§1. Вода в древесине
Вода в стволе дерева
Заболонь и ядровая древесина

Стволы деревьев, которые мы используем в качестве пиломатериалов, заполнены водой, потому что они проводят воду от корней к листьям.
Удивительно, однако, что не весь ствол, а только внешняя его часть проводит воду. Эта часть называется заболонь (или наружный слой). У большинства деревьев заболонь богата влагой, а внутреннее ядро (красная зона на рисунке) содержит меньше влаги (см. Таблицу 1)
Нужно отметить, что при естественной сушке, когда дерево валят и оставляют сохнуть, не обрезая листвы, содержание влаги снижается только в заболонной части. Влажность сердцевинной части при таком способе сушки почти не изменяется.
Высокая влажность ядра
Таблица 1. Средняя влажность хвойной древесины
Порода | Заболонь (%) | Ядро (%) |
---|---|---|
Японский кипарис (хиноки) | 153.3 | 33.5 |
Секвойя | 186.0 | 56.2 |
Сосна | 147.3 | 33.7 |
Криптомерия (суги) | 148.0 | 113.1 |
Ель | 169.1 | 40.6 |
Пихта | 211.9 | 76.1 |
Кипарисовник | 154.5 | 38.3 |
В мире деревьев есть исключения – некоторые породы дерева содержат большое количество влаги в ядре, хотя оно и не участвует в проведении воды.
Как видно из Таблицы 1, примером такой породы является японская криптомерия. Сложности добавляет тот факт, что содержание влаги в ядровой древесине криптомерии значительно отличается от бревна к бревну. Это затрудняет сушку пиломатериалов из криптомерии.
1 | Как правило, в свежесрубленной древесине боковая или заболонная часть более влажная, а сердцевина или ядро имеет низкое содержание влаги. |
2 | Есть некоторые породы дерева, такие как японская криптомерия, ядро которых содержит большое количество влаги. |
Вода в древесине
Клеточная стенка и просвет

Древесина состоит из вытянутых трубчатых клеток, которые идут сверх вниз и расположены очень плотно (см. рисунок). Как видно на фотографии, внутри клетки полые. На самом деле, большинство клеток в дереве уже мертвы, и не имеет содержимого. Пустое пространство называется полостью клетки, а перегородки между полостями - клеточной стенкой.
Свободная и связанная вода

В свежесрубленной древесине свободная вода присутствует в полости клеток, а связанная вода - в клеточной стенке.
Вода, проходящая через ствол, проходит через полости клеток. Эта вода называется свободной водой, потому что она такая же, как обычная жидкая вода. Кроме того, немного воды попадает в небольшое пространство в клеточной стенке и называется связанной водой, потому что она образует молекулы, которые соединяют элементы строения дерева. Другими словами, древесина содержит два разных типа воды: свободную и связанную воду.
3 | В древесине есть два вида воды: свободная вода и связанная вода. |
4 | Свободная вода находится в просвете клетки, а связанная вода - в стенке клетки. |
Клапан регулирования влажности: поры клеточной стенки
Роль пор клеточных стенок

Когда вода перемещается между клетками, она проходит через множество мелких пор, в клеточной стенке, называемых стеночными порами. Это отверстие в стене-это не просто отверстие, а клапан, называемый мембраной, который контролирует поток воды (см. Рисунок).
Микроскопическое исследование показывает, что мембрана состоит из сетчатого фильтра (Margo) и вздутой крышки (Torrus) (см. Фотографию).
Закрытые клеточные поры ядровой древесины

