如何控制木材在干燥過程中的含水率梯度和應(yīng)力值大小?根據(jù)剛剛鋸制的內(nèi)應(yīng)力試驗(yàn)片的梳齒變化是向內(nèi)彎曲還是向外彎曲,來判斷當(dāng)時(shí)木材內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力性質(zhì);同時(shí)根據(jù)齒形彎曲的程度,來判斷是否有使木材開裂的可能。木材內(nèi)存在內(nèi)應(yīng)力的性質(zhì),會(huì)使齒形發(fā)生以下三種情況:
第一種情況:梳齒向外彎曲。這時(shí)在木材的外層存在拉伸應(yīng)力,木材內(nèi)層受外層的作用,存在壓縮應(yīng)力。
第二種情況:梳齒向內(nèi)彎曲。這時(shí)外層受到的是壓縮應(yīng)力,內(nèi)層受到的是拉伸應(yīng)力。
第三種情況:梳齒保持不變。說明木材內(nèi)部不存在應(yīng)力。
上述情況只是說明在鋸截內(nèi)應(yīng)力試驗(yàn)片的當(dāng)時(shí),木材內(nèi)應(yīng)力的性質(zhì)。為了繼續(xù)觀察干燥的情況(內(nèi)應(yīng)力的變化情況),通常把內(nèi)應(yīng)力試驗(yàn)片放在空氣中自然干燥,或者放在恒溫烘箱中干燥。此時(shí),由于內(nèi)應(yīng)力試驗(yàn)片中水分進(jìn)一步的蒸發(fā)和含水率趨于平衡,試驗(yàn)片的梳齒將發(fā)生新的變化。例如:內(nèi)應(yīng)力試驗(yàn)片剛剛鋸開時(shí),梳齒向外彎曲,在大氣中進(jìn)一步干燥后,梳齒轉(zhuǎn)向內(nèi)彎曲。這說明:1、內(nèi)應(yīng)力試驗(yàn)片內(nèi)層收縮大大超過外層;2、內(nèi)應(yīng)力試驗(yàn)片在剛鋸開時(shí),內(nèi)部含水率高于外部含水率,同時(shí)外層還存在拉伸塑化變形;3、進(jìn)一步干燥后,試驗(yàn)片內(nèi)層存在拉伸應(yīng)力外層存在壓縮應(yīng)力。
木材在室干過程中,內(nèi)應(yīng)力的變化過程可分為4個(gè)階段來闡述:
第一、干燥剛開始階段
在此階段中木材內(nèi)部各部分的含水率都在纖維飽和點(diǎn)以上。若從木材中部切取試驗(yàn)片,把試驗(yàn)片鋸成梳齒形,每個(gè)齒的高度和末鋸開之前的原來尺寸一樣。若把試驗(yàn)片剖為兩片,每一片將保持平直形態(tài)。這些現(xiàn)象充分表明,此時(shí)木材內(nèi)不存在含水率應(yīng)力;同時(shí)也表明不存在殘余應(yīng)力。
第二、干燥前期階段
干燥前期階段中木材內(nèi)層的含水率高于纖維飽和點(diǎn),外層的自由水已蒸發(fā)完畢。外層木材由于正在排出吸著水而應(yīng)該干縮。此階段的木材是內(nèi)應(yīng)力外拉內(nèi)壓階段。此時(shí),若再木材中部切取試驗(yàn)片,并且鋸成梳齒形,可以看到表面幾層齒由于干縮而尺寸減少了,內(nèi)部各層的梳齒仍保持著干燥開始前得尺寸。
