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木材含水量
来源: | 发布日期:2021-09-17

湿度和水分在加工和使用过程中会影响木材的性能。 木材的含水量会影响刨光、粘合和表面处理。 不仅如此,木材的尺寸、强度和抗降解性等重要属性也受含水量影响。因此,了解木材如何受水分影响并控制木材的含水量至关重要。

德福林小编经学习认为木材的湿度由含水率来表示。含水率是木材中所含水分的重量与木材干重的百分比。

含水率由u表示,是未干燥木材中包含的水分与103°C干燥后木材重量的比值:

 

平衡含水率

木材是吸湿性建筑材料,会从周围空气中吸收或排放水汽。木材的含水率与空气湿度不断平衡,湿涨干缩。平衡含水率是木材与周围环境湿度达到动态平衡时的含水率,会受到周围的空气相对湿度(RF)、气温影响。相对湿度在0-20°C的温度范围内影响最大。

气候随季节不同而变化,木材的含水量也因此变化。室内的木材在冬季会排湿收缩,在夏天又会吸湿膨胀。

 

相对湿度RF 

空气中的水蒸气含量受气温影响。暖空气里比冷空气的水蒸气含量高,水汽的饱和度与气温成正比。如果木材的湿度超过了空气中的饱和量,或者气温降低,多出来的水蒸气就会凝结成液体。

八月笼罩着草地和沼泽的薄雾、车窗起雾、一片烤面包下的水滴,都是日常生活中湿空气遇冷、水蒸气冷凝的例子。在炎热的夏日,傍晚温度下降时,即使空气中的水蒸气实际含量比白天少,我们也会感到空气更加潮湿,是因为相对湿度增加了。

相对湿度(RF)是指空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比。相对湿度是根据水蒸气的压强计算得出的。

由于气温的影响,室外的水汽含量在夏天高,冬天低;相对湿度和木材的平衡含水率则在夏天低,冬天高。

相反,室内的相对湿度和木材的平衡含水率在夏天高、冬天低,这是因为室外的冷空气在室内升温,相对湿度降低。室内的相对湿度在夏天最高(45-60%),冬天最低(10-25%)。当室外温度降低,室内的空气也会干燥。

木材的含水率不管在室内还是室外,都会根据周围的相对湿度和温度而调整。在有供暖的瑞典中部住房,木材全年含水率平均约为7.5%,夏天最高(7-12%),冬天最低(2-6%)。整体来说,瑞典北部比南部干燥(见图表45)。

目标含水率

根据SS-EN 14298(锯材——干燥质量鉴定标准)的定义,目标含水率是一批木材整体的平均含水率和每块锯材允许达到的含水率。

锯材厂会根据锯材的不同用途将木材干燥到相应的目标含水率。锯材不同用途的目标含水率见表10。锯材厂在交货时应保证锯材含水率符合进一步处理或最后用途的要求。如果锯材在交付时含水率过高,可能导致材料变形或者作废;含水率过低则可能造成产量损失,浪费能源成本,也会影响锯材质量,导致变形。

每块锯材的属性不同,位于一捆锯材的位置也不同,所以温度和湿度都可能不同,都会影响干燥结果。锯材处理和干燥前的密度、心材比例、年轮取向、节子、季节和储存时间也会影响干燥结果。这说明每一块木材的含水率都可能与整批木材的平均含水率有可能所偏差。所以SS-EN 14298标准中规定了目标含水率和单块锯材含水率允许的误差范围,见表9。

在测量锯材的含水率时,如果整批锯材的目标含水率为16%,则允许的平均含水率为13.5-18%。其中93.5%的单块锯材含水率需要达到11.2-20.8%

在购买一批锯材时,平均含水率越接近目标含水率、误差越低越好,以尽量确保所有单块锯材误差都在允许范围之内。

木材横截面不同部位的含水率变化

木材的干燥处理过程使得同一块锯材横截面的不同部位含水率也不一致。干燥机加热锯材时,木材表面的水分最先被去除,造成内部含水率相对变高,水分自动往外运送。当干燥过程停止时,内部含水率一定高于外部。这种含水率由内而外的变化称为含水率梯度。

根据木材的最终用途,木材可以在干燥机加热后就结束干燥处理,或者在空调环境下再次进行温度和湿度的调节。这种调节意味着将木材表面含水率增加,使横截面中的含水率趋向均匀,帮助干燥过程中积聚在木材中的内部应力得以释放。 具体请参阅锯木厂空调调节木材部分。

含水率梯度的大小取决于木材本身的性质和干燥处理过程。在将木材干燥机中干燥至平均含水率16%时,木材表面十分干燥,含水率通常低于10%。同时,木材中间的含水率仍可高于20%。 经过一段时间的水分扩散平衡干燥后,含水率梯度将逐渐趋于平稳。但是在低温情况下,该过程可能需要较长时间。同时,如果木材堆放在室外存储,木材表面吸收水分将会降低了含水率梯度,影响内部水分向外扩散。

