2.2.2.3 vandsorption og permeabilitet
træ er et hygroskopisk materiale; det kan adsorbere og / eller desorbere vand fra det omgivende miljø og har tendens til at nå en ligevægtstilstand, når den atmosfæriske relative fugtighed (RH) er stabil. Derfor er fugtindholdet (MC) af træ det relative indhold af vand, der er til stede i trævævet, som skyldes naturlig tilstand (i levende træ) eller er et resultat af virkningen af atmosfæriske eller udnyttelsesfaktorer, der påvirker materialet i længere tid. Forholdet mellem ligevægtsfugtighedsindholdet og RH ved konstant temperatur er kendt som en sorptionsisoterm. Sorptionsisotermen er et kendetegn ved materialet, men påvirkes af temperaturen og den tidligere sorptionshistorie for den undersøgte prøve. Under ustabile miljømæssige RH-forhold ændrer træfugtigheden sig kontinuerligt, og ligevægt nås sjældent (Popescu and Hill, 2013; Engelund et al., 2013).
i et levende træ varierer fugtighedsindholdet mellem træarter, inden for træet, for eksempel mellem splintræ og kernetræ; mellem årstider; og muligvis også med tidspunktet på dagen. For nåletræ er fugtindholdet i kernetræ typisk betydeligt lavere end for splintræ (2008; Engelund et al., 2013). Dette er ikke altid tilfældet for hårdttræ, hvor forholdet mellem fugtindhold i kernetræ og splintræ afhænger af arter og også kan afhænge af sæson (Pallardy og Koslovski, 2008; Engelund et al., 2013).
det er blevet nævnt, at vandet i træ kan være til stede i tre forskellige tilstande (frit vand, frysende bundet vand og ikke-frysende bundet vand; Nakamura et al., 1981; Berthold et al., 1996). Frit vand anses for at være kapillærvandet i cellens lumen, mens det bundne vand interagerer med de mere eller mindre hydrofile træpolymerer. Frysebundet vand antages at være moderat bundet til cellevæggen, mens ikke-frysningen er stærkt bundet vand.
i betragtning af at træpolymerernes hydroksylgrupper er de vigtigste sorptionssteder ved lavt fugtindhold, foreslås det, at vandmolekyler kan binde til to nabogrupper samtidigt (Joly et al., 1996) danner monolaget eller stærkt bundet vand til polære grupper inden i cellevæggen. Dette sker ved et fugtindhold på op til ~ 4%. Endvidere finder polymolekylær adsorption sted i området med et fugtindhold i området fra ~ 4% til 12% og danner flerlags eller svagt bundet vand til substratet eller i de større vandklynger. Fænomenet kapillær sorption omfatter træfugtighedsindhold fra 12% til ~ 30% (cellevægsmætningspunkt). Fugtmætningspunktet opnås ved træ, når det holdes længe nok i et miljø med en maksimal RH-procentdel og er en mængde uafhængig af træarten.
målingen af fugtindholdet giver information om den aktuelle tilstand af træfugtning under givne miljøforhold (se Fig. 2.5).
Fig. 2.5. Sorptionsisoterm afbildet som en funktion af prøve relativ fugtighed for birk (Betula sp.) Træ.
fugtindhold udtrykkes typisk som en procentdel af træmassen. Derfor er massen af vand indeholdt i træ med samme fugtindhold en anden værdi for individuelle træarter. Træ med højere densitet indeholder mere vand end træ med lavere densitet ved det samme fugtindhold.
Adsorption og desorption af vand ledsages af ændringer i træets lineære dimensioner (henholdsvis hævelse og krympning). På grund af træets anisotropiske anatomi er dens fugtindholds-relaterede deformationer forskellige for de langsgående, radiale og tangentielle retninger. Den største størrelsesændring finder sted i retning af de årlige vækstringe (tangentielt), mindre på tværs af ringene og lidt i retning af stammen. Derudover svulmer forskellige træsorter forskelligt (Rooftop, 2005; Hohne og Tauer, 2016).
træabsorberbarhed er træets evne nedsænket i vand (eller andre væsker) til at absorbere det. Absorption er defineret af tre parametre, absorptionshastighed, maksimal vandkapacitet og grad (koefficient) af mætning. Deres numeriske værdier afhænger af træarterne (dens densitet og porøsitet), bagagerumsområdet (splintræ eller kernetræ), det oprindelige fugtindhold i trævæv, typen af væske, størrelsen på prøven og den anatomiske retning af træ.
