رابطه آب با چوب

رابطه آب با چوب

آب جزء طبیعی از همه قسمت های طبیعی درخت است. به طور معمول، آب بیش از نصف وزن بافت چوبی تنه را تشکیل می دهد. به عبارت دیگر وزن آب در چوب تر مساوی یا بیش از وزن ماده خشک چوبی است. وقتی درخت خشک می شود یا گرده بینه ­ای تبدیل به الوار، روکش و غیره می شود، چوب بلافاصله شروع به دادن بخشی از رطوبت خود به محیط اطراف می کند. با ادامه خشک شدن چوب، تغییر ابعاد و خواص فیزیکی آن آغاز می گردد. اما بخشی از آب حتی پس از تبدیل چوب به الوار و سایر محصولات، در ساختار دیواره سلولی آن باقی می ماند.

خواص فیزیکی و مکانیکی، مقاومت به تخریب زیستی و ثبات ابعاد هر محصولی از چوب متأثر از آب موجود در آن می باشد. آب تقریباً روی همه خواص چوب و فرآورده های آن تأثیرگذار است و لذا شناخت از طبیعت آب در چوب و ارتباط آن با ریزساختار و خواص چوب مهم است. شکل زیر محل قرار گرفتن آب را در یک سلول چوب نشان می دهد. تا وقتی که آب در حفره سلول وجود داشته باشد، دیواره سلول از آب اشباع خواهد بود، یعنی دیواره سلول تا حد ممکن از نظر فیزیکی آب جذب خواهد کرد.بیشتر خواص فیزیکی چوب (غير از وزن) متأثر از مقدار آب در حفره سلول نیستند.

شکل زیر قسمت الف سلول چوب تر را نشان می دهد. با شروع خشک شدن چوب، نخست آب حفره سلول از آن خارج می شود. وقتی چوب تا مرحله ای خشک شود که آب حفره سلول آن خارج شده باشد، آب شروع به ترک دیواره سلول می نماید. شکل زیر قسمت ب،رطوبت چوب مورد استفاده در ساختمان یا جایی که با خاک مرطوب تماس ندارد را نشان می دهد.

حالات مختلف آب در چوب به طور کلی، آب به سه حالت در چوب وجود دارد:

• آب آزاد:

آب آزاد به آبی گفته می شود که به صورت مایع یا بخار در داخل حفره سلول های چوبی یافت می شود. با توجه به اینکه این آب توسط نیروی «کاپیلاریته » نگهداری می شود و در حالت گرم و خشک به سهولت از چوب خارج می شود و یا به عبارت دیگر، در فرآیند خشک کردن چوب، در مراحل اولیه این آب از چوب خارج می شود، از این رو، به آن اصطلاحاً «آب آزاد» گفته می شود.

• آب آغشتگی:

این نوع آب در داخل دیواره­ی سلول های چوبی و به کمک نیروهای جذب سطحی به حالت چسبیده با مولکول های زنجیر سلولز قرار دارد و در مقایسه با آب آزاد، جدا کردن آن از چوب به انرژی بیشتری نیاز دارد، از این رو، چوب هنگام خشک شدن، ابتدا آب آزاد و بعد آب آغشتگی را از دست می دهد.

• آب نهادی یا ساختمانی:

آب نهادی عبارت از آبی است که در ساختمان مولکولی غشای سلولی وجود دارد و جدا کردن آن از چوب ساده نبوده و مستلزم تجزیه چوب است. این آب در اندازه گیری مقدار رطوبت چوب تأثیری ندارد.

مقدار رطوبت چوب در حالت های مختلف

• چوب تر و یا چوب سبز:

هنگامی که آب آزاد و آب آغشتگی در چوب وجود دارند (برای مثال در چوب های تازه قطع شده) در اصطلاح به آن چوب، «چوب تر» و یا «چوب سبز» گفته می شود. در این حالت، مقدار رطوبت چوب زیاد بوده و مقدار آن به عوامل مختلفی نظیر گونه درخت، قسمت های مختلف درخت (ساقه، شاخه، چوب درون و چوب برون و غیره)، سن درخت، جرم مخصوص، میزان مواد (استخراجی)، نوع خاک و برخی دیگر از عوامل متغیر بستگی دارد.

• نقطه اشباع الیاف:(fiber saturation point)

نقطه ای که در آن همه آب موجود در حفره سلول خارج شده باشد ولی دیواره سلول اشباع از آب باشد، نقطه اشباع الياف (FSP) نام دارد. این نقطه ای است بحرانی، چون پایین تر از آن تغییر رطوبت چوب، سبب تغییر در خواص آن می گردد. مقدار رطوبت چوب در این نقطه حدود ۳۰ درصد است، اما مقدار واقعی آن در چوب های مختلف بین ۲۵ تا ۳۰ درصد میزان رطوبت بر اساس وزن خشک متغیر است که این تغییر به گونه چوب بستگی دارد. اگر چوب خشک در جایی مصرف شود که تماس با آب نداشته باشد، مقدار رطوبت آن همیشه کمتر از FSP خواهد بود. به طور مثال، معمولاً رطوبت چوب های مصرفی در خارج ساختمان، بین ۱۰ تا ۱۲ درصد و در داخل ساختمان بین ۶ تا ۷ درصد است.

