Waygo

Bài viết này phân tích chi tiết về các điểm sau trong tương tác giữa nước và gỗ trong quá trình sấy gỗ: nước tồn tại như thế nào trong gỗ; đo độ ẩm gỗ bằng phương pháp nướng khô; đo độ ẩm gỗ bằng máy đo điện trở; co ngót theo ba hướng của gỗ.

Nước trong gỗ

Cây sống sử dụng nước làm phương tiện vận chuyển thức ăn giữa rễ và lá. Do đó, cây sống chứa một lượng lớn nước. Cứ 1kg gỗ sống, ướt, khoảng 55% đến 60% là gỗ khô (nghĩa là tế bào) và 40% đến 45% là nước. Một số nước này được chứa trong lòng tế bào và một số được chứa trong chính thành tế bào. Nước trong lòng gọi là nước tự do, nước trong thành gọi là nước liên kết. Những thuật ngữ này phát sinh do nước tự do không được giữ về mặt hóa học trong tế bào, trong khi nước liên kết được giữ bằng liên kết hydro. Nước tự do bốc hơi dễ dàng như nước trong xoong, chảo; ngược lại, nước liên kết cần thêm một ít năng lượng để bay hơi. Hơn nữa, và quan trọng nhất, khi nước liên kết rời khỏi thành tế bào, các tế bào sẽ co lại. Khi tất cả nước tự do và tất cả nước liên kết đã được loại bỏ khỏi tế bào (ở nhiệt độ không lớn hơn 100oC), tế bào sẽ ở mức 0% MC.

Đo độ ẩm bằng phương pháp nướng

Để tránh nhầm lẫn khi thảo luận về MC (độ ẩm gỗ) và để tránh mọi thay đổi về giá trị MC đo được do các kỹ thuật đo được sử dụng, các phương pháp đo MC tiêu chuẩn của gỗ đã được thiết lập. Các phương pháp này được mô tả chi tiết bởi Hiệp hội Thử nghiệm và Vật liệu Hoa Kỳ (ASTM), Tiêu chuẩn D-4442. Các đặc điểm quan trọng của Tiêu chuẩn áp dụng cho sấy gỗ được tóm tắt tại đây.

Đơn vị

Trong quá trình sấy gỗ, MC của gỗ được biểu thị bằng tỷ lệ lượng nước trong một miếng gỗ so với trọng lượng khô của gỗ trong lò. Đây được gọi là "độ ẩm trên cơ sở sấy khô."  Trong quá trình sấy gỗ, MC luôn được biểu thị bằng phần trăm. 

          MC = (Trọng lượng nước trong gỗ/Trọng lượng gỗ khô)

tức     MC = (Trọng lượng gỗ ướt – Trọng lượng gỗ khô)/Trọng lượng gỗ khô

Gỗ ướt là thanh gỗ đang cần đo độ ẩm. Trọng lượng khô là trọng lượng của thanh gỗ đó sau khi làm khô hoàn toàn bằng lò nướng.

Thực hành xác định hàm lượng ẩm MC

Phương pháp xác định MC bằng lò nướng là phương pháp đo MC cơ bản và quan trọng trong sấy gỗ. Các quyết định về cách sấy khô gỗ thành công đều phụ thuộc vào kiến ​​​​thức về MC chính xác của gỗ xẻ. Do đó, điều cần thiết là phải làm quen với phương pháp đo này. Không được phép thay đổi nếu chất lượng là mối quan tâm số 1 trong quá trình sấy khô.

Đầu tiên, một mẫu gỗ được chuẩn bị. Đối với các thanh gỗ sấy nhỏ, toàn bộ thanh có thể được sử dụng làm mẫu; đối với gỗ xẻ và các thanh gỗ lớn, người ta cắt ra một lát có đầy đủ độ dày và chiều rộng của thanh lớn nhưng lát cắt chỉ tầm 25mm ngang thớ gỗ. Lát cắt này thường chọn chỗ không có mắt, mảnh vụn hoặc mảnh rời và vỏ cây.

Thanh mẫu được cân, ngay sau khi cắt, chính xác đến 0,01 gam nếu tổng trọng lượng dưới 100 gam, hoặc 0,01%, nếu nặng hơn. Trọng lượng ướt này được viết trên mặt cắt bằng bút đánh dấu vĩnh viễn.

Sau đó, phần này được đặt trong lò nướng ở nhiệt độ 100oC và để ở đó cho đến khi ngừng giảm trọng lượng (khoảng 24 giờ, nhưng có thể lâu hơn; hiếm khi ngắn hơn). Để xác định xem phần này đã được làm khô trong lò hay chưa, phần này được cân, đặt lại vào lò trong một giờ nữa rồi cân lại. Nếu hai trọng lượng giống nhau thì phần đó được sấy khô hoàn toàn. Trọng lượng sấy khô sau đó được viết trên phần bằng bút đánh dấu.

Cần lưu ý rằng lò có tuần hoàn cưỡng bức bên trong (nghĩa là lò có quạt bên trong) tốt hơn nhiều so với lò đối lưu tự nhiên.

