Rezystancja drewna a wilgotność: Zależność i metody pomiaru
- Szczegóły
Drewno to surowiec o szerokim zastosowaniu, a sposób jego wykorzystania zależy od twardości i stopnia zawilgocenia. Wiele prac budowlanych, remontowych czy wykończeniowych wymaga stosowania materiałów o określonym poziomie wilgotności.
Warunki budowlane nie zawsze nam sprzyjają, a drewno potrafi porządnie zmoknąć, co utrudnia i wydłuża pracę nad budynkiem. Wykorzystanie mokrego drewna może być bardzo niekorzystne dla całej budowli. Jak więc upewnić się, że drewno jest już suche i można rozpocząć pracę?
Zależność między wilgotnością a rezystancją drewna
W drewnie przeważający wpływ na przewodnictwo elektryczności wywiera zawarta w nim woda i związana z nią wilgotność drewna. Drewno całkowicie suche jest nieprzewodnikiem; natomiast drewno w stanie nawilgoconym uważa się za półprzewodnik o przewodnictwie jonowym. Rozpuszczone w wodzie sole mineralne są elektrolitami, a te przewodzą prąd.
Wielkość przepływającego przez drewno prądu jest w granicach 0-30% wilgotności w sposób proporcjonalny uzależniona od ilości zawartej w drewnie wody. Każde ciało stawia większy lub mniejszy opór przepływowi prądu elektrycznego. Opór stawiany przez dobre przewodniki, np. metale, jest mały, natomiast nieprzewodniki i półprzewodniki, jak np. szkło, papier, suche drewno, charakteryzują się dużym lub bardzo dużym oporem.
Suche drewno jest złym przewodnikiem elektryczności, dzięki czemu stosuje się je jako materiał izolacyjny i konstrukcyjny w elektrotechnice. Całkowicie suche drewno ma opór właściwy dochodzący do 3·1017 - 3·1019 Ω·cm. Istotny wpływ na opór właściwy, a tym samym na przewodność właściwą drewna, wywiera jego wilgotność.
Przeczytaj także: Właściwości drewna na drzwi wewnętrzne
Główną rolę odgrywa tu występująca w błonach komórkowych woda imbibicyjna, natomiast wpływ wody wolnej jest nieznaczny. W przedziale higroskopijnym opór właściwy drewna zmniejsza się szybko w miarę wzrostu jego wilgotności, osiągając w punkcie nasycenia włókien (około 30% wilgotności) wartość 105- 107 Ω·cm, czyli przybliżoną wartość oporu właściwego wody. Przy przejściu ze stanu całkowicie suchego do punktu nasycenia włókien (od 0% do około 30% wilgotności) przewodność właściwa drewna zwiększa się milion do 2 milionów razy, przy przejściu od punktu nasycenia włókien do stanu pełnego nasycenia wodą zwiększa się zaledwie 5 razy.
W tych warunkach wpływ wilgotności na przewodnictwo elektryczne drewna ma zasadnicze znaczenie, wobec którego inne czynniki, jak gatunek i ciężar właściwy drewna oraz jego temperatura, odgrywają rolę drugorzędną. Duże znaczenie ma również kierunek anatomiczny; przewodnictwo elektryczne wzdłuż włókien, a więc w kierunku głównych wartościowości chemicznych, jest około 2 razy większe niż w poprzek włókien. Opór właściwy drewna zmienia się odwrotnie niż przewodnictwo właściwe i maleje w miarę wzrostu wilgotności. Opór właściwy maleje w miarę wzrostu temperatury. Zmienia się on w zależności od kierunku anatomicznego; jego wartość liczbowa jest najmniejsza, wzdłuż włókien rośnie zaś w kierunku promieniowym i stycznym.
Metody pomiaru wilgotności drewna
Istnieje kilka metod sprawdzania wilgotności drewna, od profesjonalnych po domowe sposoby. Najpopularniejsze i najdokładniejsze są wilgotnościomierze elektroniczne, które działają na zasadzie pomiaru oporu elektrycznego lub pojemności elektrycznej drewna.
