2.2.2.3 water sorptie en permeabiliteit
hout is een hygroscopisch materiaal; Het kan water uit de omgeving adsorberen en/of desorberen, waardoor een evenwichtstoestand ontstaat wanneer de relatieve vochtigheid in de atmosfeer stabiel is. Daarom is het vochtgehalte (MC) van hout het relatieve watergehalte aanwezig in het houtweefsel, dat het gevolg is van natuurlijke conditie (in levende bomen) of het resultaat is van de werking van atmosferische of exploitatiefactoren die het materiaal voor een langere periode beïnvloeden. De relatie tussen het evenwichtsvochtgehalte en relatieve vochtigheid bij constante temperatuur staat bekend als een sorptie-isotherm. De sorptie-isotherm is een kenmerk van het materiaal, maar wordt beïnvloed door de temperatuur en de eerdere sorptiegeschiedenis van het onderzochte monster. Onder onstabiele omgevingsomstandigheden verandert het houtvocht voortdurend en wordt het evenwicht zelden bereikt (Popescu and Hill, 2013; Engelund et al ., 2013).
in een levende boom varieert het vochtgehalte tussen boomsoorten, binnen de boom, bijvoorbeeld tussen spinthout en kernhout; tussen seizoenen; en mogelijk ook met het tijdstip van de dag. Voor zachthout is het vochtgehalte van kernhout doorgaans aanzienlijk lager dan voor spinthout (Pallardy and Kozlowski, 2008; Engelund et al., 2013). Dit is niet altijd het geval voor hardhout, waarvoor de relatie tussen vochtgehalte in kernhout en spinthout afhankelijk is van soorten en kan ook afhangen van het seizoen (Pallardy and Kozlowski, 2008; Engelund et al., 2013).er is vermeld dat het water in hout in drie verschillende staten aanwezig kan zijn (vrij water, invriezen gebonden water en niet-invriezen gebonden water; Nakamura et al., 1981; Berthold et al., 1996). Vrij water wordt beschouwd als het capillaire water in de cellumen, terwijl het gebonden water interageert met de min of meer hydrofiele houtpolymeren. Men neemt aan dat het aan invriezen gebonden water matig aan de celwand gebonden is, terwijl het niet aan invriezen gebonden water sterk gebonden is.aangezien de hydroxylgroepen van de houtpolymeren bij een laag vochtgehalte de belangrijkste sorptieplaatsen zijn, wordt gesuggereerd dat watermoleculen gelijktijdig aan twee aangrenzende hydroxylgroepen kunnen binden (Joly et al., 1996) die het monolaag of sterk gebonden water aan polaire groepen binnen de celwand vormen. Dit gebeurt bij een vochtgehalte van maximaal ~ 4%. Verder vindt polymoleculaire adsorptie plaats in het bereik van een vochtgehalte variërend van ~ 4% tot 12%, het vormen van meerlagig of zwak gebonden water aan het substraat of in de grotere waterclusters. Het fenomeen van capillaire sorptie omvat houtvochtgehalte van 12% tot ~ 30% (celwand verzadigingspunt). Het vochtverzadigingspunt wordt bereikt door hout wanneer het lang genoeg wordt bewaard in een omgeving met een maximaal RV-percentage en een hoeveelheid is die onafhankelijk is van de houtsoort.
de meting van het vochtgehalte geeft informatie over de huidige toestand van de bevochtiging van hout onder bepaalde omgevingsomstandigheden (zie Fig. 2.5).
Fig. 2.5. Sorptie Isotherm uitgezet als functie van de relatieve vochtigheid van het monster voor berk (Betula sp.) hout.
vochtgehalte wordt doorgaans uitgedrukt als percentage van de houtmassa. Daarom is bij hetzelfde vochtgehalte de massa water in hout een andere waarde voor individuele houtsoorten. Hout met een hogere dichtheid bevat meer water dan hout met een lagere dichtheid bij hetzelfde vochtgehalte.
adsorptie en desorptie van water gaat gepaard met veranderingen in de lineaire afmetingen van het hout (respectievelijk zwelling en krimp). Door de anisotrope anatomie van hout, zijn de vochtgehalte-gerelateerde vervormingen verschillend voor de longitudinale, radiale en tangentiële richtingen. De grootste maatverandering vindt plaats in de richting van de jaarlijkse groeiringen (tangentiaal), minder dwars naar de ringen en weinig in de richting van de stengel. Daarnaast zwellen verschillende houtsoorten anders op (Rowell, 2005; Hohne en Tauer, 2016).
absorbeerbaarheid van hout is het vermogen van hout ondergedompeld in water (of andere vloeistoffen) om het te absorberen. De absorptie wordt bepaald door drie parameters: absorptiesnelheid, maximale watercapaciteit en verzadigingsgraad (coëfficiënt). Hun numerieke waarden zijn afhankelijk van de houtsoort (dichtheid en poreusheid), de stamzone (spinthout of kernhout), het aanvankelijke vochtgehalte van houtweefsel, het type vloeistof, de grootte van het monster en de anatomische richting van hout.