Phương pháp sấy khô thay thế lò nướng: Sử dụng lò vi sóng nhà bếp

Nếu không có lò nướng thì lò vi sóng cũng có thể sử dụng thay thế. Phương pháp này chỉ chính xác khi và chỉ khi đáp ứng các tiêu chí sau: lò vi sóng phải có khay xoay; các thanh gỗ mẫu phải được đặt ở mép ngoài của khay; các phần không được chạm vào nhau; và lò phải chạy ở công suất trung bình thấp (360 watt) đến thấp (200 watt). Có thể sử dụng công suất trung bình (490 watt) khi có bốn mẫu trở lên trong lò. Nếu các thanh bắt đầu bốc khói thì mức công suất quá cao.

Ngoài phương pháp lò sấy và lò vi sóng vừa nêu, các kỹ thuật và thiết bị khác sẽ là không đạt yêu cầu.

Thời gian sấy lò vi sóng thông thường là 20 đến 30 phút đối với mẫu còn xanh và 10 đến 15 phút đối với mẫu tương đối khô. Sau 20 phút (hoặc ít hơn nếu MC ban đầu thấp hơn), mẫu được cân, sấy khô trong một phút nữa và cân lại. Nếu hai trọng lượng giống nhau thì mẫu đó đã được sấy khô trong lò. Các quy trình tính toán cho MC cũng giống như với lò nướng.

Đo độ ẩm bằng máy đo điện

Tất cả các máy đo độ ẩm bằng điện cho gỗ đều đo đặc tính điện của gỗ và sau đó chuyển đổi giá trị của đặc tính này sang MC theo mối quan hệ đã biết. Có bốn loại máy đo độ ẩm điện cơ bản được phân loại theo đặc tính mà chúng đo:

a)      Điện trở

b)     Điện dung

c)      Độ dẫn điện dung, và

d) Trường rìa điện

Chỉ có loại máy đo điện trở là được sử dụng rộng rãi cho gỗ sấy.

Đặc điểm của máy đo điện trở

Máy đo điện trở là một Ôm kế, đo điện trở giữa hai đầu kim được cắm vào gỗ. Sau đây là các đặc điểm quan trọng và quy trình vận hành của máy đo độ ẩm điện trở kiểu kim.

Phạm vi MC. Phạm vi làm việc là 7 đến 25% MC, với hầu hết các giá trị MC được đo nằm trong phạm vi 1% MC của MC thực. Dưới 7% MC, điện trở là quá cao để đo chính xác; trên 25% MC, sự thay đổi điện trở khi MC thay đổi là quá nhỏ để đo chính xác và cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi các biến số khác ngoài MC. Nói cách khác, trên 30% MC, chỉ số hiển thị có thể thay đổi lớn (10% MC trở lên) so với MC thực. Bản thân đồng hồ thường khá chính xác trong việc đo điện trở; sự không chính xác thường đến từ sự thay đổi điện trở của gỗ.

Góc kim. Các kim phải song song với đường vân ở MC trên 15% MC.

Độ dốc MC. Vì bản chất phần vỏ thường không hơn phần lõi của gỗ, kim phải được cắm vào sâu bằng một phần tư độ dày của gỗ đối với gỗ thô và một phần năm đối với gỗ xẻ.

Chất bảo quản và keo dán. Tác dụng của chất bảo quản và đường keo thường không đáng kể, đặc biệt là dưới 15% MC. Khi hóa chất được sử dụng trên gỗ thì cần thử nghiệm sấy khô trong lò để chắc chắn giá trị chính xác.

Độ ẩm bề mặt. Độ ẩm của chất lỏng trên bề mặt của gỗ có thể ngấm xuống đầu dò và do đó đưa ra kết quả đọc không chính xác (quá cao). Không sử dụng máy khi có độ ẩm bề mặt.

Tĩnh điện. Trong môi trường rất khô (đặc biệt là dưới 30% RH) hoặc khi gỗ rất khô được bào, tĩnh điện có thể hình thành trên gỗ. Tĩnh điện này sẽ dẫn đến kết quả đọc sai của đồng hồ điện. Trong trường hợp này, thường thì đồng hồ sẽ cho chỉ số MC thất thường, hoặc thậm chí hiển thị  ra giá trị MC trước cả khi kim chạm vào gỗ. Trong những trường hợp cực đoan, có thể cần phải đọc MC trên bàn kim loại nối đất để làm tiêu tan điện tích tĩnh. Người vận hành đồng hồ không được mặc quần áo dễ bị tĩnh điện, chẳng hạn như áo len.

