KATEDRA NAUKI O DREWNIE AKADEMII ROLNICZEJ W POZNANIU
Imię i nazwisko: Borowicka Anna Bociong Michał	NAUKA O DREWNIE II FIZYCZNE WŁAŚCIWOŚCI DREWNA	Data: 04.03.2008
		Temat ćwiczenia: Woda w drewnie	Numer ćwiczenia: 3
				Grupa: 1a
Uwagi i zaliczenie:
Definicje: Wilgotność drewna - jest to względna zawartość wody w tkance drzewnej, będąca wynikiem stanu naturalnego (w ściętym drewnie) lub skutkiem działanie czynników atmosferycznych lub eksploatacyjnych, w jakich materiał znajduje się przez dłuższy czas. wilgotność drewna bezwzględna W jest to wyrażony w procentach stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna w stanie całkowicie suchym mw - m0 m0 wilgotność drewna względna Ww jest to stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy drewna w stanie mokrym mw - m0 m0 Adsorpcja - wchłanianie wody przez drewno, jeśli ciśnienie pary wodnej na powierzchni drewna jest mniejsze od ciśnienia cząstkowego pary wodnej w otaczającym powietrzu. adsorpcja jednocząsteczkowa (monomolekularna) - obejmuje przedział wilgotności drewna do ok. 5% a podstawę wiązania wody stanowią międzycząsteczkowe siły przyciągania, tworząc na powierzchni krystalitów i w przestrzeniach nieuporządkowanych jednocząsteczkową warstwę. adsorpcja wielocząsteczkowa (polimolekularna) - polega na wzajemnym działaniu pól elektrycznych cząsteczek substancji cząsteczek substancji adsorbującej i adsorbowanej; w wyniku tego procesu na powierzchni sorpcyjnie aktywnych powstają warstwy wody o grubości kilku cząsteczek. Adsorpcja polimolekularna przebiega w przedziale wilgotności względnej powietrza ok. 25 do ok. 65% sorpcja kapilarna (kondensacja kapilarna) - obejmuje wilgotność drewna od ok. 12 do ok. 30%; intensywność kondensacji kapilarnej oraz grubość powstających w kapilarach warstw wody rośnie w miarę wzrostu ciśnienia pary wodnej w powietrzu i w miarę obniżania się temperatury. Maksymalna pojemność wodna 1,54 - ρ0 1,54 x ρ0 Wilgotność równowagowa - wilgotność do której dąży drewno w danej temperaturze przy danej względnej wilgotności powietrza. Punkt nasycenia włókien - wilgotność graniczna ścian komórkowych - maksymalna ilość wody związanej w ścianach komórkowych. Jest to punkt termodynamiczny, w którym substancja jest zwilżana, a ciepło zwilżania równe 0. WPNW = Opis doświadczenia: Metoda grawimetryczna Wyznaczenie wilgotności polega na dokonaniu pomiaru masy drewna mokrego, jego wysuszeniu do stanu zupełnie suchego i ponownym pomiarze masy w tym stanie. Wilgotność drewna obliczamy wg wzoru: mw - m0 m0 w którym: mw - masa próbki przed suszeniem (g) m0 - masa próbki drewna po suszeniu (g) Metoda elektrometryczna Pomiar przeprowadza się przy pomocy wilgotnościomierzy elektrycznych. Zasada ich działania polega na tym, że drewno zupełnie suche i woda wskazują duże różnice w oporze elektrycznym, a opór elektryczny drewna zależy głównie od zawartości wody higroskopijnej. Pomiaru wilgotności dokonuje się przez wbicie elektrod w drewno i odczytania wskazań na skali wilgotnościomierza. Maksymalna pojemność wodna Oznaczenia dokonuje się na próbkach wysuszonych w suszarce do stanu zupełnie suchego i oznaczyć ich gęstość metodą stereometryczną. Oznaczenie polega na pełnym nasyceniu wodą zupełnie suchej próbki drewna z zastosowaniem przyspieszonej