От чего разбухает дерево

Содержание

3. Усушка и разбухание древесины, их причины и практическое значение.
4. Водо — влагопоглощение и разбухание древесины, и практическое значение этих явлений.
7. Определение разбухания древесины
Разбухание древесины.

3. Усушка и разбухание древесины, их причины и практическое значение.

Уменьшение линейных размеров и объема древесины при удалении нее свободной воды называется усушкой.

Учитывая, что анатомические элементы вытянуты преимущественно вдоль оси ствола, Наибольшая усушка должна наблюдаться в поперечных направлениях, действительно, продольная усушка, обусловленная некоторым наклоном микрофибрилл, в несколько десятков раз меньше, так как составляет лишь долю от основной поперечной деформации. В тангенциальном направлении поперек волокон усушка в 1,5—2 раза больше, чем в радиальном. В направлении наибольшей жесткости, т. е. вдоль волокон, усушка наименьшая. Поперек волокон усушка больше в тангенциальном направлении, в котором жесткость меньше, чем в радиальном.

Показателем усушки является влажностная (несиловая) деформация. Под полной, или максимальной, усушкой понимают уменьшение линейных размеров или объема древесины при удалении всего количества связанной воды. Следовательно, для установления влажность древесины должна быть снижена от предела насыщения клеточных стенок до нуля. .

Полная усушка древесины наиболее распространенных отечественных лесных пород в тангенциальном направлении составляет 8—10 %, а радиальном направлении 3—7 %, вдоль волокон 0,1—0,3 %. Полная объемная усушка находится в пределах 11— 17 %. Для расчетов влажностной деформации необходимо располагать коэффициентом усушки, определяющим величину усушки при снижении содержания связанной воды в древесине на 1 %. Формула для вычисления частичной усушки имеет вид

Повышение содержания связанной воды в древесине при выдерживании во влажном воздухе или воде сопровождается увеличением линейных размеров и объема древесины. Это называется разбуханием. Разбухание древесины вызвано тем, что связанная вода, размещаясь в клеточных стенках, раздвигает микрофибриллы.

Так же как и усушка, наибольшее разбухание древесины наблюдается в тангенциальном направлении поперек волокон, а наименьшее — вдоль волокон.

Разбухание древесины зависит от содержания и степени гигроскопичности, входящих в клеточные стенки компонентов. Как уже отмечалось, наибольшая гигроскопичность у гемицеллюлоз, а наименьшая у лигнина. Однако большую роль играет характер размещения и взаимосвязей компонентов древесины.

4. Водо — влагопоглощение и разбухание древесины, и практическое значение этих явлений.

Вследствие пористого строения при непосредственном контакте с водой древесина способна увеличивать свою влажность. Это свойство древесины называется водопоглощение. Максимальная влажность, которой достигает погруженная в воду древесина, складывается из предельного количества связанной воды (предела насыщения клеточных стенок) и наибольшего количества свободной воды.

, где — влажность предела насыщения клеточных стенок, %; — плотность древесинного вещества; — плотность древесины в абсолютно сухом состоянии; — плотность воды.

Если неизвестно точное значение то максимальную влажность, %, можно вычислить по другой формуле: , где — базисная плотность древесины.

Скорость процесса водопоглощения зависит от размеров и формы образца: чем крупнее образцы, тем медленнее этот процесс. Значительное время занимает выравнивание влажности по объему образца. Образцы с развитой торцовой поверхностью поглощают воду достаточно быстро. Процесс водопоглощения ускоряется с повышением температуры. Количество поглощенной воды зависит от породы древесины, начальной влажности образца, анатомической зоны (заболонь поглощает больше воды, чем ядро).

Влагопоглощение. Способность древесины вследствие ее гигроскопичности поглощать влагу (пары воды) из окружающего воз называется влагопоглощением. Процесс влагопоглощения складывается из сорбции паров воды основными органическими веществами клеточной стенки и перемещения образовавшейся связанной воды в глубь древесины. Сначала происходит связывание влаги в мономолекулярном слое (толщиной в одну молекулу воды), который особенно прочно удерживается органическими веществами древесины. Затем появляется полимолекулярный слой с постепенно убывающей прочностью связей между молекулами воды и компонентами древесины. Так образуется находящаяся в пленочном состоянии адсорбционная вода, по своим свойствам отличающаяся от обычной воды.

Источник

7. Определение разбухания древесины

При увлажнении сухой древесины происходят деформации, противоположные усушке – разбухание. Молекулы связанной воды, конденсируясь в стенках клеток, попадают в промежутки между микрофибриллами. Это вызывает утолщение клеточных стенок и, как следствие, увеличение древесины в размерах. Одновременно ослабляются силы взаимодействия между микрофибриллами, что приводит к уменьшению прочности материала. Тем не менее, разбухание, как правило, менее опасно, чем усушка, а в ряде случаев играет положительную роль, обеспечивая плотность соединений досок в судах, лодках, деревянных трубах и бочках.

Разбухание древесины определяют на таких же образцах, что и усушку (рис. 6). Образцы высушивают (доводят до абсолютно сухого состояния) в сушильном шкафу до постоянных размеров при температуре 1032 °С, измеряя через каждые 2 ч. Допускается контролировать сушку образцов методом последовательного взвешивания по п. 2 (до постоянной массы). После этого образцы охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе с гигроскопическим веществом (с относительной влажностью воздуха около 0 %). По окончании высушивания образцы измеряют тем же образом, что и при определении усушки (см. п. 6).