træpermeabilitet er materialets modtagelighed for fugtning og dets evne til at tillade væsken at passere gennem den. Denne egenskab er blandt andet vigtig for imprægneringsprocesser (i træbeskyttelse) og konstruktion. De vigtigste faktorer, der bestemmer følsomheden over for gennemtrængning, inkluderer træanatomi, bagagerumstværsnitsområdet (splintræ, kernetræ), den anatomiske retning og væskens tryk.
indtrængningen af vand, når træ udsættes for fugtighed, og frigivelseshastigheden, når træ får lov til at tørre, har en betydelig indflydelse på bestemmelse af ydeevne og forventet levetid. Fordi permeabilitet for vand er en af nøglefaktorerne, der påvirker ydeevnen for en trækomponent, da den styrer muligheden for svampeaffald, forventes de træarter, der er mindre permeable for vand, at klare sig bedre end permeable arter i brugsklasser, hvor træ udsættes for intermitterende befugtning. Tid for vådhed er også en nøglefaktor for svampeudvikling, og den påvirkes af miljøparametre, herunder design, bygningsfysik og eksponering og vedligeholdelse, som har en bemærkelsesværdig effekt på ydeevnen og varierer meget i hele Europa (Kutnik et al., 2014).
træets termiske egenskaber kendetegner træets opførsel under termisk belastning, når temperaturen stiger eller falder. Temperaturen er en vigtig parameter, som påvirker forskellige teknologiske processer og specifikke egenskaber ved træ. Blandt mange termiske egenskaber ved strukturelle materialer er følgende de vigtigste inden for træteknologisektoren, specifik varme, varmeledningsevne og termisk ekspansion., 2016).
specifik varme (specifik varmekapacitet) af et materiale defineres som mængden af varme pr.masseenhed af det materiale, der kræves for at hæve temperaturen med 1 liter C og karakteriserer materiale med hensyn til dets evne til at akkumulere varme. Det vurderes, at den specifikke varme af træ er høj; derfor, med den samme mængde varme, stiger temperaturen langsommere end temperaturen på metal eller glas. Den specifikke varme af træ påvirker dets isolerende egenskaber og varmekapacitet., 2016; Glass And Green, 2010).
specifik termisk ledningsevne af et givet materiale er dets evne til at lede varme fra steder med højere temperatur til steder med lavere temperatur ved at føre strømmen af strålingsenergi til tilstødende molekyler. Denne materielle egenskab er beskrevet ved numerisk værdi af den termiske ledningsevne koefficient og jo højere dens værdi, jo mere varme ledes af materialet. Termisk ledningsevne af træ stiger med stigende fugtindhold og densitet. Det afhænger også af træets temperatur og retningen af varmestrømmen i forhold til kornets retning. Målt langs kornet er træets termiske ledningsevne koefficient dobbelt så høj som målt i retningen på tværs af kornet, det vil sige henholdsvis 0,35 og 0,15 m/mK (Tsajkovski et al., 2016; Glass and Green, 2010).
termisk diffusivitet er et mål for, hvor hurtigt et materiale kan absorbere varme fra omgivelserne. Det er defineret som forholdet mellem termisk ledningsevne og produktet af densitet og varmekapacitet. På grund af den lave varmeledningsevne og moderat tæthed og varmekapacitet af træ er den termiske diffusivitet af træ meget lavere end for andre strukturelle materialer, såsom metal, mursten og sten (glas og strålende grøn, 2010).
termisk udvidelse af træ er en egenskab, der fremkommer på grund af temperaturstigningen (opvarmning). Det er kendetegnet ved koefficienten for lineær og volumetrisk ekspansion. Den første er forholdet mellem forlængelse af en given materialeenhedslængde pr.materialetemperaturstigning til dens oprindelige længde, mens den anden beregnes analogt. Samtidig er den lineære ekspansion beregnet i længderetningen meget lavere end de radiale eller tangentielle. En lav langsgående ekspansionskoefficient er en fordel ved træ, der anvendes i bygningskonstruktioner (glas og strålende grøn, 2010).
akustiske egenskaber af træ er en gruppe af funktioner forbundet med fænomenernes forløb, der ledsager rejsen af ultralydbølger og deres indflydelse på andre fysiske parametre af træ. Træets anatomi tillader lyd at bevæge sig i retningerne parallelt og på tværs af kornet. Derfor udføres bestemmelse af hver egenskab af træ i tre anatomiske planer (retninger) (Bucur, 2006). Ultralydbølgehastigheden i træ påvirkes også af forskellige faktorer. Ændringer i vækstringen, naturlige defekter, fugt og temperatur vil medføre dæmpning af de akustiske ultralydsparametre. For eksempel falder hastigheden, når fugtindholdet er højere i radial retning end i tangential retning. Akustiske egenskaber påvirkes også af materialets tæthed (Chen et al., 2012; Yang et al., 2015).