Древесина как лесоматериал или пиломатериал. Валка леса, формование и классификация бревен 4 глава

В табл. 2.17 приведена классификация по классам опасности для ненесущих и не придающих жесткость строительных конструкций и указаны требуемые и рекомендуемые меры по химической защите. При этом особенно необходимо для внутренних конструкций помнить о том, что средства защиты древесины являются ядами, которые не только защищают древесину, но могут оказать отрицательное влияние на здоровье людей.

ВЫБОР СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ ПРОТИВ ПОРАЖЕНИЯ ГРИБАМИ

Естественная устойчивость древесины против грибов и насекомых (табл. 2.18) может быть взаимосвязана с классами опасности строительных конструкций. С помощью табл. 2.16 и 2.17 можно определить, необходимо ли применение химических защитных средств или достаточно естественной устойчивости древесины. Если применение химических защитных средств необходимо, то следует подумать об опасности или неприемлемом химическом воздействии на человека. В соответствующих случаях рекомендуется, чтобы столяр обратил внимание заказчика на такое положение вещей и получил письменное подтверждение достигнутого соглашения.

ВЫБОР СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ ДЛЯ ОКОН И НАРУЖНЫХ ДВЕРЕЙ

Окна и наружные двери часто соответствуют классу опасности 3, при допущении использования долговременной эффективной защиты поверхности (комплексная система i юкрытий и технического обслуживания) могут быть отнесены к классу 2. Защитные мероприятия против насекомых для таких конструкций, как правило, не применяются (табл. 2.18).

Это значит, что

• в случае применения ядровой древесины класса устойчивости 1 и 2 не требуется дополнительных мер химической защиты;

• в случае применения заболонной древесины класса устойчивости 1 и 2, а также ядровой древесины класса устойчивости 3, 4 и 5 требуется защита против посинения, дереворазрушающих грибов (Р), зашита от погодных условий (W) или письменное соглашение о том, что от защиты отказались;

• от защиты от погодных воздействий (W) можно отказаться, если обеспечена защита древесины при помощи функционирующей системы покрытий и регулярный уход и ремонт поверхностей;

• в случае применения заболонной древесины класса 3,4 и 5 требуется защита против посинении, дереворазрушающих грибов (Р) и защита от погодных воздействий (W).

2.8.2. Предписания по применению средств защиты и обработки

Средства зашиты древесины не только воздействуют на повреждающие древесину грибы и насекомых, но и могут оказать вредное действие на людей, животных, товары па складе и строительные материалы, такие как металлы, штукатурку, пластмассы, стекло, клеевые соединения и покрытия. Поэтому перед обработкой древесины средствами защиты должны быть хорошо изучены соответствующие предписания по применению и обработке.

Борьба и уничтожение разрушающих древесину грибов и насекомых могут производиться с помощью подходящих средств защиты древесины, фумигантов или горячего воздуха.

Для того чтобы водорастворимые защитные средства могли достаточно глубоко проникнуть в древесину, древесина должна быть предварительно увлажнена, Масляные средства продаются готовыми к употреблению, их наносят неразбавленными. Оба этих вида защитных средств имеют не только поражающее действие, но и профилактическое.

Средства для борьбы и уничтожения плесневых грибов в каменной кладке имеют маркировку RAL (см. рис. 2.89). Такая маркировка также имеется па всех средствах для борьбы с насекомыми, повреждающими древесину.

Метод сверленых отверстии, также называемый прививкой отверстий, — это специальный метод борьбы с дровосеком домовым в балках и брусьях. При таком методе в находящейся под угрозой поражения и уже пораженной древесине просверливают отверстия диаметром от 10 до 15 мм на расстоянии 10-40 см, неоднократно наполняют их раствором защитного средства и заштифтовывают. При так называемом патронном методе в просверленные отверстия вставляют патроны с солью. Соль растворяется при повышенной влажности и диффундирует в древесину. При борьбе с точильщиком в мебели и предметах искусства часто используют инъекции. С их помощью средство зашиты древесины можно достаточно глубоко ввести через прогрызенные жуком отверстия в его ходы, а поверхность при этом будет свободна от пятен. В конце обработки отверстия летка заделываются шпаклевкой или воском.

Фумигация (окуривание), например, акрилонитрилом или синильной кислотой используется только для борьбы и уничтожения, а пе н целях профилактики. При этом способе древесину часто в течение нескольких дней подвергают воздействию газа. Применение газа по причине его сильной токсичности разрешено только в особых случаях. Способ фумигации может применяться только для деревянных произведений искусства или мебели.

