5. Определение плотности древесины в полевых условиях

В случае, когда весовое оборудование недоступно (в полевых условиях), среднюю плотность древесины определяют с помощью закона Архимеда, погружая образец в сосуд с водой. Для этого изготавливают образец в форме продолговатого стержня постоянного квадратного или круглого поперечного сечения (рис. 4). Длину образца измеряют и для приближенной оценки плотности размечают на 10 равных частей, после чего опускают вертикально в сосуд с во­дой (рис. 4). По количеству делений погрузившейся в воду части образца определяют его среднюю плотность. Для более точной оценки средней плотности выступающую над водой часть образца измеряют и рассчитывают среднюю плотность древесины в состоянии естественной влажности _m^W, кг/м³ (г/см³) по формуле

, (14)

где Н – длина образца, м (см);

h – длина надводной части образца, м (см);

ρ_в – плотность воды (1 г/см³).

Результаты испытаний заносят в табл. 4.

Таблица 4

Результаты определения средней плотности древесины в полевых условиях

Номер опыта	Длина образца, см	Высота выступающей над водой части, см	Средняя плотность, г/см3 (кг/м3)
			текущее	среднее

Можно определить среднюю плотность древесины по бревну. В этом случае сталкивают бревно или отпиленный от него диск толщиной 10…15 см в воду и по его погружению ориентировочно оценивают среднюю плотность по графику (рис. 5).

Рис. 5. Схема определения средней плотности древесины по бревну

6. Определение усушки древесины

Как уже отмечалось, древесина, являясь капиллярно-пористым телом, находится в состоянии постоянного влагообмена с окружающей средой. Испарение из древесины свободной влаги приводит только к уменьшению ее веса, а вот испарение связанной влаги, которая находится в клеточных оболочках, приводит к уменьшению их толщины и уменьшению поперечных размеров клетки под действием сил капиллярного стяжения. В результате уменьшение влажности древесины ниже предела гигроскопичности сопровождается уменьшением ее линейных размеров и объема. Это явление называется усушкой.

Поскольку клетки в основном ориентированы продольно ствола, наибольшая усушка древесины наблюдается в поперечных направлениях. Поперек волокон в тангенциальном направлении усушка составляет 6...12 %, а в радиальном в 1,5…2 раза меньше – 3...6 %. Причины этого различия могут быть связаны с разной жесткостью древесины в радиальном и тангенциальном направлении. Продольная усушка значительно меньше и составляет 0,1...0,3 %. Значения усушки для разных пород древесины представлены в прил. 5.

Усушка является отрицательным свойством древесины, так как неравномерные дефор­мации усушки в разных на­правлениях сопровождают­ся возникновением внут­ренних напряжений и яв­ляются причиной растрес­кивания и коробления пи­ломатериалов и деревянных изделий. Чтобы избежать усушки в период эксплуатации в помещениях, влажность изделий и конструкций из древесины должна быть близкой к равновесной (6...10 %). При распиловке бревен на доски предусматривают припуски на усушку с тем, чтобы после высыхания пиломатериалы и заготовки имели заданные размеры.

Для определения усушки древесины изготавливают образцы в форме прямоугольной призмы с основанием 2020 мм и высотой вдоль волокон от 10 до 30 мм, выпиливая их так, чтобы на торцовой поверхности годичные слои располагались параллельно одной паре противоположных граней и перпендикулярны другой (рис. 6).

О бразцы погружают в сосуд с дистиллированной водой температурой 205 С и выдерживают до прекращения изменения размеров, измеряя образцы микрометром, штангенциркулем или индикаторной скобой через каждые трое суток. Поперечное сечение каждого образца измеряют посередине радиальной и тангенциальной поверхности, а длину – по расстоянию между двумя центральными рисками на торцовых поверхностях с точностью до 0,01 мм. Вымачивание прекращают, когда разница между двумя последовательными измерениями будет не более 0,02 мм (это означает, что образцы находятся в состоянии, соответствующем пределу гигроскопичности).

Различают полную усушку и усушку при уменьшении влажности до нормализованной (равновесной). Для определения последней водонасыщенные образцы выдерживают при постоянных заданных температуре и относительной влажности воздуха до достижения равновесной влажности (кондиционируют), 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).

Затем 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 %).

Полную (максимальную) линейную усушку в процентах вычисляют по формулам:

для радиального направления

; (15)

для тангенциального направления

; (16)

для направления вдоль волокон

, (17)

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 линейной усушки, вычисляют также полную объемную усушку У_v^max, %, по формуле

, (18)

и коэффициент объемной усушки K_v^у в процентах на 1 % влажности по формуле

, (19)

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

Значение коэффициента объемной усушки округляют с точностью до второго десятичного знака.

Результаты испытаний и вычислений заносят в табл. 5.

Таблица 5

Результаты определения полной усушки древесины

Номер образца	Размеры образца, мм						Полная усушка, %				Кvу
	в водонасыщенном состоянии			в абсолютно сухом состоянии			Уrmax	Уtmax	Уlmax	Уvmax
	rmax	tmax	lmax	rmin	tmin	lmin

При необходимости определяют также усушку древесины при уменьшении ее влажности до нормализованной в процентах по формулам:

для радиального направления

; (20)

для тангенциального направления

; (21)

для направления вдоль волокон

, (22)

по объему

, (23)

где r, t и l – радиальный, тангенциальный и продольный размеры образцов при нормализованной влажности, мм.

Результаты округляют с точностью до первого десятичного знака и заносят в табл. 6.

Таблица 6

Результаты определения усушки древесины при уменьшении ее влажности до нормализованной

№ образца

Размеры образца, мм

Усушка при кондиционировании, %

в водонасыщенном состоянии

при нормализованной влажности

Уr

Уt

Уl

Уv

rmax

tmax

lmax

r

t

l