metody próżniowej. Pomiar maksymalnego stopnia kurczenia się drewna oraz współczynnika kurczenia się drewna. Na czołowej powierzchni próbki o wilgotności powyżej punktu nasycenia włókien należy wykreślić dwie prostopadłe do siebie linie przebiegające przez środki krawędzi bocznych. Przy pomocy śruby mikrometrycznej należy zmierzyć wymiary próbki wzdłuż wykreślonych lini w kierunku stycznym i promieniowym z dokładnością do 0,1 mm. Następnie próbkę należy wysuszyć do stanu zupełnie suchego i dokonać ponownego pomiaru wymiarów w obu kierunkach na próbce ochłodzonej w eksykatorze. Obliczenie maksymalnego stopnia kurczenia wykonuje się według wzoru: lw - l0 lw w którym: lw, l0 - wymiary próbki drewna w określonym kierunku anatomicznym w stanie zupełnie suchym i w stanie maksymalnego spęcznienia. βmax 30 Wyniki i obliczenia: 1. Oznaczanie wilgotności drewna metodą grawimetryczną wilgotność sosny 5,225g - 4,849g 4,849g wilgotność dębu 8,135g - 7,550g W = 7,550g wilgotność buka 7,810g - 7,351g W = 7,351g Rodzaj drewna Numer próbki Masa próbki Wilgotność drewna mw m0 W g % Sosna 1 5,225 4,849 7,75 Dąb 2 8,135 7,550 7,75 Buk 3 7,810 7,351 6,24 2. Oznaczanie wilgotności drewna metodą elektrometryczną Rodzaj drewna Typ wilgotnościomierza Temperatura drewna T Wilgotność drewna W º C % zmienne warunki atmosferyczne pomieszczenie klimatyzowane Sosna WRD - 100 24 17,2 4,2 Dąb 18,5 10,0 Buk 20,8 8,0 3. Oznaczenie maksymalnej pojemności wodnej drewna a) obliczona W^A sosna : 1,54 - 0,465 1,54 x 0,465 dąb : 1,54-0,626 1,54 x 0,626 buk : 1,54 - 0,682 1,54 x 0,682 b) oznaczona W^D sosna: 10,130g - 3,966g 3,966g dąb: 10,749g - 5,375g 5,375g buk : 11,537g - 5,675g 5,675g Rodzaj drewna Masa próbki Objętość próbki suchej V0 Gęstość drewna ρ0 Pojemność wodna obliczona oznaczona m0 mw W^A W^D g cm^3 g/cm^3 % Sosna 3,966 10,130 8,53 0,465 180,1 155,4 Dąb 5,375 10,749 8,58 0,626 124,8 100 Buk 5,675 11,537 8,32 0,682 111,7 103,3 4. Oznaczenie maksymalnego stopnia kurczenia się drewna oraz współczynnika kurczenia się drewna. Sosna: βmax^(T) = (32,16mm - 30,07mm)/32,16mm 100 = 6,50 % βmax^(R) = (31,16mm - 30,26mm)/31,16mm 100 = 2,90% Aβ = 6,50 %/2,90 % = 2,24 Dąb: βmax^(T) = (32,91mm - 29,88mm)/32,91mm 100 = 9,20 % βmax^(R)= (31,19mm - 30,01mm)/31,19mm 100 = 3,78 % Aβ = 9,20 %/3,78 % = 2,43 Buk: βmax^(T) = (32,69mm - 29,33mm)/32,69mm 100 = 10,28 % βmax^(R) = (30,97mm - 29,63mm)/30,97mm 100 = 4,33 % Aβ = 10,28 %/4,33 % = 2,37 Maksymalny stopień kurczenia się drewna Rodzaj drewna Symbol próbki Wymiary próbki Maksymalny stopień kurczenia Wskaźnik anizotropii kurczenia mokrej suchej T R T R βmax^(T) βmax^(R) Aβ mm % - sosna 1 32,16 31,16 30,07 30,26 6,50 2,90 2,24 dąb 2 32,91 31,19 29,88 30,01 9,20 3,78 2,43 buk 3 32,69 30,97 29,33 29,63 10,28 4,33 2,37 Sosna: Kβ(T) = 6,50 %/30 = 0,22 % Kβ(R) = 2,90 %/30 = 0,10 % K*β(T) = 0,75 6,50 %/25,0 = 0,2 % K*β(R) = 0,75 2,90 %/25,0 = 0,09 % Dąb: Kβ(T) = 9,20 %/30 = 0,31 Kβ(R) = 3,37 %/30 = 0,13 K*β(T) = 0,75 9,20 %/25,0 = 0,3 % K*β(R) = 0,75 3,37 %/25,0 = 0,1 % Buk: Kβ(T) = 10,28 %/30 = 0,34 Kβ(R) = 4,33 %/30 = 0,14 K*β(T) = 0,75 10,28 %/25,0 = 0,31 % K*β(R) = 0,75 4,33 %/25,0 = 0,13 % Oznaczenie współczynnika kurczenia się drewna Rodzaj drewna Symbol próbki Współczynnik kurczenia Kβ(T) Kβ(R) K*β(T) K*β(R) % Sosna 