Метод горячего воздуха с помощью масляных нагревателей воздуха или дутьевых воздухонагревателей подходит только для борьбы. При этом пораженные деревянные конструкции выдерживаются при температуре около 55°С в течение 30—60 минут. Данный метод приводит к сильному высушиванию древесины, связанному с образованием трещин. Поэтому он не пригоден для деревянных произведений искусства или мебели.

При санировании поражений плесневыми грибами следует сначала определить происхождение повышенной влажности, а также размер и степень поражения. При этом с помощью конструктивных мероприятий повышенное содержание влаги в древесине и ее окрестностях, например в прилегающей кирпичной кладке, может быть устранено.

Пораженная грибами древесина, которая потеряла свою прочность, должна быть заменена новой древесиной, обработанной на достаточную глубину соответствующими средствами защиты.

2.8.4. Удаление отходов обработки древесины защитными средствами

При обработке дренееины защитными средствами всегда остаются различные отходы, требующие особого обращения и утилизации. Это могут быть, например, остатки защитного средства, пустые упаковки, пропитанная такими средствами древесина в виде опилок и стружек, абразивной (шлифовальной) пыли, штучная древесина, которые представляют проблему для окружающей среды, так как должны быть решены вопросы обработки, вывоза и утилизации отходов с обрабатывающего предприятия. Концепция удаления отходов представлена в и. 7.6.1 «Предотвращение, использование и утилизация промышленных отходов».

2.8.5. Защита древесины и ее побочное действие

Средства для защиты древесины являются ядами, которые могут привести к нежелательным побочным действиям. Такие последствия могут проявиться как во время обработки древесины, так и при использовании уже обработанной древесины. Поэтому защитное средство должно использоваться тогда, когда это действительно необходимо. При обдумывании побочного действия средств защиты древесины необходимо учитывать то, что область применения древесины благодаря использованию защитных средств значительно расширяется. Защищенная химическими средствами древесина может применяться даже тогда, когда чаще всего могли применяться только такие строительные материалы, которые при общей оценке (производство, использование, утилизация) представляли собой намного большую нагрузку на окружающую среду, чем обработанная древесина.

2.9. Влажность древесины

Влажность — это общее понятие для обозначения содержащейся в материале воды в виде жидкости или пара.

Свежесрубленная и свежераспиленная древесина в зависимости от породы, места произрастания и возраста дерева содержит от 50 до 100% воды или влаги. Влажность лиственных деревьев обычно выше, чем у хвойных пород. Даже внутри одного ствола существуют различия; ранняя древесина, заболонь и верхний отруб содержат больше воды, чем поздняя и ядровая древесина, а также стволовая древесина. Находящаяся в древесине вода обозначается как влажность древесины и указывается в процентах от массы (старое обозначение: вес) абсолютно сухой древесины, так называемой сухой массы.

Свежесрубленная и свежераспиленная древесина, как правило, не подходит для применения. Из нее должно быть удалено столько влаги, чтобы остаток соответствовал влажности воздуха в месте ее дальнейшего использования (табл. 2.19). Это происходит при сушке древесины.

2.9.1. Определение влажности древесины

Для определения влажности древесины и используют сухой образец, электрический и электронный измеритель влажности (влагомер). В промышленности в основном применяются электрические влагомеры.

Образец для определения влажности древесины весовым способом (сухой образец) дает более точные результаты измерения. Для этого берут из участка доски, удаленного от торца минимум на 60 см, небольшие образцы длиной от 10 до 20 см и взвешивают их. При этом определяют массу влажной древесины т_и. В небольшой электрической сушильной печи или на теплой плите эти образцы древесины сушат до тех пор, пока масса не перестанет снижаться. Масса, измеренная по окончании сушки, — это масса абсолютно сухой древесины m_Q с содержанием влаги 0%. При процентном расчете влажности древесины в соответствии с DIN 52183 содержание воды в образце делится на его сухую массу (см. пример).

Определение влажности весовым способом используется на практике достаточно редко.

При использовании электрических влагомеров на батарейках через древесину посредством двух электродов пропускается ток. Так как электропроводность древесины и, соответственно, сила тока изменяются при изменении влажности древесины, по этой зависимости можно определить влажность древесины (рис. 2.92).