如果没有经过空调调节,由于含水率梯度过高,干燥后的木材容易在进一步切割或截面定型改变横截面的过程中变形。 不过,干燥处理的木材与最终使用时横截面变化不大时(例如用作墙体立柱),较高的含水率梯度和较低的表面含水率可以很好地防止微生物生长。
 

想要精确测量含水率梯度或木材表面含水率十分困难,不过可以使用电阻式含水率测量仪进行估量。具体请参阅测量含水率章节。

 

空调环境调节含水率

使用空调调节湿度和温度是为了减少木材的含水率梯度,减少干燥后的内部应力。 向木材干燥机中添加水或蒸汽,可以用于湿润木材表面。 通过同时加热和润湿木材,可以消除内部应力。

接受进一步切割加工的木材的横截面需要达到应力和含水率平衡。如果内部应力过强,容易在承重结构中产生变形。横截面含水率梯度较高的木材会在使用过程中继续进行水分的平衡传输,从而导致变形。所以,用于细木工、尤其是高质量细木工产品的木材必须经过空调调节以防止变形。

空调调节还可以减少整批木材中的含水率变化范围,因为整批木材中较湿的木材比干燥的木材吸收更少的水分,甚至会继续干燥到目标含水率。

空调调节能改善木材的尺寸稳定性,降低干燥过程造成木制品变形的风险,达到准确的目标含水率外,改善建筑木材质量。 例如,使用应力平衡的木材用作地板梁和立柱,形状会更加稳定。

切割方法中的应力可参考标准SS-ENV 14464。

 

表9 目标含水率

根据SS-EN 14298的允许误差

目标含水率 整批板材允许误差 93.5%的锯材单独测量允许误差
% 最低 (%) 最高 (%) 最低 (%) 最高 (%)
8 7 9 5,6 10,4
12 10,5 13,5 8,4 15,6
16 13,5 18 11,2 20,8


 举例说明:在测量含水率时,如果整批锯材的目标含水率为16%,则允许的平均含水率为13.5%-18%。其中93.5%的单块锯材含水率需要达到11.2%-20.8%。

 

含水率的测量

测量一块木材的含水率,实际上是测量横截面的平均含水率。测量整块木材的平均含水率,可使用干重,法或通过电阻含水率测量仪和绝缘电极估量。电阻含水率测量仪应有带绝缘测量针的锤式电极。带有绝缘电极的测量仪针头可以深入木材,能够测量木材不同位置的含水率,由此计算含水率梯度。其他类型的电流式测量仪测量精确度明显较差。带有较短的未绝缘测量针头只能测量表面含水率,与整块木材的平均含水率会有明显差异。因此,此类测量仪只可用于表面含水率测量,例如在涂漆之前的检查。应用于木材表面的电容式含水率测量仪不仅主要受木材表面水分的影响,而且测量结果也可能会受到木材附近的导电材料的干扰,例如木材下方的钢铁支柱等。

干重法是指先称重一块木头,然后在103±2°C的烤箱中干燥,直到两小时内重量变化最大不超过0.1%即完全干燥时,再称重木头,之后根据公式计算含水率。标准SS-EN 13183-1中详细描述了测量方法,木材产品-含水率测量-第一部分:用干重法-烤箱干燥确定一块锯材的含水率唯一精准确定含水率和定义含水率的方法。该方法的缺点是破坏了样品并且耗时较长。

更简便、快速且无损的含水率测量方法是使用带有锤式电极的电阻含水率测量仪。这种测量仪的原理是测量插入材料中的两个绝缘销之间的电阻。这种测量方法的缺点是精确度较低,因为测量结果不仅受到木材密度和其他性能的影响,还会受到人为操作的影响。例如,在测量含水率有梯度时,测量针插入的深度误差会极大影响测量结果。这种测量方法的误差在±2%之内,因此最适合用于整批木材的含水率测量,而不是单块木材。电阻含水率测量方法应根据标准SS-EN 13183-2 木材产品-含水率测量-第二部分:估计木材的含水率(电阻法)。

电阻含水率测量的替代方法是电容法,这种仪器有发射器和接收器,检测木材的电容。电容含水率的测量应根据标准SS-EN 13183-3木材产品-含水率测量-第三部分:估计一块锯材的含水率(电容法)。此方法的最大优点是不会对木材造成任何损坏,因为不需要插入木材。但是由于多种因素,手持式电容表的精度明显低于电阻式仪表。受靠近仪器的材料影响电场,这意味着木材表面比木材内部对结果的影响更强烈。不仅如此,测量结果还受传感器压靠木材的力度、周围散落的木材和附近金属物体的影响。因此,手持式电容含水率测量仪只能用于检查,不能用于确定木材的含水率。

固定式电容含水率测量仪常见于锯材厂和刨光材厂,检测所有木材并及早发现生产过程中的干扰误差,用于监控生产。 生产线中的一些含水率测量仪可以提高测量精度,但是精确度对测量单块木材来说仍然不够。