但在整塊木材中,木材內(nèi)外各部分是一個(gè)整體,當(dāng)表層應(yīng)當(dāng)干縮時(shí),內(nèi)層還不能干縮。這時(shí),表面各層受到內(nèi)部的拉伸而產(chǎn)生拉應(yīng)力,對(duì)內(nèi)部各層來講,受到表面因干縮而產(chǎn)生的壓應(yīng)力。我們?cè)谶@一階段中若把從木材上鋸下來的試驗(yàn)片鋸成兩片,可以看到,剛剛鋸開時(shí)它們各自向外彎曲。把這兩片放入恒溫烘箱中或者放在通風(fēng)處,使含水率進(jìn)一步降低并變得均勻。如果木材是理想的彈性體,在含水率分布均勻后門內(nèi)應(yīng)力即可消失,試片齒形變?yōu)槠街?,尺寸恢?fù)原樣。但木材既具有彈性,又具有塑性。當(dāng)木材內(nèi)剛一發(fā)生內(nèi)應(yīng)力,同時(shí)也就出現(xiàn)了塑化變形。表層木材的尺寸,已經(jīng)在一定程度上塑化固定,內(nèi)層在含水率降低時(shí)還可以自由干縮。因此,在兩片的含水率降低并且分布均勻后,兩片的形狀就變成和原來的形狀相反的樣子,即向內(nèi)彎曲。
在木材室干過程中,此階段需采取前期處理來提高木材外層的含水率,使已固化的部分重新變化恢復(fù)可塑,使木材外部拉伸應(yīng)力和內(nèi)部的壓應(yīng)力得以削弱和緩和。
第三、干燥中間階段
當(dāng)木材干燥到這一階段時(shí)。木材內(nèi)部的含水率也已降低于纖維飽和點(diǎn),倘使在上一階段中沒有采取前期處理,則被干木材表面各層,早已由于失去正常的干縮條件而固定于拉伸狀態(tài)。此時(shí)盡管內(nèi)部的含水率還高于外面各層的含水率,但內(nèi)部木材干縮的程度卻已和外部木材在塑化固定前產(chǎn)生的不完全的干縮相差無幾,內(nèi)部尺寸與外部尺寸暫時(shí)一致。因此,在此階段內(nèi)木材中的應(yīng)力也暫時(shí)處于平衡狀態(tài)。若把試驗(yàn)片鋸成齒形,各個(gè)梳齒的長短暫時(shí)是一樣的。但在含水率下降后,中間的一些梳齒,將因干縮而變短。若把試驗(yàn)片鋸成兩片,兩片當(dāng)時(shí)保持平直狀態(tài);但在含水率降低并分布均勻后,原來在內(nèi)層的木材由于干縮而變短,使得兩片向內(nèi)彎曲。這就表明,在這一階段內(nèi)盡管暫時(shí)觀察不到被干木材中的內(nèi)應(yīng)力,但在干燥結(jié)束后,木材中的殘余應(yīng)力仍將表現(xiàn)出來。
在室干工藝中,當(dāng)被干木材干燥到這一階段時(shí),通常對(duì)被干木材進(jìn)行必要的、及時(shí)的、正確的中間處理,使已經(jīng)塑化固定的外層木材重新成為可塑,從而使外層的木材得到補(bǔ)充的收縮。
第四、干燥后期階段
在這個(gè)階段,含水率已沿著木材的橫斷面變得相當(dāng)均勻,由內(nèi)向外的含水率梯度較小。倘使在上階段中沒有進(jìn)行中間處理,此時(shí)外層木材由于塑化變形的固定,早已停止收縮;內(nèi)層木材隨著吸著水的排除而收縮,但受到外層的牽制而不能完全收縮。木材外部受內(nèi)部的干縮趨勢(shì)的影響,而產(chǎn)生壓應(yīng)力;內(nèi)部受外部已塑化固定的木材牽制影響而產(chǎn)生拉應(yīng)力。內(nèi)層和外層應(yīng)力的性質(zhì)和干燥前期相反。此時(shí)若把試驗(yàn)式鋸成梳齒狀,內(nèi)層的一些齒在脫離了外層的束縛后,得以自由的干縮,它們的尺寸比外層的短一些。若把試驗(yàn)片鋸成兩片,剛鋸開時(shí),兩片向內(nèi)彎曲,當(dāng)它們的含水率繼續(xù)進(jìn)一步降低并分布均勻后,向內(nèi)彎曲的程度加強(qiáng)。
在木材室干工藝中,當(dāng)被干木材干燥到階段,木材含水率已降低到所要求的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),必須進(jìn)行正確的平衡處理,以消除木材的殘余應(yīng)力。水分測定儀 www.lsrf77.cn