Sự co ngót của gỗ

Khi quá trình làm khô tế bào xanh bắt đầu, nước tự do từ tế bào sẽ bay hơi trước. Khi nước tự do bị loại bỏ, MC của gỗ giảm từ tươi xuống khoảng 28% MC. Ở 28% MC, tất cả nước tự do đã được loại bỏ, nhưng thành tế bào vẫn hoàn toàn bão hòa. Điểm mà tại đó tất cả nước tự do đã biến mất nhưng không có nước liên kết nào bị loại bỏ được gọi là điểm bão hòa thớ gỗ (FSP). Không có sự co ngót nào xảy ra cho đến thời điểm này (nghĩa là trong quá trình làm khô từ khi tươi cho đến điểm FSP). Tuy nhiên, bất kỳ quá trình sấy khô nào dưới 28% MC đều dẫn đến việc loại bỏ nước liên kết khỏi thành tế bào; và với sự loại bỏ này, hiện tượng co ngót xảy ra.

Khi quá trình sấy tiếp tục ở dưới mức FSP, ngày càng nhiều nước bị loại bỏ cho đến khi không còn lượng nước đáng kể nào trên thành tế bào. Co ngót tiếp tục từ FSP đến 0% MC theo tỷ lệ trực tiếp, tuyến tính với suy giảm MC (tức quá trình giảm ẩm trên biểu đồ giảm ẩm sẽ là một đường thẳng).

Thành tế bào luôn có ái lực với nước. Đặc tính này, được gọi là tính hút ẩm, có nghĩa là gỗ khô sẽ không khô nếu gỗ tiếp xúc với RH (độ ẩm tương đối) cao hơn. Do đó, nếu thành tế bào bị mất độ ẩm và sau đó lại tiếp xúc với độ ẩm tương đối cao, thành tế bào sẽ hấp thụ nước cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng giữa không khí và thành tế bào. Vì vậy, gỗ không chỉ khô và co lại khi tiếp xúc với độ ẩm thấp mà còn lấy lại độ ẩm (hồi ẩm) và trương lên khi tiếp xúc với độ ẩm cao hơn.

Nhiệt độ không làm cho tế bào co lại hoặc trương lên đáng kể; yếu tố quan trọng duy nhất gây co ngót là mất độ ẩm và yếu tố duy nhất gây trương nở là tăng độ ẩm. Theo đó, yếu tố duy nhất khiến MC thay đổi là độ ẩm tương đối (RH) của môi trường. 

Nói chung, gỗ càng đặc thì càng co ngót hoặc trương nở nhiều hơn. Vì độ co ngót liên quan trực tiếp đến vấn đề nứt & toác nên nhìn chung gỗ đặc sẽ khó sấy hơn so với gỗ mềm. Như vậy, khối lượng riêng của gỗ là một yếu tố dự báo tốt về hành vi co ngót của gỗ khi sấy khô.

Gỗ co lại nhiều nhất theo hướng tiếp tuyến. Độ co ngót xuyên tâm là vào khoảng một nửa độ co ngót tiếp tuyến.

Co ngót chiều dọc thường không đáng kể. Tuy nhiên, có thể có sự co ngót theo chiều dọc đáng kể đối với gỗ ở lõi non hoặc chịu ứng suất căng. Sự co rút theo chiều dọc này sẽ gây cong và vẹo (hoặc cong một bên), và có thể góp phần gây xoắn (xem  thêm bài về các hư hỏng thường gặp trong sấy gỗ của Waygo).

Với các đặc tính cơ bản về độ co ngót như  đã trình bày trong các bài viết trước của Waygo, đặc điểm về co ngót của gỗ sấy có thể được dự kiến ​trước. Dưới đây là các đặc điểm thông dụng khi sấy:

·         Thanh gỗ tròn trở thành hình bầu dục: Điều này là do có nhiều sự co rút tiếp tuyến hơn là triệt để.

·         Mảnh hình vuông trở thành hình thoi. Với độ co rút tiếp tuyến nhiều hơn hướng tâm, kết quả là thanh gỗ co thành hình thôi.

·         Các thanh gỗ sấy hình vuông vẫn phẳng nhưng giảm kích thước theo chiều rộng ít hơn, theo phần trăm, so với chiều dày. 

·         Gỗ xẻ bốn, khi hoàn thiện và sử dụng ở nơi có MC dao động, sẽ giữ sơn, vecni và các lớp hoàn thiện khác tốt hơn và ít bị nứt lớp hoàn thiện hơn so với gỗ xẻ phẳng vì bề mặt xẻ tư sẽ không di chuyển nhiều như bề mặt xẻ phẳng. 

·         Kiểm tra cẩn thận thanh gỗ xẻ có lõi ta sẽ thấy nó dày hơn một chút ở trung tâm so với các cạnh. Kết quả này là do sự co rút độ dày gần lõi là hướng tâm, trong khi ở phần cạnh, thanh gỗ co lại theo chiều dày tiếp tuyến.

·         Gỗ xẻ phẳng sẽ khum về phía vỏ cây. Đây là một xu hướng tự nhiên, bởi vì mặt vỏ của gỗ xẻ có nhiều tiếp tuyến hơn so với mặt lõi. Kết quả là phần vỏ sẽ co lại nhiều hơn phần lõi. Sự khác biệt về độ co ngót sẽ lớn hơn nếu gỗ xẻ được xẻ từ khu vực gần lõi gỗ hơn.