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:
М = Pбаз. (Wн - Wк)/100
где М — количество влаги, удаляемой при сушке 1 м3 древесины, кг/м3.
Pбаз. - базисная плотность древесины (отношение массы древесины в абсолютно сухом состоянии к ее объему при влажности свыше 30%), кг/м3.
Wн - влажность древесины до сушки, %.
Wк - 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:
У = К (30 - Wк)
где У — процент усушки, %.
К - коэффициент усушки, %.
Wк - влажность древесины после сушки, %.
Коэффициенты усушки древесных пород
| Породы древесины | Коэффициент усушки | Kt/Kr | ||
| Kt тангенциальный | Кг радиальный | Ко объемный | ||
| Береза | 0.34 | 0.28 | 0.62 | 1.21 |
| Бук | 0.35 | 0.18 | 0.53 | 1.94 |
| Граб | 0.35 | 0.18 | 0.53 | 1.94 |
| Дуб черешчатый | 0.29 | 0.19 | 0.48 | 1.53 |
| Ель обыкновенная | 0.31 | 0.17 | 0.48 | 1.82 |
| Кедр сибирский | 0.28 | 0.15 | 0.43 | 1.87 |
| Клен | 0.32 | 0.2 | 0.52 | 1.6 |
| Липа | 0.33 | 0.23 | 0.56 | 1.43 |
| Лиственница сибирская | 0.39 | 0.2 | 0.59 | 1.95 |
| Ольха | 0.3 | 0.17 | 0.47 | 1.76 |
| Осина | 0.3 | 0.15 | 0.45 | 2 |
| Пихта сибирская | 0.29 | 0.15 | 0.44 | 1.93 |
| Сосна обыкновенная | 0.31 | 0.18 | 0.49 | 1.72 |
| Тополь | 0.28 | 0.14 | 0.42 | 2 |
| Ясень маньчжурский | 0.32 | 0.2 | 0.52 | 1.6 |
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.
Припуски на усушку для пиломатериалов тангенциальной или смешанной распиловки из древесины ели, сосны, кедра и пихты
| Номинальные размеры толщины и ширины пиломатериалов, мм | Припуски на усушку, мм, при конечной влажности пиломатериалов, % | |||||||
| 13 | 0.8 | 0.8 | 0.7 | 0.7 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | |
| 16 | 1 | 0.9 | 0.9 | 0.8 | 0.8 | 0.7 | 0.7 | 0.6 |
| 19 | 1.1 | 1 | 1 | 0.9 | 0.9 | 0.8 | 0.8 | 0.7 |
| 22 | 1.2 | 1.2 | 1.1 | 1 | 1 | 0.9 | 0.9 | 0.8 |
| 25 | 1.4 | 1.3 | 1.2 | 1.2 | 1.1 | 1 | 0.9 | 0.9 |
| 32 | 1.7 | 1.6 | 1.5 | 1.4 | 1.3 | 1.2 | 1.1 | 1 |
| 40 | 2.1 | 2 | 1.8 | 1.7 | 1.6 | 1.4 | 1.2 | 1 |
| 50 | 2.5 | 2.4 | 2.2 | 2 | 1.8 | 1.6 | 1.3 | 1 |
| 60 | 3 | 2.8 | 2.6 | 2.4 | 2.1 | 1.8 | 1.4 | 1 |
| 70 | 3.4 | 3.2 | 3 | 2.7 | 2.3 | 1.9 | 1.5 | 1 |
| 80 | 3.9 | 3.7 | 3.4 | 3 | 2.5 | 2 | 1.6 | 1 |
| 100 | 4.8 | 4.6 | 4.2 | 3.6 | 2.9 | 2.3 | 1.7 | 1.1 |
| 120 | 5.8 | 5.4 | 4.8 | 4.1 | 3.3 | 2.6 | 1.8 | 1.1 |
| 130 | 6.2 | 5.8 | 5.2 | 4.4 | 3.6 | 2.7 | 1.9 | 1.1 |
| 140 | 6.7 | 6.3 | 5.5 | 4.6 | 3.8 | 2.9 | 2 | 1.1 |
| 150 | 7.1 | 6.7 | 5.8 | 4.9 | 4 | 3 | 2.1 | 1.2 |
| 200 | 9.4 | 8.7 | 7.5 | 6.2 | 5 | 3.7 | 2.5 | 1.2 |
Припуски на усушку по толщине и ширине пиломатериалов
| Порода древесины | Размеры досок, мм | ||||||||||||||||||
| 16 | 19 | 22 | 25 | 32 | 40 | 45 | 50 | 60 | 75 | 100 | 110 | 120 | 130 | 140 | 150 | 160 | 170 | 180 | |
| Хвойные | 0.6 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 1 | 1.2 | 1.4 | 1.5 | 1.8 | 2.3 | 2.8 | 3 | 3.3 | 3.6 | 3.8 | 3.9 | 4.1 | 4.4 | 4.4 |
| Лиственные | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.1 | 1.4 | 1.5 | 1.8 | 2.1 | 2.6 | 3.5 | 3.8 | 4 | 4.5 | 4.9 | 5.3 | 5.6 | 4.9 | 6.3 |