усушка обычно не принимается во внимание. Усушка по радиусу ствола (радиальная) составляет 5 — 8%. В объеме древесина усыхает на 12 — 20%. Показатель объемной усушки складывается из тангенциальной и радиальной.

Подобная неравномерность усушки приводит к деформации древесины, что является ее недостатком, поскольку создает трудности при обработке материала — в процессе высыхания пиломатериалов форма их поперечного сечения меняется: в зависимости от выпиловки доска может утончиться по краям, принять желобообразную форму, а сечение бруса из квадратного стать ромбовидным. Изменить ситуацию и стабилизировать размеры досок и брусков, изготовленных из предварительно невысушенной древесины, возможным не представляется. Остается работать с полностью просушенным материалом.

Теоретические расчеты

Величину усушки можно приблизительно высчитать и при работе с пиломатериалом предусмотреть припуски на изменение его размеров. Нужно принимать во внимание, что расчеты эти ориентировочные — на практике деформация и изменение размеров могут отличаться в ту или иную сторону. Расчеты основываются на базисной плотности древесины.

Таким образом можно вычислить количество удаляемой из древесины при сушке влаги:

где М — количество влаги, удаляемой при сушке 1 м 3 древесины, кг/м 3 .

P_баз. — базисная плотность древесины (отношение массы древесины в абсолютно сухом состоянии к ее объему при влажности свыше 30%), кг/м 3 .

W_н — влажность древесины до сушки, %.

W_к — влажность древесины после сушки, %.

Чтобы рассчитать процент усушки, необходимо учитывать коэффициент усушки — величину усушки, отнесенную к 1% уменьшения количества связанной влаги в древесине. Данное значение берут из готовых таблиц, величина предела гигроскопичности обычно принимается равной 30%.

Тогда процент усушки высчитывается по формуле:

где У — процент усушки, %.

К — коэффициент усушки, %.

W_к — влажность древесины после сушки, %.

Коэффициенты усушки древесных пород

Припуски на усушку

На основании исследований реальной усушки древесины различных пород определены размеры припусков усушки они узаконены ГОСТом и занесены в таблицы. Так, в помощь специалистам разработана таблица величины припусков на усушку для пиломатериалов тангенциальной или смешанной распиловки из древесины ели, сосны, кедра и пихты. Основываясь на ней, можно также высчитать припуски усушки для материалов радиальной распиловки, других размеров или влажности. В частности, для получения значения припуска для пиломатериалов радиальной распиловки в отношении данных таблицы применяется коэффициент 0,6. Если влажность древесины ниже 30%, припуски на усушку вычисляют как разницу между показателями указанных в таблице припусков для требуемой конечной и фактической начальной влажности древесины.

Также установлены припуски на усушку для пиломатериалов лиственных пород (ГОСТ 4369-52). Кроме того, при расчетах можно пользоваться формулами, учитывающими способ распиловки и породу древесины.

При радиальном расположении годовых слоев:

1) для бука, дуба, ильма, клена, ясеня, ольхи, осины и тополя:

S = О,0013А (35 — W)

2) для березы, граба, липы:

S = О,0024А (35 — W)

При тангенциальном расположении годовых слоев в досках:

1) для березы, дуба, клена, ясеня, ольхи, осины, тополя:

S = О,0025А (35 — W)

2) для бука, граба, ильма и липы:

S = О,0035А (35 — W)

где S — припуск на усушку, мм.

А — размер пиломатериалов по толщине или ширине в сухом состоянии, мм.

W — конечная влажность пиломатериалов, %.

В данных расчетах средняя начальная влажность материала установлена на уровне 35%. Если влажность древесины меньше, в формуле учитывается фактический показатель.

Ориентируясь на эти значения, можно добиться того, чтобы пиломатериалы имели требуемые размеры после высушивания.

Какая технология сушки древесины лучшая: процесс и виды — в сушильных камерах и своими руками-Обзор +Видео

Сушка древесины и пиломатериалов – важнейшая операция по улучшению и облагораживанию древесины.

В течение этой процедуры материал меняет свои физико-механические, технические и эксплуатационные качества. Также меняется соотношение содержащихся в материале экстрактивных веществ. Процесс направлен на улучшение всех имеющихся свойств.