Mierniki elektroniczne
Pomiar wilgotności drewna za pomocą metod elektrometrycznych należy obecnie do najpopularniejszych i najdokładniejszych rozwiązań. Na rynku dostępne są dwa główne typy elektronicznych urządzeń pomiarowych, które wykorzystują różne właściwości elektryczne drewna do określenia jego wilgotności.
Drewno zmienia swoje właściwości elektryczne wraz ze zmianą zawartości wody, co stanowi podstawę działania wszystkich elektronicznych wilgotnościomierzy. Dostępne są dwa typy mierników: pin-type (oporowe) oraz pinless (pojemnościowe). Różnią się one zarówno w sposobie działania, dokładności odczytu jak i sposobie implementacji i ewentualnych mankamentach na drewnie.
Przeczytaj także: Drewno: wilgotność i zastosowanie
Mierniki oporowe (Pin-type)
Miernik ten wykorzystuje sondy (elektrody igłowe), które wbija się w drewno. Sondy mierzą oporność elektryczną i dzięki temu dostajemy wynik bardzo dokładny. Wilgotnościomierze rezystancyjne mierzą opór elektryczny między dwiema sondami wbitymi w drewno. Warto zauważyć, że pomiar rezystancyjny pozwala określić wilgotność w zakresie od 6% do około 30%, co pokrywa większość praktycznych zastosowań.
Jest to sprawdzona metoda, jednak ma swoje wady w postaci niewielkich dziur, które zostają na drewnie po wykonaniu odczytu.
Mierniki pojemnościowe (Pinless)
Metoda polega na wykonaniu pomiaru bez sond. Używa się w tym sposobie fal elektromagnetycznych, które mierzą wilgotność drewna, bez konieczności ingerencji urządzenia wewnątrz drewna. Wilgotnościomierze pojemnościowe emitują pole elektromagnetyczne, które przenika drewno, a zawartość wilgoci wpływa na zmianę pojemności elektrycznej tego pola. Ten bezdotykowy charakter pomiaru jest szczególnie cenny w przypadku cennych elementów wykończeniowych, gdzie nie chcemy uszkadzać powierzchni.
Technologia pojemnościowa ma jednak pewne ograniczenia - na wynik mogą wpływać różnice w gęstości drewna oraz jego niejednorodność. Wilgotnościomierze pojemnościowe badają zmianę pojemności elektrycznej drewna.
Metoda suszarkowo-wagowa
Metoda suszarkowo-wagowa to najprecyzyjniejszy sposób pomiaru wilgotności drewna, często uznawany za wzorcowy. Choć wymaga więcej czasu niż pomiar elektronicznym wilgotnościomierzem, zapewnia niezrównaną dokładność wyników.
Przeczytaj także: Wilgotność drewna sosnowego i jego kaloryczność
Czasochłonna i nieco angażująca technika, która nie przypadnie wszystkim do gustu, jednak pozwala na dokładny odczyt stopnia wilgotności drewna. Jak to działa?
- Pobierz próbkę drewna, najlepiej nie zbyt małą.
- Następnie susz próbkę drewna w piekarniku w temperaturze około 100-105°C.
- Po wyciągnięciu drewna zważ je i zobacz różnicę, gdyż ta pozwoli określić stopień wilgotności drewna.
Metody domowe
Wydaje się dość oczywiste, jednak jeżeli chcesz oszacować poziom wilgotności orientacyjne - ta metoda będzie szybka i łatwa. Wystarczy, że przykryjesz drewno plastikową folią i pozostawisz je na kilka godzin w ciepłym pomieszczeniu. Jest to bardzo prosta metoda, która nie wymaga praktycznie żadnego wkładu finansowego, jednak warto pamiętać, że jest to tylko subiektywna metoda orientacyjna i nie powinno się z niej korzystać, gdy potrzebne są precyzyjne dane.
