hygroskopiskt Material

2.2.2.3 vattensorption och permeabilitet

trä är ett hygroskopiskt material; det kan adsorbera och / eller desorbera vatten från omgivningen, tenderar att nå ett jämviktstillstånd när den atmosfäriska relativa fuktigheten (RH) är stabil. Därför är fuktinnehållet (MC) av trä det relativa innehållet av vatten som finns i trävävnaden, vilket är resultatet av naturligt tillstånd (i levande träd) eller är ett resultat av verkan av atmosfäriska eller exploateringsfaktorer som påverkar materialet under en längre period. Förhållandet mellan jämviktsfuktinnehållet och RH vid konstant temperatur är känt som en sorptionsisoterm. Sorptionsisotermen är en egenskap hos materialet men påverkas av temperaturen och tidigare sorptionshistorik för provet som undersöks. Under instabila miljö rh-förhållanden förändras träfuktigheten kontinuerligt och jämvikt uppnås sällan (Popescu och Hill, 2013; Engelund et al., 2013).

i ett levande träd varierar fuktinnehållet mellan trädslag, inom trädet, till exempel mellan splintved och kärnved; mellan årstider; och eventuellt också med tiden på dagen. För barrved är fuktinnehållet i kärnved vanligtvis betydligt lägre än för splintved (Pallardy och Kozlowski, 2008; Engelund et al., 2013). Detta är inte alltid fallet för lövträ, för vilka förhållandet mellan fuktinnehåll i kärnved och splintved beror på arter och kan också bero på säsong (Pallardy och Kozlowski, 2008; Engelund et al., 2013).

det har nämnts att vattnet i trä kan vara närvarande i tre olika tillstånd (fritt vatten, frysbundet vatten och icke-frysbundet vatten; Nakamura et al., 1981; Berthold et al., 1996). Fritt vatten anses vara kapillärvattnet i celllumen, medan det bundna vattnet interagerar med de mer eller mindre hydrofila träpolymererna. Frysbundet vatten har antagits vara måttligt bundet till cellväggen, medan icke-frysningen är starkt bundet vatten.med tanke på att hydroxylgrupperna i träpolymererna är de huvudsakliga sorptionsplatserna, vid låg fukthalt, föreslås att vattenmolekyler kan binda till två angränsande hydroxylgrupper samtidigt (Joly et al., 1996) bildar monoskiktet eller starkt bundet vatten till polära grupper inom cellväggen. Detta sker vid en fukthalt på upp till ~ 4%. Vidare sker polymolekylär adsorption i intervallet av en fukthalt som sträcker sig från ~ 4% till 12% och bildar flerskikts-eller svagt bundet vatten till substratet eller i de större vattenklusterna. Fenomenet kapillär sorption omfattar träfuktinnehåll från 12% till ~ 30% (cellväggmättnadspunkt). Fuktmättnadspunkten uppnås av trä när den hålls tillräckligt länge i en miljö med en maximal RH-procentandel och är en mängd oberoende av träslaget.

fukthalten uttrycks vanligtvis som en procentandel av trämassan. Därför är massan av vatten i trä vid samma fuktinnehåll ett annat värde för enskilda träslag. Trä med högre densitet innehåller mer vatten än trä med lägre densitet med samma fuktinnehåll.

Adsorption och desorption av vatten åtföljs av förändringar i trälinjära dimensioner (svullnad respektive krympning). På grund av träets anisotropa anatomi är dess fuktinnehållsrelaterade deformationer olika för längsgående, radiella och tangentiella riktningar. Den största storleksförändringen sker i riktning mot de årliga tillväxtringarna (tangentiellt), mindre tvärs mot ringarna och lite i riktning mot stammen. Dessutom sväller olika träslag olika (Rowell, 2005; Hohne och Tauer, 2016).

träabsorberbarhet är förmågan hos trä nedsänkt i vatten (eller andra vätskor) att absorbera det. Absorption definieras av tre parametrar, absorptionshastighet, maximal Vattenkapacitet och mättnadsgrad (koefficient). Deras numeriska värden beror på träslaget (dens densitet och porositet), stamzonen (splintved eller kärnved), den ursprungliga fukthalten i trävävnad, typen av vätska, provets storlek och träets anatomiska riktning.