Клапаны или поры в клетках заболонной древесины открываются и закрываюьтся довольно свободно. Ядровая древесина не пропускает воду, поэтому после прохождения воды поры закрываются и плотно приклеиваются (эффект сухого ядра). Но есть породы, такие как криптомерия, в которых вода попала и адержалась в клетках ядра. Особенность таких пород деревьев в том, что вода в ядровой древесине плотно запечатана внутри клеток. Поэтому передвижение такой воды затруднено, и сушка ядровой древесины занимает дольше времени и требует больше энергии, чем заболонной.
5 | В заболонной древесине поры клеточной стенки играют роль клапанов, регулирующих движение воды. |
6 | В ядровой древесине вода находится в клетках в закупоренном состоянии. |
Способы выражения влажности древесины
Содержание воды на сухую массу
Содержание влаги в древесине может превышать 100%. Если это произойдет, вы можете быть обеспокоены переполнением воды. Содержание влаги в древесине должно рассчитываться с помощью метода, называемого стандартом сухого веса, и это не просто стандарт влажного веса, указывающий содержание влаги. Эта маркировка указывает вес содержащейся влаги относительно веса полностью сухой древесины (общий сухой вес), поэтому влажность может быть выше 100%.
Например:
Древесина, содержащая воду того же веса, что и общий сухой вес = влажность 100%
Древесина, содержащая вдвое больше сухого веса воды = влажность 200%
Древесина, содержащая половину общего сухого веса воды = влажность 50%
Влажность сухой древесины
Содержание воды может быть измерено методом полной сушки, измерителем влажности типа электрического сопротивления или измерителем содержания влаги высокочастотного типа. Метод общей сушки-это метод, позволяющий точно измерить содержание влаги. Однако существуют проблемы, заключающиеся в том, что содержание влаги в большом материале представлено небольшим испытательным образцом, и материал должен быть разрушен. Поэтому этот метод подходит для использования при отборе проб и контроле для контроля качества на производственных площадках.

Метод измерения влажности сухой древесины
① Отрежьте тестовый образец от материала, подлежащего измерению, и немедленно измерьте вес.
② Поместите образцы в электрическую духовку при 105 ° C и тщательно высушите, пока вес не останется неизменным (1-2 дня).
③ Измерьте вес (общий сухой вес) полностью высушенного образца. Рассчитать содержание влаги по расчету.
7 | Содержание воды в древесине = вес воды в древесине/общий сухой вес × 100 = (Вес древесины в определенном состоянии влажности-Общий сухой вес)/Общий сухой вес × 100 |
Влажность и состояние воды в древесине
Точка насыщения волокна
Во всей древесине содержание воды, как правило, составляет 30%, а присутствие воды сильно отличается. Это содержание воды называется точкой насыщения волокон, где клеточная стенка заполнена связанной водой. Когда содержание воды превышает 30%, вода (свободная вода) также присутствует в просвете клетки.
И наоборот, если содержание воды падает до 30% или менее, содержание воды в клеточной стенке уменьшается. По мере уменьшения связанной воды сама клеточная стенка постепенно истончается.
В результате древесина, которая является совокупностью клеточных стенок, постепенно сжимается. Другими словами, усадка вследствие сушки древесины-это явление, которое происходит ниже точки насыщения волокна (содержание влаги 30%). Ниже точки насыщения волокна различные свойства, такие как прочность, сильно изменяются в зависимости от изменения содержания влаги.
Принципиальная схема влажности в древесине
Свежая древесина (влажность 30% и более) | Точка насыщения волокон | Равновесное содержание влаги (около 15%) | ||
---|---|---|---|---|
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
|
Связанная вода | насыщение | насыщение | около половины | нет |
Свободная вода | есть | немного | нет | нет |
Усушка | нет | нет | 1.0~4.5% | 2.0~9.5% |
Равновесная влажность
Если древесина помещается в среду с повышенной температурой и влажностью, то в конечном итоге она будет иметь влажность, сбалансированную с этой средой. Это содержание влаги называется равновесным содержанием влаги. Считается, что в зависимости от сезона и региона среднее равновесное содержание воды в Японии составляет около 15%. Кроме того, равновесное содержание воды в помещении, где работает кондиционер, вероятно, составит около 10-12%.
8 | Приблизительная влажность 30% называется точкой насыщения волокна. |
9 | Выше точки насыщения волокна присутствуют как свободная вода, так и связанная вода. |
10 | Ниже точки насыщения волокна присутствует только связанная вода, и древесина сжимается. |
11 | Содержание воды, сбалансированное с окружающей средой, называется равновесным содержанием воды. |
Как работают поры клеточных стенок в верхних и нижних клетках
① Клапан (мембрана в стене) в центре отверстия в стене находится в нейтральном положении, и вода свободно течет вверх.
② В просвете камеры внизу образуются пузырьки воздуха, и клапан в отверстии в одной стенке закрывается.
③ Когда пузырёк расширяется, все клапаны закрываются, чтобы предотвратить обратный поток воды.