Электроды могут быть воткнуты, вбиты, вкручены или вдавлены в древесину. Измеренная влажность древесины будет показана на шкале влагомера стрелкой или цифрами (рис. 2.92). Диапазон измерения влажности начинается примерно от 4%, в пределах до 20% точность прибора составляет +2% влажности древесины. При превышении 100% от предела насыщения появляется значительно большая погрешность измерения.

Электронные влагомеры позволяют провести моментальное измерение влажности в пиломатериале и балках, фанере и древесных материалах. Необходимо только касание древесины пружинным измерительным электродом, то есть вбивание электрода больше не нужно. Принцип измерения базируется на системе электрического равновесия. С помощью волн плотность влажного образца сравнивается с плотностью сухого. Разность преобразуется в показатель влажности и выводится в цифровой форме.

2.10. Сушка древесины

Сушка древесины базируется в основном на двух физических процессах - на движении воды внутри древесины от внутренних слоев к наружным слоям и на отдаче (испарении) воды из древесины в окружающий воздух.

После рубки вода в дереве находится как «свободная вода» в клеточных полостях и как «связанная вода» в клеточных стенках. Свободная вода во время сушки испаряется достаточно быстро, так как движение воды наружу облегчается через трубчатые структуры клеток. Отдача связанной воды, напротив, значительно медленнее, так как происходит только благодаря диффузии, то есть движению водяного пара из-за перепада парового давления внутри клеточных соединений. Отдача находящейся на поверхности древесины воды в воздух производится испарением.

При испарении в структуре древесины возникает разряжение, которое обеспечивает движение воды. Движение воды изнутри наружу называют влаготечением, без испарения нет влаготечения, и без влаготечения нет испарения. Свободная вода испаряется из древесины до достижения предела насыщения волокон (см. н. 2.6.6.1).

Между влажностью древесины и относительной влажностью воздуха существует равновесие. Древесина будет отдавать влагу в окружающий воздух или поглощать ее до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, то есть между уровнями влажности воздуха и древесины больше не будет перепада. Это состояние называют равновесием влажности древесины. В германском климате относительная влажность воздуха в период времени с марта по сентябрь составляег в среднем 70%, температура в среднем 15°С. Равновесие влажности устанавливается в данном случае при уровне влажности древесины примерно 15%. В зимние месяцы, когда относительная влажность выше, чем в летнее время, влажность древесины чаще всего повышенная — около 20%, то есть при атмосферной сушке в таком климате древесина может быть высушена примерно только до 15%. Такую древесину называют воздушносухой (рис. 2.93).

Воздушносухая древесина пригодна для деревянных строительных конструкций, которые находятся в постоянном контакте с наружным воздухом, например для окон, ставень и наружных дверей. Древесина для изготовления мебели или внутренней отделки должна быть высушена дальше. Расчетные значения влажности определены именно для таких обстоятельств (табл. 2.19).

Так как древесина будет сохнуть лишь до тех пор, пока воздух в состоянии принимать влагу или водяные пары, то при сушке древесины необходимо позаботиться о том, чтобы влажный воздух удалялся, а сухой подводился к древесине. При атмосферной сушке это обеспечивается за счет естественного движения воздуха, при искусственной сушке — с помощью вентиляторов. Чем выше скорость движения воздуха, тем суше будет воздух, чем тоньше пиломатериалы и больше площадь поверхности, тем быстрее происходит сушка.

Древесина сушится на открытом воздухе в оборудованных крышей и проветриваемых местах складирования древесины (иод навесом), а также с помощью технических приспособлений.

2.10.1. Атмосферная

сушка древесины

Под атмосферной сушкой древесины, также называемой естественной, понимают предварительную сушку древесины на открытом воздухе под навесом с использованием естественного климата. Для достижения хорошего результата высушивания место сушки должно быть соответствующим образом оборудовано, а укладка в штабеля должна производиться целесообразным способом. Древесина, подлежащая сушке, должна быть уложена в штабеля или переложена, а для последующей сушки помещена под навес или в специальное помещение для хранения (табл. 2.20).

Место сушки пиломатериалов должно быть плоским и иметь такое сооружение, чтобы штабеля в своем продольном направлении лежали перпендикулярно линии запад-восток. На месте сушки каждый штабель, отдельный для каждой породы древесины, должен иметь возможность беспрепятственного вывоза или перекладывания. Площадка должна быть покрыта гравием или щебенкой либо выложена булыжниками. Часто полы мест сушки также бетонируют. Древесные отходы и 11режде всего пораженные грибами части необходимо удалить с места сушки.