Träpermeabilitet är materialets mottaglighet för fuktning och dess förmåga att låta vätskan passera genom den. Den här egenskapen är viktig bland annat för impregneringsprocesser (vid träskydd) och konstruktion. De viktigaste faktorerna som bestämmer mottagligheten för permeation innefattar träanatomi, stamtvärsnittszonen (splintved, kärnved), den anatomiska riktningen och vätskans tryck.

penetration av vatten, när Trä utsätts för fuktighet, och frisättningshastigheten, när trä får torka, har ett betydande inflytande på bestämning av prestanda och förväntad livslängd. Eftersom permeabilitet för vatten är en av de viktigaste faktorerna som påverkar prestandan hos en träkomponent eftersom den styr risken för svampförfall, förväntas de träslag som är mindre permeabla för vatten prestera bättre än permeabla arter i användningsklasser där trä utsätts för intermittent vätning. Tid för våthet är också en nyckelfaktor för svamputveckling, och den påverkas av miljöparametrar, inklusive design, byggnadsfysik och exponering och underhåll, som har en anmärkningsvärd effekt på prestanda och varierar mycket över hela Europa (Kutnik et al., 2014).

termiska egenskaper hos trä karakteriserar beteendet hos trä under termisk belastning, när temperaturen ökar eller minskar. Temperaturen är en viktig parameter som påverkar olika tekniska processer och specifika egenskaper hos trä. Bland många termiska egenskaper hos konstruktionsmaterial är följande de viktigaste inom trätekniksektorn, specifik värme, värmeledningsförmåga och termisk expansion (Czajkowski et al., 2016).

specifik värme (specifik värmekapacitet) för ett material definieras som den mängd värme per massenhet av det material som krävs för att höja dess temperatur med 1 kcal C och karakteriserar materialet med avseende på dess förmåga att ackumulera värme. Det anses att träets specifika värme är hög; därför, med samma mängd värme som tillhandahålls, stiger temperaturen långsammare än temperaturen hos metall eller glas. Träets specifika värme påverkar dess isolerande egenskaper och värmekapacitet (Czajkowski et al., 2016; Glas och Zelinka, 2010).

specifik värmeledningsförmåga hos ett givet material är dess förmåga att leda värme från platser med högre temperatur till platser med lägre temperatur genom att överföra flödet av strålningsenergi till intilliggande molekyler. Denna materialegenskap beskrivs med numeriskt värde av värmeledningskoefficienten och ju högre dess värde desto mer värme utförs av materialet. Värmeledningsförmågan hos trä stiger med ökande fuktinnehåll och densitet. Det beror också på trätemperaturen och riktningen för värmeströmflödet i förhållande till kornets riktning. Mätt längs kornet är värmeledningskoefficienten för trä dubbelt så hög som uppmätt i riktningen tvärgående mot kornet, det vill säga 0,35 respektive 0,15 W/mK (Czajkowski et al., 2016; Glas och Zelinka, 2010).

termisk diffusivitet är ett mått på hur snabbt ett material kan absorbera värme från omgivningen. Det definieras som förhållandet mellan värmeledningsförmåga och produkten av densitet och värmekapacitet. På grund av träets låga värmeledningsförmåga och måttliga densitet och värmekapacitet är träets termiska diffusivitet mycket lägre än för andra konstruktionsmaterial, såsom metall, tegel och sten (glas och Zelinka, 2010).

termisk expansion av trä är en egenskap som uppstår på grund av temperaturökningen (uppvärmning). Det kännetecknas av koefficienten för linjär och volymetrisk expansion. Den första är förhållandet mellan förlängning av en given materialenhetslängd per materialtemperaturökning till dess initiala längd, medan den andra beräknas analogt. Samtidigt är den linjära expansionen beräknad i längdriktningen mycket lägre än de radiella eller tangentiella. En låg longitudinell expansionskoefficient är en fördel med trä som används i byggnadsstrukturer (Glas och Zelinka, 2010).

akustiska egenskaper hos trä är en grupp av funktioner i samband med förloppet av fenomen som åtföljer resor av ultraljudsvågor och deras inflytande på andra fysiska parametrar av trä. Träets anatomi gör att ljudet kan röra sig i riktningarna parallellt och tvärgående mot kornet. Därför utförs bestämning av varje egenskap av trä i tre anatomiska plan (riktningar) (Bucur, 2006). Ultraljudsvåghastigheten i trä påverkas också av olika faktorer. Förändringar i tillväxtringen, naturliga defekter, fukt och temperatur kommer att orsaka dämpning av de akustiska ultraljudsparametrarna. Till exempel minskar hastigheten när fuktinnehållet är högre i radiell riktning än i tangentiell riktning. Akustiska egenskaper påverkas också av materialets densitet (Chen et al., 2012; Yang et al., 2015).