Искусство влагометрии твердых и сыпучих материалов

Анатолий Сергеевич Салтыков-Карпов, 1990

В этой книге представлены результаты научно-практических исследований по измерению влажности твердых и сыпучих материалов. Немного о науке, практике и бизнесе во влагометрии. Показаны практические примеры развития бизнеса в этом направлении применительно к особенностям измерения. Россия – великая лесная держава, в которой должны быть разработаны и использованы такие же сопоставимые по масштабу средства измерения и контроля влажности твердых и сыпучих материалов. Эта книга предназначена для специалистов, стремящихся развивать национальный наукоёмкий бизнес.

3. Влажность в материалах

Как показывает практика внедрения влагомеров крайне недостаточно только знаний о продаваемом влагомере. Необходимо развить знание об объекте измерения. Поэтому рассмотрим как пример распределение влаги в древесных материалах.

Различают две формы влаги, содержащейся в древесине: связанную (гигроскопическую) и свободную.

На рис. 3.1. Изображено схематическое строение древесины с наличием в ней свободной и связанной влаги.

Рис. 3.1. Схематическое строение древесины с наличием в ней свободной и связанной влаги.

Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, свободная влага содержится в полостях клеток и межклеточных пространствах. Связанная влага удерживается в основном физико-химическими связями; ее удаление сопряжено со значительными затратами энергии. Ее предельное значение примерно равно 30 %. Свободная влага удерживается только физико-механическими связями, удаляется значительно легче.

Различают следующие степени влажности древесины:

мокрая > 100 %; свежесрубленная (50–100 %); воздушносухая (15–20 %); комнатносухая (8–12 %); абсолютно сухая (около 0 %).

В растущем дереве влажность распределена неравномерно по радиусу и по высоте ствола. У хвойных пород влажность заболони в 3–4 раза выше влажности ядра и спелой древесины. По высоте ствола хвойных пород влажность заболони увеличивается в направлении от комля к вершине, а влажность ядра практически остается без изменения. В стволах ядровых лиственных пород (дуб, ясень, вяз) влажность ядра вверх по стволу слегка понижается. У заболони влажность почти не изменяется, а у лиственных безъядровых пород (осина, липа) влажность увеличивается от комля к вершине. В нижней части ствола спелая древесина в летний период имеет большую влажность, а в верхней меньшую, причем разница эта достигает 60 %.

Кроме сезонных изменений влажность древесины в стволах растущих деревьев подвержена и суточным колебаниям. Так в заболони ели утром влажность составляла 186 %, в полдень-132 % и вечером 150 %.

В раннем возрасте древесина ядровых пород состоит только из заболони и лишь в течением времени образуется ядро.

Ядрообразование является неотъемлемой частью жизнедеятельности дерева и зависит от условий произрастания. Например, объем ядра в 30 летней осине составляет 20–30 % от общего объема дерева. Ядро постепенно увеличивается за счет перехода части заболони в ядро. С возрастом часть площади сечения ствола, занимаемая заболонью уменьшается.

Проведенные исследования по атмосферной сушке пиломатериалов и кругляка позволяют проанализировать изменения по влажности. Так в июле из материала убывает примерно по 5 % влаги в сутки, а зимой по 1–2 % в месяц. На каждом складе, внутри каждого штабеля и даже вокруг отдельной влажной доски возникает свой климат.

При сплаве влажность увеличивается, но только заболони. Древесина некоторых пород в поперечном направлении вообще почти непроницаема для жидкостей. С образованием ядра сосуды в нем закупориваются особыми выростами-тиллами, поэтому проницаемость ядровой древесины, как правило, значительно меньше, чем заболонной.

При распиловке такой древесины при загрузке в сушильную камеру мы будем иметь доски, с различными объемами и значениями влажности. Это показано на рис. 3.2.

Такая же картина наблюдается и в березе. Это видно при обработке чурака на лущильном станке, представленном на рис. 3.3.

Рис. 3.2. Образование зон влажности при распиловке сырых бревен.

Рис. 3.3. Образование разброса влажности в березовом чураке. 1 — сосна, 2 — береза без ложного ядра, 3-береза с ложным ядром, 4-лиственница.

Специальные исследования по матричным методам влагометрии показали следующую картину.

Для этого были распилены образцы влажной древесины на кубики размером 20×20×20 мм и представлены в виде кубической матрицы размером 3×3×3. Для эксперимента выбирались образцы из досок: ядровых, заболонных и смешанных ядрово-заболонных.

Ниже показано наиболее характерное распределение влажности по слоям в образцах.

Рис. 3.4. Распределение влажности в образце заболонной доски по слоям

Рис. 3.5. Распределение влажности в образце ядровой доски по слоям

Рис. 3.6. Распределение влажности в образце ядрово-заболонной доски по слоям.

Необходимо отметить, что представленные исследования показывает примерную картину распределения влажности в пиломатериалах хвойных пород. Для представления картины распределения влажности в древесной стружке покажем на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Временная диаграмма колебаний влажност сырых древесных частиц в систематических выборках.

Колебания влажнсти в древесной стружке имеют большой разброс. В одной маленькой выборке могут быть частицы с влажностью 30 % и 100 %.

На внутреннем рынке России появилось огромное количество материалов различных пород из-за рубежа. Поэтому исследования с ними можно производить по представленной методике.