Houtpermeabiliteit is de gevoeligheid van het materiaal voor bevochtiging en het vermogen om de vloeistof erdoor te laten. Deze eigenschap is onder andere belangrijk voor impregneerprocessen (in houtconservering) en de bouw. De belangrijkste factoren die de gevoeligheid voor permeatie bepalen zijn de houtanatomie, de stamdoorsnede zone (spinthout, kernhout), de anatomische richting en de druk van de vloeistof.
het binnendringen van water wanneer hout wordt blootgesteld aan vochtigheid, en de mate van vrijkomen wanneer hout wordt drooggelegd, hebben een belangrijke invloed op het bepalen van de prestaties en de verwachte levensduur. Omdat de waterdoorlaatbaarheid een van de belangrijkste factoren is die van invloed zijn op de prestaties van een houten component omdat het de mogelijkheid van schimmelbederf regelt, wordt verwacht dat de houtsoorten die minder doorlaatbaar zijn voor water beter presteren dan doorlaatbare soorten in gebruiksklassen waar hout wordt blootgesteld aan intermitterende bevochtiging. Tijd van natheid is ook een belangrijke factor voor schimmelontwikkeling, en het wordt beïnvloed door milieuparameters, waaronder ontwerp, bouwfysica en blootstelling en onderhoud, die een opmerkelijk effect hebben op de prestaties en sterk variëren in Europa (Kutnik et al., 2014).
thermische eigenschappen van hout karakteriseren het gedrag van hout onder thermische belasting, wanneer de temperatuur stijgt of daalt. De temperatuur is een belangrijke parameter, die verschillende technologische processen en specifieke eigenschappen van hout beïnvloedt. Onder de vele thermische eigenschappen van structurele materialen, de volgende zijn de belangrijkste binnen de houttechnologie sector, specifieke warmte, thermische geleidbaarheid en thermische uitzetting (Czajkowski et al., 2016).
soortelijke warmte (soortelijke warmtecapaciteit) van een materiaal wordt gedefinieerd als de hoeveelheid warmte per massa-eenheid van het materiaal die nodig is om de temperatuur met 1°C te verhogen en karakteriseert het materiaal in termen van het vermogen om warmte op te slaan. Er wordt aangenomen dat de soortelijke warmte van hout hoog is; daarom, met dezelfde hoeveelheid warmte verstrekt, de temperatuur stijgt langzamer dan de temperaturen van metaal of glas. De specifieke warmte van hout beïnvloedt de isolerende eigenschappen en warmtecapaciteit (Czajkowski et al., 2016; Glass and Zelinka, 2010).
specifieke warmtegeleidbaarheid van een bepaald materiaal is het vermogen om warmte te geleiden van plaatsen met een hogere temperatuur naar plaatsen met een lagere temperatuur door de stroom van stralingsenergie door te voeren naar aangrenzende moleculen. Deze materiële eigenschap wordt beschreven door numerieke waarde van de warmtegeleidingscoëfficiënt en hoe hoger de waarde, hoe meer warmte wordt geleid door het materiaal. Thermische geleidbaarheid van hout stijgt met toenemende vochtgehalte en dichtheid. Het hangt ook af van de houttemperatuur en de richting van de warmtestroom ten opzichte van de richting van de korrel. Gemeten langs de korrel, de warmtegeleidingscoëfficiënt van hout is tweemaal zo hoog als gemeten in de richting dwars op de korrel, dat wil zeggen, 0,35 en 0,15 W/mK, respectievelijk (Czajkowski et al., 2016; Glass and Zelinka, 2010).
thermische diffusie is een maat voor hoe snel een materiaal warmte uit zijn omgeving kan absorberen. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van thermische geleidbaarheid tot het product van dichtheid en warmtecapaciteit. Door de lage thermische geleidbaarheid en de matige dichtheid en warmtecapaciteit van hout is de thermische diffusiviteit van hout veel lager dan die van andere structurele materialen, zoals metaal, baksteen en steen (glas en Zelinka, 2010).
thermische uitzetting van hout is een eigenschap die optreedt als gevolg van de stijging van de temperatuur (verwarming). Het wordt gekenmerkt door de lineaire en volumetrische uitzettingscoëfficiënt. De eerste is de verhouding van het verlengen van een bepaalde lengte van een materiaaleenheid per materiaaltemperatuur-toename tot de aanvankelijke lengte, terwijl de tweede analoog wordt berekend. Tegelijkertijd is de lineaire expansie berekend op longitudinale richting veel lager dan de radiale of tangentiële. Een lage longitudinale uitzettingscoëfficiënt is een voordeel van hout dat in bouwconstructies wordt gebruikt (Glass and Zelinka, 2010).
akoestische eigenschappen van hout zijn een groep kenmerken die verband houden met het verloop van verschijnselen die gepaard gaan met het reizen van ultrasone golven en hun invloed op andere fysische parameters van hout. De anatomie van hout maakt het mogelijk om geluid te reizen in de richtingen parallel en dwars op de korrel. Daarom wordt de bepaling van elke eigenschap van hout uitgevoerd in drie anatomische vlakken (richtingen) (Bucur, 2006). De ultrasone golfsnelheid in hout wordt ook beïnvloed door verschillende factoren. Veranderingen in de groeiring, natuurlijke defecten, vocht en temperatuur zullen de verzwakking van de akoestische ultrasone parameters veroorzaken. De snelheid neemt bijvoorbeeld af wanneer het vochtgehalte in de radiale richting hoger is dan in de tangentiële richting. Akoestische eigenschappen worden ook beïnvloed door de dichtheid van het materiaal (Chen et al., 2012; Yang et al., 2015).