Игорь Проваторов
Влажность древесины
Влажностью древесины называется отношение массы влаги, находящейся в данном объёме древесины, к массе сухой древесины, выраженной в процентах. Влага в древесине пропитывает клеточные оболочки и заполняет полости клеток и межклеточные пространства.
Влага, пропитывающая клеточные оболочки, называется связанной, или гигроскопической.
Влага, заполняющая полости клеток и межклеточные пространства, называется свободной, или капиллярной.
При высыхании древесины сначала испаряется свободная влага, а затем гигроскопическая. При увлажнении древесины влага из воздуха пропитывает только клеточные оболочки до полного их насыщения. Дальнейшее увлажнение древесины с заполнением полостей клеток и межклеточных пространств происходит только при непосредственном контакте древесины с водой.
Общее количество влаги в древесине складывается из свободной и связанной влаги. Предельное количество влаги зависит от того, как велик объём пустот в древесине, который может быть заполнен водой.
Состояние древесины, при котором клеточные оболочки содержат максимальное количество связанной влаги, а в полостях клеток находится воздух, называется пределом гигроскопичности.
Влажность, соответствующая пределу гигроскопичности, при комнатной температуре (20° С) составляет 30% и практически не зависит от породы.
Различают следующие ступени влажности древесины:
Мокрая — длительное время находящаяся в воде, влажность выше 100%
Свежесрубленная — влажность — 50-100%
Воздушно-сухая — долгое время хранившаяся на воздухе, влажность 15-20% (в зависимости от климатических условий и времени года)
Комнатно-сухая — влажность 8-12%
Абсолютно сухая — влажность 0%
Наибольшее количество влаги содержится в зимний период (ноябрь — февраль), минимальное — в летние месяцы (июль — август). Содержание влаги в стволах изменяется в течение суток: утром и вечером влажность деревьев выше, чем днём.
Усушка древесины
Усушка — это изменение линейных размеров и объёма древесины при высыхании в результате удаления влаги из древесины. Она начинается после полного удаления свободной влаги и с началом удаления связанной влаги.
Усушка древесины по разным направлениям неодинакова. В тангентальном направлении усушка в 1,5 — 2 раза больше, чем в радиальном. Усушка вдоль волокон незначительна. В среднем полная линейная усушка в тангентальном направлении составляет 6-10%, в радиальном направлении — 3-5% и вдоль волокон — 0,1-0,3%.
Уменьшение объёма древесины при испарении связанной влаги называется объёмной усушкой.
Неравномерность усушки древесины в различных частях и в разных направлениях приводит к искажению формы материала, то есть к короблению, что вызвано возникновением разнонаправленных напряжений.
Когда неравномерная усушка вызывает напряжение, превышающее прочность древесины в направлении, перпендикулярном волокну, вдоль волокна происходит разделение клеток. Это вызывает растрескивание материала. Трещины наиболее часто проявляют себя на поверхности, а также на торцах досок, но могут образовываться и внутри.
Классическая проблема неравномерного изменения толщины древесины в досках при усушке, как правило, вызвана разницей тангентальной и радиальной усушки. Если один край доски расположен вблизи сердцевины, годовые кольца в нём имеют значительную кривизну и усушка будет происходить, в основном, в радиальном направлении. На противоположном краю волокна расположены, в основном, перпендикулярно поверхности и, стало быть, усушка будет тангентальной.
По величине коэффициента объёмной усушки древесные породы можно разделить на три категории:
Малоусыхающие — (коэффициент объёмной усушки не более 0,4%) — ель сибирская и обыкновенная, пихта сибирская, кедры сибирский и корейский, тополь белый.
Среднеусыхающие — (коэффициент объёмной усушки от 0,4 до 0,47%) — бук, вяз, дуб, сосна, липа мелкозернистая, ольха чёрная, осина, пихты белокорая, кавказская и маньчжурская, тополь чёрный, ясень.
Сильноусыхающие — (коэффициент объёмной усушки 0,47% и более) — берёзы плакучая и белая, граб, лиственницы сибирская и даурская, клён остролистый.
Коэффициент объемной усушки считается в % на 1% снижения влажности ниже точки насыщения.
Коэффициенты объемной усушки для некоторых пород древесины
| Порода древесины | Коэффициенты объемной усушки в радиальном направлении | Коэффициенты объемной усушки в тангенциальном направлении |
| Ель | 1.16 | 0.28 |
| Сосна | 0.17 | 0.28 |
| Береза | 0.26 | 0.31 |
| Дуб | 0.18 | 0.27 |
| Ясень | 0.18 | 0.28 |
Плотность древесины
Это отношение массы древесины к её объёму. Выражается плотность в кг/м³ или г/см². В древесине имеются пустоты (полости клеток, межклеточные пространства), и если бы спрессовать древесину, чтобы все пустоты исчезли, то получилось бы сплошное древесное вещество.
Плотность древесины из-за пористого строения меньше, чем плотность древесного вещества.
С увеличением влажности плотность древесины увеличивается. Например, плотность бука при влажности 12% составляет 680 кг/м³, а при влажности 25% — 710 кг/м³.
В пределах годичного слоя плотность древесины различна: плотность поздней древесины в 2-3 раза больше, чем ранней, поэтому, чем лучше развита поздняя древесина, тем выше её плотность.
Величины плотности колеблются в очень широких пределах. Плотность древесины имеет практическое значение. Древесина с высокой плотностью особенно ценится за прочность и хорошую обрабатываемость. Плотность древесины зависит от смолистости древесины, ее возраста, места произрастания. В таблице указаны средние значения плотности древесины при влажности 12%.
Плотность различных пород древесины
| Порода древесины | Плотность древесины | |
| г/см³ | кг/м³ | |
| Бальса | 0.15 | 150 |
| Пихта сибирская | 0.39 | 390 |
| Секвойя вечнозеленая | 0.41 | 410 |
| Ива белая | 0.42 | 420 |
| Ель | 0.45 | 450 |
| Ива | 0.46 | 460 |
| Ольха | 0.49 | 490 |
| Осина | 0.51 | 510 |
| Сосна | 0.52 | 520 |
| Липа | 0.53 | 530 |
| Конский каштан | 0.56 | 560 |
| Каштан съедобный | 0.59 | 590 |
| Кипарис | 0.60 | 600 |
| Черемуха | 0.61 | 610 |
| Лещина | 0.63 | 630 |
| Орех грецкий | 0.64 | 640 |
| Береза | 0.65 | 650 |
| Вишня | 0.66 | 660 |
| Вяз гладкий | 0.66 | 660 |
| Лиственница | 0.66 | 660 |
| Клен полевой | 0.67 | 670 |
| Тиковое дерево | 0.67 | 670 |
| Бук | 0.68 | 680 |
| Груша | 0.69 | 690 |
| Дуб | 0.69 | 690 |
| Свитения (махагони) | 0.70 | 700 |
| Платан | 0.70 | 700 |
| Жостер (крушина) | 0.71 | 710 |
| Тисс | 0.75 | 750 |
| Ясень | 0.75 | 750 |
| Слива | 0.80 | 800 |
| Сирень | 0.80 | 800 |
| Боярышник | 0.80 | 800 |
| Пекан (кария) | 0.83 | 830 |
| Сандаловое дерево | 0.90 | 900 |
| Самшит | 0.96 | 960 |
| Береза железная | 0.97 | 970 |
| Саксаул | 1.04 | 1040 |
| Хурма эбеновая | 1.08 | 1080 |
| Квебрахо | 1.21 | 1210 |
| Гваякум или бакаут | 1.28 | 1280 |
© И.Г.Проваторов, 2010