电阻法测量含水率

这种测量法需要使用带有绝缘电极锤的电阻含水率测量仪。这种设备可用于估量整批木材的平均含水率和误差、表面含水率和含水率梯度,还可用于检查建筑中的湿度条件或监测现有建筑的含水率。

测量仪的精确度和功能需要使用校准仪定期检查校准。

 

一块锯材的含水率测量

为了减少人为操作的误差,标准SS-EN 13183-2规定了测量仪的测量方法:在长边距底端300mm,宽为距离木材三分之一宽度的位置,在顺纹方向的表面垂直插入绝缘电极,插入深度为木材厚度的三分之一(见图50)。

 

整批木材的平均含水率和误差

整批木材的平均含水率和误差测量,通过对多块木材进行插入测量得出。测量样本数量和方法根据整批木材数量决定。木材验收含水率测量方法标准有两个,SS-EN 14298 锯材 – 干燥质量检查和瑞典标准 SIS-CEN/TS 12169 木材 – 整批锯材 – 一致性检查。两个标准十分相近,后者的抽样测量和分析过程描述更加详细,但是需要测量的样本数量相同。

标准SS-EN 14298注重干燥质量,规定了整批木材平均含水率和单块木材的要求,取决于批次大小的样品采集数量以及超出测量误差的样本允许数量。整批木材达到要求的条件是平均含水率必须在当前目标含水率的限制之内,而且超出限制的样本量必须低于规定数值。此标准需要相对较大的样本量。例如,一批91-150块木板中必须测量20个样本,最多3个样本可超出要求限制。 木材的表面硬度或残余应力必须根据标准SS-ENV 14464锯材-内应力评估方法中所述的方法测量。 该方法也称为切割测试,方法是将木材的横截面劈开并测量两半之间的间隙。

SIS-CEN/TS 12169描述了如何从一批锯材中选取样本检测干燥质量,判定木材是否符合建筑合同的要求。此方法基于各行业中最常见的合格质量分级(AQL Acceptable Quality Level)。在验收时根据总量随机取出若干样本。标准中明确指出不同合格质量分级可接受的误差。

注意

退货时必须提供完整包装中的全部木材。

 

木材验收时的推荐目标含水率

表10 不同用途的目标含水率

目标含水率 (%) 用途
8 室内(有供暖)木地板
12 装饰性木材,框架或底层地板
16 建筑木材和胶合板,外部镶板


 

含水率梯度检测

电阻含水率测量仪上的绝缘电极能够保证只有测量针头才与木材有电流接触。 先用测量头测量木材表面的含水率,再将针头推入三分之一厚度处,可以轻松评估木材中的含水率梯度。 测量值的差就是含水率梯度。

表皮含水率检测

表皮含水率的测量很重要,因为会影响上漆的粘附率,也是导致微生物侵蚀的主要原因。

注意事项

瑞典及欧洲对木材的表面含水率测量没有设定标准。下述方法从《建筑木材含水率手册-含水率特性、要求、处理和测量》中摘取。

利用电阻含水率测量仪测量表皮含水率,需要从横纹表面插入绝缘电极测试针,针头须进入早材部分。该测量必须在尽量相近部位测量三次,取平均值为最终值,来判断是否符合目标含水率。

锯材厂交付的干燥木材的表面含水率始终低于风险水平,但是木材可能由于降水、不正确存放或与湿混凝土接触而被再次浸润,导致表面含水率的增加。 木材表面暂时的含水率上升,通常不会影响木材内部的含水率。木材内部的水分也不会影响表面的含水率,因为通过木材内部的水分传输比表面蒸发要慢得多。受潮的木材必须及时干燥。根据湿度水平,可以自然风干、使用除湿机或风扇。 木材使用时的表面含水率不得超过18%,进行表面处理的木材表面含水率不得超过16%。

上漆木材的推荐表面含水率

在建筑工地需要上漆的木材应尽快刷第一层漆,以防止紫外线辐射并且保证表皮含水率不超过16%。裸露可见的装饰性木材如镶板或内部装饰板等,建议使用工业表面处理。处理方法可以根据第三方认证系统——认证涂漆板(CMP)系统。在建筑工地上涂底漆的外墙板,每平方米涂装的油漆量在干燥后成膜厚度要求至少应达到60微米。

现有建筑的表面含水率测量

控制现有建筑的木材含水率,应测量建筑中不同测量点的含水率。测量点取决于现场条件。应找出受潮的风险最大、干燥条件最差的位置,检查木材在测量点的表面含水率和平均含水率。

用电阻法测量含水率,单个异常值可能是由水分以外的因素引起的。因此,如果发现含水率高的地方,则需要进一步调查原因。应该对可疑点附近的木材进行更多的测量,同时还应考虑除了含水率外的其他因素,例如可见潮湿源、植被和气味等。测量应评估木材构件在潮湿环境中的暴露程度以及建筑物的通风状况。 如有必要,采集干重法所需样品。

德福林,18年缅甸柚木专家,一单也是批发价。

【本文标签】 木材含水量 德福林 缅甸柚木 木皮

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