1 0,22 0,10 0,20 0,09 Dąb 2 0,31 0,13 0,30 0,10 Buk 3 0,34 0,14 0,31 0,13 WNIOSKI Oznaczenie wilgotności drewna metodą grawimetryczną pozwala określić zawartość wody w badanych próbkach, jest to metoda bezpośredniego pomiaru wilgotności. W trakcie przeprowadzonego doświadczenia uzyskaliśmy następujące wyniki: dla drewna sosny i dębu - 7,75%; dla drewna buka - 6,24%. Uzyskanie takich samych wyników dla dwóch pierwszych gatunków oznacza że zawierają one inną ilość wody . Drewno o większej gęstości - buk, zawiera przy tej samej wilgotności więcej wody, niż drewno o mniejszej gęstości. Uzyskana niska wilgotność drewna buka(6,24%) świadczy o wysokiej jego gęstości. Kształt i wymiary próbek drewna do pomiaru wilgotności metodą stereometryczną jest w zasadzie dowolny, lecz należy pamiętać że wzrost wielkości próbek wydłuża czas ich suszenia. Oznaczenie wilgotności drewna metodą elektrometryczną nie powoduje uszkodzenia drewna, jest to nieniszcząca metoda pomiaru. Wilgotność drewna przechowywanego w zmiennych warunkach atmosferycznych, na otwartej przestrzenie jest znacznie wyższa (sosna:17,2%; dąb:18,5%; buk:20,8%) niż wilgotność drewna przechowywanego w pomieszczeniu (sosna:4,2%; dąb:10%; buk:8%). Wysoka wilgotność drewna pierwszej grupy jest wynikiem oddziaływania czynników atmosferycznych działających przez dłuższy czas a także wysokiej wilgotności powietrza poza pomieszczeniem. Wyraźnie dostrzec można niższą wilgotność drewna sosny od wilgotności dębu i buka. Sosna ma mniejszą gęstość niż pozostałe gatunki więc jej wilgotność w tych samych warunkach będzie niższa. Metoda elektrometryczna daje bardzo szybkie wyniki pomiaru. Obliczona maksymalna pojemność wodna sosny (180,1%} jest znacznie wyższa niższa niż dębu (124,8%) i buka (111,7%). Wiąże się to z niższą gęstością drewna sosny niż dębu i buka, tym samym można dostrzec wyraźny związek pomiędzy gęstością a maksymalną pojemnością wodną. Im niższa gęstość, tym więcej porów w drewnie a tym samym więcej wody drewno jest w stanie przyjąć. Taka sama zależność jest widoczna przy oznaczonej doświadczalnie maksymalnej pojemności drewna, jednak wartości są niższe. Maksymalny stopień kurczenia jest różny dla różnych gatunków oraz dla kierunku promieniowego i stycznego. Drewno kurczy nie bardziej w kierunku stycznym co jest związane z jego anatomiczną budową. Miarą kurczenia się jest wskaźnik anizotropii. W wyniku przeprowadzenia doświadczenia wskaźnik anizotropii kurczenia się w płaszczyźnie prostopadłej do przebiegu włókien wyniósł kolejno: dla sosny - 2,24; dla buka - 2,37; a dla dębu - 2,43. Z danych zawartych w tabeli wynika że w miarę wzrostu gęstości drewna wzrasta bezwzględna wartość odkształceń wilgotnościowych i tak dla sosny o gęstości 410 - 500 kg/m^3 maksymalny stopień kurczenia w kierunku stycznym wyniósł 6,50% a w kierunku promieniowym 2,90%; dla dębu (gęstość 710 - 800 kg/m^3) 9,20 i 3,78% a dla buka (gęstość 710 - 800 kg/m^3) 4,33 i 2,37%.

W_max = 30 +

W =

=

100 = 7,75 %

100 = 6,24 %

W_max = 30 +

x 100 = 124,8 %

W =

x 100 = 111,7 %

α_{r (max)}

x 100

W_max = 30 +

100 [%]

W =

100 [%]

x 100 = 180,1 %

100 = 7,75 %

K_β =

x 100

β_max =

W = 100

ρ₀

W =

100 = 7,75 %

W_max = 30 +

100 = 155,4 %

W =

100 = 100 %

W =

100 = 103,3 %

---