Для определения разбухания при увеличении влажности до нормализованной (равновесной) образцы кондиционируют, выдерживая их при постоянных заданных температуре и относительной влажности воздуха до достижения постоянных размеров, измеряя их через каждые 6 ч. Кондиционирование прекращают, когда разница между двумя последовательными измерениями будет не более 0,02 мм. Допускается контролировать кондиционирование методом последовательного взвешивания по п. 2 (до постоянной массы).

Для определения максимального разбухания образцы погружают в сосуд с дистиллированной водой температурой 205 С и выдерживают до прекращения изменения размеров, измеряя образцы через каждые трое суток. Вымачивание прекращают, когда разница между двумя последовательными измерениями будет не более 0,02 мм.

Максимальное линейное разбухание в процентах вычисляют по формулам:

для радиального направления

для тангенциального направления

для направления вдоль волокон

где r_max, t_max и l_max – радиальный, тангенциальный и продольный размеры образцов в водонасыщенном состоянии, мм;

r_min, t_min и l_min – радиальный, тангенциальный и продольный размеры образцов в абсолютно сухом состоянии, мм.

Результат округляют с точностью до первого десятичного знака.

Помимо линейного разбухания, вычисляют также полную объемную усушку Р_v max , %, по формуле

и коэффициент объемного разбухания K_v р в процентах на 1 % влажности по формуле

где W_п – предел насыщения клеточных стенок древесины, %, принимаемый равным 30 %.

Значение коэффициента объемного разбухания округляют с точностью до второго десятичного знака.

Результаты испытаний и вычислений заносят в табл. 7.

Результаты определения максимального разбухания древесины

в водонасыщенном состоянии

в абсолютно сухом состоянии

Источник

Разбухание древесины.

При увлажнении древесины в результате увеличения содержания связанной влаги микрофибриллы в клеточных оболочках раздвигаются. Это вызывает увеличение размеров (объема) анатомических элементов и древесины в целом — разбухание. Мерой разбухания является влажностная деформация, отнесенная к размеру (объему) образца в абсолютно сухом состоянии:

где P_w — разбухание образца при достижении данной влажности W, %; aw— размер (объем) образца при данной влажности W, мм (мм 3 ); а_о — размер (объем) образца в абсолютно сухом состоянии (W=0%), мм (мм 3 );

Разбухание представляет собой явление, обратное усушке, и практически подчиняется одним и тем же количественным закономерностям. Полное разбухание Р наступает при увлажнении древесины от абсолютно сухого состояния до предела гигроскопичности. Дальнейшее увеличение влажности древесины вследствие повышения содержания свободной влаги разбуханием не сопровождается. Объем разбухшей древесины получается несколько меньше суммы объемов древесины до разбухания и поглощаемой ею воды. Это уменьшение объема системы (древесина — вода) называется контракцией и объясняется сжатием (уплотнением) воды, происходящим под большим давлением. Вода в оболочке клеток находится под давлением 3000—4000 ат и имеет поэтому повышенную плотность. Полученные данные указывают на то, что контракция происходит при увеличении влажности от 0 до примерно 6%; последующие количества поглощаемой воды не претерпевают сжатия. Коэффициент разбухания К_р, если известно частичное P_w или полное Р разбухание, определяется по формулам:

где W влажность образца в области до W_nT =30%.

Для характеристики явления разбухания ограничиваются непосредственным экспериментальным определением полного линейного радиального и тангенциального разбухания Р. Часто совмещают определение разбухания и водопоглощения (см. ниже). Соблюдая ранее отмеченные требования к расположению годичных слоев, изготовляют образец в виде прямоугольной плитки размером 30X30X10 мм (наименьший размер вдоль волокон). Образцы высушивают в сушильном шкафу при температуре, постепенно (во избежание растрескивания) поднимающейся к 103±2°С, до абсолютно сухого состояния. При высушивании и взвешивании образцы находятся в бюксах. На торцовой поверхности высушенных и охлажденных в эксикаторе с безводным хлористым кальцием образцах наносят карандашные риски по двум взаимно перпендикулярным (радиальному и тангенциальному) направлениям. Измеряя расстояние между продольными плоскостями образца в местах, отмеченных рисками, определяют радиальный и тангенциальный размеры образца до с точностью до 0,01 мм. Затем образцы помещают в закрываемый крышкой сосуд с дистиллированной водой, имеющей температуру 20±2° С. Образцы выдерживают в сосуде до тех пор, пока два контрольных измерения тангенциального размера не покажут повторения результатов. После окончания выдерживания вновь в тех же местах определяют радиальный и тангенциальный размеры образца а_пг. Полное разбухание в радиальном и тангенциальном направлениях вычисляют по формуле:

Величину частичного разбухания Pw (линейного и объемного) обычно определяют путем высушивания образцов 20X20X30 мм с начальной влажностью 12—15% до абсолютно сухого состояния и проведения соответствующих измерений до и после сушки. Значения коэффициентов разбухания для наиболее распространенных пород приведены в табл. 16. Кинетику радиального и тангенциального разбухания можно установить путем измерения индикатором часового типа деформаций образцов, погруженных в воду. По результатам наблюдений строят диаграммы изменения деформации разбухания во времени. Если воспрепятствовать свободному увеличению размеров и объема древесины при влагопоглощении, вследствие стеснения влажностных деформаций возникнут усилия — давление набухания. Для березы в радиальном направлении давление набухания составило 10 кГ/см 2 . Давления набухания древесины некоторых пород при температуре 20° приведены в табл. 17.

Таблица 17. Величина давления при набухании древесины различных пород.

Давление набухания, кГ/см 2

Источник