Процесс сушки протекает в несколько этапов. Вначале испаряется влага с поверхности древесины, затем наступает очередь находящихся в глубине древесины слоев. Более тонкие части высыхают быстрее, влага начинает движение от утолщенных мест к более тонким, уже подсохшим.

Если процесс происходит технологически неправильно, тонкие древесные слои начинают как бы сжиматься.

Итог этого – древесина растрескивается и коробится. Чтобы этого не происходило, древесные заготовки обрабатывают смесью мела и олифы, которые наносят на срезы заготовок, с их торца.

Поэтому древесину лучше заготавливать в форме брусьев, досок и прочих геометрических фигур.

Ни одна из необходимых для обработки операций не вызывает столь значительные изменения свойств древесины, как ее сушка. Различные режимы этого процесса обусловлены породными и иными особенностями пиломатериалов: районом произрастания, плотностью дерева, местом вырезки и т. д. Подобранный сразу режим нередко нуждается в коррекции в процессе сушки.

Промышленная сушка

Выбор подходящего режима зависит от породы дерева и толщина исходного материала. Чтобы доски при проведении процедуры не коробились и не трескались, их предварительно пропаривают в камерах с влажным паром.

Сначала материал хорошо прогревают один-два часа при t 50°. Затем ее повышают до 60°, и повторяют процедуру пропарки. Ее можно повторять до трех раз при необходимости.

Для мягких пород используют температуру t° от 40 до 75 градусов, для твердых сортов от 35 до 55. В любом случае, этот показатель не должен быть выше 80°С. Если температура поднимается выше, происходят необратимые изменения в поверхностных слоях материала. Дерево как бы закаливается, что существенно затрудняет его дальнейшую обработку инструментами.

Между влажностью воздуха и содержанием влаги в материале имеется строгая зависимость. Ее можно определить с помощью особого прибора – психрометра, служащего для определения влажности и температуры воздуха в сушильных камерах. Последние носят название сушила. Существуют различные методы сушки древесины.

Заводской способ предполагает использование специальных камер для сушки. Это паровоздушные сушила периодического действия, имеющие реверсную циркуляцию. Полученный материал, выгруженный оттуда, двое-трое суток выдерживается в производственном цехе. В это время происходит нормализация материала, то есть его освобождение от поверхностных и внутренних напряжений, обретенных в процессе сушки.

Существуют также газовые камеры для сушки древесного материала. В таких устройствах периодического действия, чтобы избавиться от ненужной влаги, используют особый бездымный газ.

Его получают при сжигании в топках сырых отходов дерева. С помощью высоконапорного осевого вентилятора, через специальные газоходы, он подается на штабеля пиломатериалов. Конструкция системы предполагает наличие парового увлажнителя.

В деревообрабатывающей промышленности используют газовые аппараты, действующие на природном газе. Они оснащены топкой, температура в которой при горении достигает 1300°С. Но прежде чем попасть в сушилку, смесь циркулирует и охлаждается, приобретая ко времени попадания в камеру температуру 100 градусов. Рабочая смесь бездымна. Если работа такой камеры хорошо отлажена, то высушенные в ней пиломатериалы остаются светлыми. Каждая из них может вместить четыре больших штабеля досок. Также они применяются для обычной, рядовой сушки хвойных пород дерева.

Для скоростной сушки строительного материала используются электрические сушилки, в которых применяются высокочастотные токи. Такая процедура длится недолго – время сушки составляет лишь несколько часов, а качество ее высокое. Дерево высыхает равномерно: без изъянов, коробления и трещин. Количество брака при таком способе сушки оказывается значительно меньшим, чем при газовом и паровом методе – его показатель составляет менее пяти процентов.

Особенности нагревания диэлектриков и полупроводников (к ним принадлежит и дерево) в электрическом поле высокой частоты состоят в том, что температура всего обрабатываемого материала заметно повышается в небольшой отрезок времени. Влажную доску за три минуты можно нагреть до 100 градусов по всей ее толщине. Мощность поглощаемого материалом тока регулируется параметрами электрического поля (его изменением посредством регулировки).

