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木材的含水率变化

2021-06-20 新弘瑞森

        木材是一种吸湿的材料,会从潮湿环境中吸取水分,在干燥环境中释放水分。在一棵生长的树中,水分和养分在树干外部的边材中运输,而内部不活跃,转化为心材。 刚砍伐的木材中,边材的含水率可高达160%,而心材则更干燥,低于50%。

        木材中存储的水分主要有两种形式:细胞中的自由水和在细胞壁上的结合水。木材干燥时,首先释放纤维细胞中的大部分自由水,然后释放细胞壁上的结合水。

        释放出自由水但细胞壁仍处于饱和状态的含水率称为纤维饱和点。 在纤维饱和点以上,木材的尺寸几乎不受干燥处理的影响,只有当细胞壁中的水开始释放时,木材才开始收缩。 纤维饱和点通常约为含水率30%。

        木材在不同方向收缩程度不同,顺纹方向最小,年轮方向最大。木材在年轮方向的收缩可能会造成木材弯曲变形,具体取决于木材取材于原木的位置。

        木材从表面开始收缩,逐渐向里。如果干燥的温度过低或者干燥过快,就容易造成干裂。因此,如果干燥过程不受控制地进行,则存在干燥裂纹和变形的风险。 横截面的收缩程度不同也容易引起较大的干燥应力,但是可以在干燥后调节温湿度来避免。(见 锯木厂空调调节 章节)

        板材的单纯的弦切面或者径切面面收缩是不太常见的。一般赤松和云杉在径切面或弦切面的变形(收缩或膨胀)仅为含水率变化的0.26%。(其他树种收缩百分比见表21)

举例:一块实木地板材宽145mm,含水率17%,所处房间的平衡含水率为10%。因此地板含水率的变化为17-10=7(百分比)。所以该板材宽度的收缩为7 x 0,0026 x 145 mm ,约等于2,6 mm。实木板在径切面的收缩度为弦切面的一半,因此地板裂缝也缩小了一半。

        木材的含水率变化,尤其在大块木板中,相对较慢。比如一块厚墙板的内部含水率与周围环境达到平衡大概需要一年时间。

        以前,锯材芯板的交付含水率大约为20%,边板约16%,称作”运输干燥率“。如今,木材会根据木制品的用途,利用产品标准来决定锯材含水率。


赤松原木截面

这些赤松原木是近期采伐的,左图为根段原木,树心扩散很大。右图中为顶段原木,可以看出营养和水分通过树射线的传播,穿透了边材。

表11 不同树种木材干燥过程的平均收缩度(从纤维饱和到完全干燥)

木材含水率会朝着平衡含水率自动调整,但是此过程时间较长。


细木工要求木材含水率尽可能接近加工场地的平衡含水率。表皮含水率的控制也很重要,包装的锯材表皮含水率最高不得超过18%,避免含水率变化导致的许多麻烦。表45列出了不同月份、室内和室外的木材产品含水率要求。

赤松和云杉对水分的吸收是不一样的。云杉的心材和边材对水分吸收都很慢,而赤松的心材和边材的水分吸收能力差别很大。赤松的心材吸收水分的速度与云杉差不多,但是边材吸收的速度快了几倍。因此,室外用材应避免使用赤松,首选云杉。相同条件下的窗户最好选择赤松心材,这样可以减少腐烂的风险。

为了最大程度地减小膨胀或收缩,地板、室内墙板和楼板密肋梁相应的目标含水率应为8%、12%和16%。(详见图表10及相应产品标准)。

树的年轮及纹理

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