При укладке штабеля следует обращать внимание на безупречное основание штабеля, правильный выбор и расположение штабельных реек, защиту торцов, а также аккуратное штабелирование и укрытие пиломатериалов.

Основание штабеля состоит из штабельных ножек и лежней (прокладок) (рис. 2.95). Расстояние между ножками штабеля рассчитывается на основании толщины высушиваемого материала. Чем толще штабелируемый пиломатериал, тем больше может быть расстояние между отдельными ножками, как правило, от 1,00 до 1,25 м в продольном направлении и от 0,50 до 1,50 м - в поперечном. Для обеспечения хорошего проветривания штабеля штабельные ножки должны иметь такую высоту, чтобы нижний слой штабеля находился на высоте от 0,40 до 0,60 м над полом (рис. 2,95). Прокладки в штабеле должны лежать в поперечном направлении горизонтально, в продольном — с уклоном от 1 до 5 см на метр. Это делает возможным сток попавших на штабель дождевых капель.

Штабельные рейки или пластины делают возможным проветривание высушиваемых пиломатериалов. Особенно удобны рейки с квадратным сечением, так как исключена возможность положить их неправильно. Штабельные рейки должны иметь такую длину, чтобы штабелируемый пиломатериал помещался на них по всей своей ширине. Тем самым будет предотвращено коробление пиломатериала. Рейки с немного большей длиной делают возможным поперечное соединение между отдельными штабелями и уменьшают опасность разрушения штабеля (рис. 2.95).

При штабелировании пиломатериалов штабельные рейки должны укладываться перпендикулярно друг к другу, чтобы предотвратить прогиб и коробление досок или брусков. Расстояние между рейками рассчитывается в зависимости от толщины штабелируемых изделий. Для досок толщиной до 15 мм расстояние между рейками не должно быть более 50 см, для досок толщиной более 15 мм — от 75 до 100 см, для брусков — от 130 до 150 см. Внутри одной зоны штабеля могут прокладываться только рейки с одинаковым поперечным сечением. Тем самым обеспечивается равномерность и постоянство расстояния по высоте между досками или брусками, и пиломатериал не коробится. Штабельные рейки должны быть изготовлены из ели, так как еловая древесина не приводит к окрашиванию высушиваемого материала и не образует на нем вмятин.

Окрашивание опорных поверхностей пиломатериала можно уменьшить применением реек круглого или треугольного сечения. В случае применения таких реек площади опорных поверхностей становятся меньше, и проникшая дождевая вода будет стекать быстрее, так что сушка на опорных поверхностях не будет замедлена.

При сушке древесины следует обращать особое внимание па защиту торцов высушиваемого пиломатериала. Для предотвращения или минимизации растрескивания торцов их необходимо защищать от воздействия прямых солнечных лучей. Это достигается посредством более широких штабельных реек, которые устанавливают на торцы штабелируемого пиломатериала. Для пород древесины, имеющих склонность к сильному образованию трещин, например для лиственных пород, торцы могут быть обернуты бумагой или окрашены защитной краской. Также обивка торцов досками, облаполом или горбылем в значительной степени защищает от разрывов. Для защиты от глубоко проникающего растрескивания древесины бука на торцы прибивают гофрированную стальную ленту, но эта лента не предотвращает образование напряжений усушки.

При штабелировании пиломатериалов различают прежде всего блочный и плотный штабель.

Блочное штабелирование используется для свежераспиленных, необрезанных досок и брусков, сгруппированных по бревну (рис. 2.95). Если в штабель складываются отдельные блоки, то говорят о единичном штабелировании. При двойном блочном штабелировании укладывают два блочных штабеля с использованием проходящих сквозь оба штабеля реек.

В плотный штабель, как правило, укладываются обрезанные пиломатериалы. Если должна быть высушена свежераспиленная древесина, то расстояние между досками или брусками должно составлять от 15 до 20 см. В плотном штабеле ук- ладываются в основном уже подсушенные пиломатериалы с расстоянием от 2 до 5 см (рис. 2.95).

Верхний ряд досок штабеля должен быть защищен от дождя и солнечных лучей с помощью укрытия, которое все же должно обеспечивать достаточную вентиляцию. При использовании односкатной крыши скат должен иметь достаточно большой уклон и быть расположен таким образом, чтобы дождевая вода не могла приникнуть в штабель. Раз в год штабель должен перекладываться. При этом штабельные рейки не следует класть на то же место.