محاسبه مقدار رطوبت چوب

رطوبت یک قطعه چوب معمولاً نسبت به وزن خشک آن سنجیده می شود؛ بنابراین:

با توجه به اینکه:

وزن خشک چوب – وزن تر چوب = وزن آب موجود در چوب

می توان فرمول محاسبه درصد رطوبت را به شکل زیر نوشت:

فرمول محاسبه درصد رطوبت چوب را با بیان ریاضی نیز می توان به صورت رابطه زیر نوشت:

• M.C. = مقدار رطوبت چوب (درصد)
• W_m = وزن تر چوب
• W_OD = وزن چوب خشک شده در آوند

باید توجه داشت که مقدار رطوبتی که بدین ترتیب به دست می آید، با درصد رطوبتی که نسبت به وزن خشک سنجیده می شود فرق دارد.

روش های اندازه گیری رطوبت چوب

به طور کلی برای تعیین رطوبت چوب روش هایی چون خشک کردن ، خشک کردن به وسیله اجسام رطوبت گیر، خشک کردن در خلأ، روش تقطیر برای محاسبه­ی حجم آب، روش استیلن (اثر آب بر روی کاربیت کلسیم)، روش رطوبت سنج چوب (تماسی)، استفاده از معرف های شیمیایی و روش رطوبت سنج الکتریکی است که با بررسی های انجام شده بر روی این روش ها، معلوم گردیده که برای اندازه گیری رطوبت فقط روش های خشک کردن در آون، خشک کردن در خلأ، روش تقطیر، روش الکتریکی و بعضی روش های شیمیایی و رطوبت سنج قابل اجرا می باشند.

نجارکوچک پیشنهاد می کند مطالعه کنید آشنایی با رطوبت سنج چوب اینجا کلیک کنید

ارتباط رطوبت چوب با محیط

چوب ماده ای است «هیگروسکوپیک» و به رطوبت در حالت های مایع و بخار کاملاً حساس است؛ بدین معنی که وقتی قطعه چوب خشک در محیط مرطوب قرار گیرد، رطوبت را جذب می کند و اگر چوب مرطوب در محیط خشک قرار گیرد، رطوبت خود را از دست می دهد.

مقدار رطوبتی که چوب و فرآورده ای از آن در محیطی با دما، رطوبت نسبی و فشار هوای ثابت، بدان می رسند، میزان رطوبت تعادل (EMC) نام دارد. قطعات بزرگ تر چوب به زمان زیادی نیاز دارند تا به رطوبت تعادل با محیط برسند. دو عامل دما و رطوبت نسبی محیط تعيين کننده ی رطوبت تعادل چوب هستند.

مقدار بخار آب موجود در هوا به رطوبت نسبی (RH) معروف است و به درصد بیان می شود. این درصد نسبت مقدار واقعی بخار آب در هوا به مقدار حداکثر آن است که هوا می تواند در دمای معین و فشار جو، در برداشته باشد. برای مثال، هوا با رطوبت نسبی ۵۰ درصد، حاوی نصف حداکثر مقدار بخار آبی است که در آن دما و فشار جو می تواند در بر داشته باشد. هوا با رطوبت نسبی ۱۰۰ درصد، حداکثر بخار آب را در بر دارد و گفته می شود چنین هوایی «اشباع» است.

موضوع مهم دیگر، گرادیان رطوبت است، وقتی قطعه ای از چوب در رطوبت نسبی کمتر یا بیشتر قرار گیرد، رطوبت دفع یا جذب می کند تا به تعادل جدیدی برسد. واضح است که جدار سلول های سطح چوب سریع تر به وضعیت جدید مشرف می شوند و پاسخ گذاری سریع تر نسبت به قسمت های درونی قطعه چوب خواهند داشت و پاسخ گذاری قسمت های داخلی، کندتر خواهد بود.

وضعیتی پیش می آید که در آن قسمت سطحی نزدیک به تعادل جدید است، در حالی که قسمت میانی قطعه، هنوز تعادل قبلی را دارد یا نزدیک به آن است. پس ناحیه ی بین این دو قسمت حداکثر و حداقل، رطوبت متغیر دارد. این تغییر رطوبت تابع فاصله از سطح، به گرادیان رطوبت معروف است.

اگر وضعیت جدید به مدت طولانی حفظ شود، با به تعادل رسیدن چوب، گرادیان رطوبت رفع می شود.

اختلاف بین رطوبت تعادل چوب در حالت رطوبت دهی و رطوبت گیری (در دما و رطوبت نسبی معین) در اصطلاح هیسترزیس نامیده می شود. مقدار این تفاوت در نقطه ای از دو منحنی حداکثر فاصله را از یکدیگر نشان می دهند که برابر با رطوبتی بین ۲-۱ درصد است.