Домашняя сушка древесины

Кроме промышленных способов сушки древесины существуют еще и домашние.

С помощью микроволновки

Преимущества такого метода состоят в том, что при его использовании в деревянном массиве не образуются крохотные трещины, способные превратить в брак до полутора сантиметров материала с каждого торца, а в отдельных случаях даже разломать заготовку на куски. Под воздействием СВЧ-нагрева в волокнах лигнина происходят изменения, благодаря которым высушенный таким способом предмет теряет свою чувствительность к резким изменениям влажности.

Для процедуры сушки подойдет не слишком мощная, бюджетная модель микроволновки без лишних опций. Главное, чтобы у нее имелся режим малой мощности. Обычно он соответствует отметке «defrost», или «разморозка». Камера должна иметь размеры, достаточные для того, чтобы разместить в ней поделки или заготовки из дерева. Нередко в ширину камера имеет большие размеры, чем в глубину.

СВЧ сушка древесины: техника

Отдельные заготовки удобнее сушить целиком, некоторые лучше распилить. Если уже известно, для они предназначены, то пилят по размеру будущих изделий, с припуском. Допускается сушить заранее обработанную заготовку, которая также должна иметь хотя бы маленький припуск. Следует помнить о том, что изделие в процессе сушки может деформироваться. Круглый предмет может сделаться более овальным.

Тот, кто часто работает с деревом, постепенно приобретает опыт. Мастера могут предполагать, какой реакции ждать от какой породы дерева, как именно какой сорт деформируется, и делать соответствующий припуск. Если оставить обработанную сырую заготовку на столе, она может лопнуть.

Микроволновка: сушка в домашних условиях

Перед началом процедуры заготовка взвешивается, вес записывается. Завернутая в полиэтиленовый пакет со сделанными отверстиями вещь помещается в середину печи, выставляется минимальная мощность. Время обработки зависит от размеров предмета. Затем заготовка остужается прямо в пакете, и прогревается снова. Конденсат из пакета сливается, вещь взвешивается.

Весь цикл повторяется несколько раз, пока масса не станет постоянной, перестав уменьшаться.

Если в первой попытке вещь растрескается, необходимо или еще уменьшить мощность, или загерметизировать торцы заготовки. Капы перед помещением в пакет заворачивают в газеты. С прочими заготовками тоже можно так поступить: это уменьшит вероятность растрескивания дерева.

После остывания, перед очередным циклом, газеты меняются на новые. При наличии в массиве смоляных карманов, последние могут, закипев, разорвать его, и испачкать смолой печь. Здесь тоже поможет заворачивание в бумагу.

Естественная сушка древесины на воздухе

Это доступный и чрезвычайно простой способ. Доски штабелем располагаются под навесом, чтобы на них не попадали осадки и солнечные лучи. Для них должно быть подготовлено специальное ровное основание, для оборудования которого можно использовать рельсы, бревна, толстые трубы или бруски. На это основание поперек укладывается пиломатериал.

Между землей и нижним слоем досок должно быть расстояние от 0,3 м. Землю под штабелем лучше накрыть листами рубероида, соломой или сеном. Сохнет лес довольно долго: этот процесс может занять до нескольких лет. В теплое время процесс идет более активно.

Торцы леса покрывают специальной смесью, содержащей в составе известь. С боков штабель укрывается от струй косого дождя и от сильного ветра. Предпринимаются специальные меры, предупреждающие быстрое высыхание и растрескивание материала. Поперек досок, между слоями сохнувшего леса, на расстоянии метра друг от друга, укладываются прокладки: крайние из них располагаются вровень с торцами досок в штабеле.

При таком способе сушки древесины своими руками на концах досок образуются обязательные трещины. По этой причине длина заготовок должна быть несколько больше планируемых изделий. Ведь после окончания сушки, треснувшие концы досок придется спилить. При такой сушке, осуществляемой в сухих и теплых условиях, оставшаяся в древесине влажность составляет около 20 процентов.

Материал, планируемый использовать для внутренних работ, следует переместить в отапливаемое помещение для окончательной сушки.