Jeżeli pracowałeś z drewnem już dłuższy czas, to możesz na podstawie własnych doświadczeń stwierdzić, czy drewno jest jeszcze mokre, czy już wyschło. Pamiętaj jednak, że za pomocą wzroku i dotyku możesz bardzo łatwo się pomylić i nigdy nie będziesz w 100% pewien, w jakim stanie jest drewno. Dlatego też metoda ta jest bardzo poglądowa i niewiele wniesie, gdy potrzebne jest dokładne oszacowane.
Dla osób nieposiadających specjalistycznych urządzeń istnieją również domowe sposoby sprawdzania wilgotności drewna. Jednym z nich jest test śruby lub gwoździa - polega on na wkręceniu metalowego elementu w drewno i obserwacji jego zachowania. Jeśli śruba wchodzi z trudem i wytwarza drobne wiórki, drewno jest prawdopodobnie suche. Jeśli natomiast wchodzi łatwo i wytwarza wilgotne wióry, drewno zawiera zbyt dużo wilgoci.
Inną prostą metodą jest test wagi - suche drewno jest znacznie lżejsze niż mokre. Można również wykonać próbę spalania - suche drewno zapala się łatwo i pali jasnym płomieniem, podczas gdy mokre dymi i trudno się zapala.
Zastosowanie mierników wilgotności
Z mierników wilgotności drewna może korzystać każdy. Urządzenia te są niewielkie i łatwe w obsłudze. W codziennej pracy korzystają z nich profesjonaliści. Mierniki wilgotności sprawdzają się przede wszystkim w branży leśnej, podczas produkcji wyrobów z drewna i w przemyśle drzewnym.
Mierniki wilgotności w codziennym zastosowaniu używane są np. do mierzenia poziomu wilgotności drewna przeznaczonego na opał do kominka. Im surowiec ma mniejszy stopień zawilgocenia, tym efektywniej będzie się spalał i większa będzie jego kaloryczność. Miernik przyda się także w tartaku podczas zakupu drewna na budowę. Dzięki nim mamy pewność, że kupowany surowiec jest odpowiedniej jakości.
Wilgotność drewna na więźbę dachową powinna wynosić 15 - 18%. Jeśli jest niewiele wyższa, można je dosuszyć, jednak gdy przekroczy 24%, materiał nie nadaje się do budowy konstrukcji dachu. Poziom wilgotności bezwzględnej drewna wpływa na jego przydatność do zastosowania w określonych pracach.
Optymalna wilgotność drewna
Optymalna wilgotność drewna to jeden z kluczowych parametrów decydujących o trwałości i funkcjonalności konstrukcji drewnianych. Każde zastosowanie budowlane wymaga specyficznej wartości wilgotności, która zapewni najlepsze właściwości mechaniczne materiału. Drewno o wilgotności powyżej 25% uznawane jest za mokre i generalnie nie nadaje się do zastosowań konstrukcyjnych. Warto wiedzieć, że drewno twarde (jak dąb czy buk) zwykle wymaga niższej wilgotności niż drewno miękkie (sosna, świerk) ze względu na różnice w strukturze.
W pomieszczeniach mieszkalnych drewno osiąga najczęściej wilgotność 8-13%, zależnie od pory roku i systemu ogrzewania. To właśnie dlatego meble i podłogi wewnętrzne wymagają niższej wilgotności początkowej - aby zminimalizować późniejsze zmiany wymiarowe.
Podsumowanie
Teraz już wiesz, jak sprawdzić poziom wilgotności drewna, jednak pamiętaj o tym, by korzystać zawsze z metody, która będzie odpowiednia do wykorzystania drewna. Przy budowie zawsze korzystaj z precyzyjnych metod, jak miernik czy metoda wagowa.
tags: #rezystancja #drewna #a #wilgotność #zależność