Длительность процесса сушки зависит от породы древесины, толщины высушиваемого пиломатериала и местного климата (температуры, относительной влажности, скорости ветра). Пели древесина не высохла до определенной влажности, то она продолжает сушиться в сараях, в которых движение воздуха не затруднено, но нет солнечного света и дождя (табл. 2.20).

2.10.2. Техническая сушка древесины

Под технической сушкой древесины, также называемой искусственной сушкой, понимают сушку, при которой содержащаяся в древесине влага с помощью тепла превращается в водяные пары. Вода превращается в пар в древесине и испаряет-ся с ее поверхности. Отсюда она отводится с помощью различных технических методов. В зависимости от способа подачи тепла или технического оборудования сушильной установки различают в основном камерные сушки, конденсационные сушки, высокочастотные и вакуумные сушки.

Метод технической сушки древесины является прежде всего экономически выгодным и более щадящим. Время сушки сокращается до нескольких дней или часов, а содержание влаги в древесине может быть определено более точно. Качество древесины улучшается, и снижаются потери древесины.

2.10.2.1. Камерная сушка

Этот способ, также называемый сушкой приточным воздухом, сушкой испарением или конвекцией, имеет большое практическое значение. Высушиваемая древесина штабелируется в теплоизолирован ных камерах из стали, алюминия или кирпича. Камеры, различные но размеру и форме, оснащены оборудованием, с помощью которого влажность, температура и поток воздуха могут быть установлены или отрегулированы таким образом, что для сушки древесины будет создан оптимальный климат. Таким техническим оборудованием в основном являются: нагревательный прибор, трубопровод для распылителя, двигатель аксиального вентилятора, клапаны приточного и вытяжного воздуха, промежуточное перекрытие с новоротными дугами, а так-

же измерительные и контрольные приборы для регулирования и контроля процесса сушки (рис. 2.96).

С помощью нагревательного прибора повышается температура воздуха в камере. Нагретый воздух, подгоняемый вентилятором, отдает тепло влажной древесине и одновременно забирает из высушиваемого сортимента исходящую в виде пара влагу. Если воздух в камере слишком сухой или относительная влажность слишком низкая, то процесс сушки будет протекать слишком быстро и может вызвать повреждения древесины, например образование трещин. С помощью разбрызгивающего оборудования можно установить желаемую относительную влажность воздуха в камере.

Воздух в зависимости от температуры может принять только определенное количество водяного пара. При сушке температура не меняется. Для поддержания процесса сушки необходим постоянный приток свежего воздуха, так называемого сухого воздуха, через приточный клапан в сушильную камеру. В это время воздух, обогащенный водяными парами, так называемый влажный воздух, через вытяжной клапан отводится наружу. Конвекционная сушка по этой причине также обозначается как приточио-вытяжная сушка. Конвекция в данном случае значит подведение и удаление.

То, как работа отдельных элементов оборудования камерной сушки будет согласована между собой, будет зависеть от породы подлежащей сушке древесины, от толщины сортимента, значений начальной и желаемой конечной влажности. Некоторые породы древесины могут сушиться при температуре ниже 100^СС, другие — выше 100°С. Твердая древесина сохнет сложнее и требует большего времени сушки, чем мягкая. Древесина с высокой начальной влажностью должна провести в сушильной камере больше времени, чем предварительно подсушенная древесина.

Безупречный результат сушки достигается только тогда, когда следуют плану сушки. Это может быть составленная от руки таблица, в которой расписана последовательность изменения режимов и их продолжительность. Современные сушильные камеры работают полностью или полуавтоматически. Это облегчает работу и обеспечивает надежность результатов сушки.

В соответствии с планом сушки высушивание древесины производится в пять этапов: нагрев находящегося в камере воздуха, прогрев находящейся в камере древесины, непосредственно процесс сушки с применением нагретого приточного воздуха и при необходимости распыленного пара, кондиционирование, то есть дополнительный обдув высушиваемого сортимента в конце сушки для лучшего выравнивания различий влажности и напряжений сушки, а также медленное охлаждение.

В зависимости от температуры воздуха сушки разделяют на низкотемперату рные, нормальные и высокотемпературные.

Низкотемпературная сушка: древесина высушивается при температуре ниже 45°С. Процесс сушки длится медленнее, древесина высушивается бережнее и без напряжений (так jгазываемая мягкая сушка). Этот метод применяется для толстой, трудно поддающейся сушке и склонной кизменению цвета древесины. Значение конечной влажности составляет примерно 20%, то есть речь идет о предварительном подсушивании.