Fuktens transportvägar i trä

Trä är i huvudsak uppbyggt av träceller och lignin. Ligninet har till uppgift att ”limma ihop träcellerna”. Barrträcellerna är ca 3 mm långa och 0,03 mm tjocka och har s k ringporer mellan varandra. Det fria vatt- net kan transporteras från cell till cell (från fiber till fiber) via dessa porer. De flesta av dessa porer kan stängas och öppnas i splintveden, s k ringporer med pormembran (fungerar som en ventil för det fria vatt- net). En stor del av det fria vattnet transporteras i de radiella märgstrålarna. När det fria vattnet börjar ta slut i cellhålrummen börjar ringporerna att stänga. Det runda pormembranet består av en förtjockning i mitten och som hålls fast av ett fint nät som även det har porer men med ännu mindre öppningar än ring- poren, ca 0,003-0,00003 mm. Det kapillära vattnet passerar genom detta nät. Kärnveden (den inre röd- bruna delen i furu, som omsluts av splintveden) inne- håller mycket hartser och gör att fritt vatten inte kan komma in i de stängda cellerna (eller t ex impregneras med träskydd). Kärn- och splintved i gran har samma färg. Hartsmängden är hälften så stor i gran som i furu. Ringporerna i gransplinten sluter sig hårdare i poröppningen än i furusplinten. Därför tar gransplin- ten inte upp fritt vatten lika fort vid t ex regn jämfört med furusplinten. Av samma anledning är det nästan omöjligt att impregnera granvirke medan splintveden i furuvirke är lättimpregnerad. Kärnvedens ringporer i furuvirke är helt slutna eftersom poröppningarna är blockerade av hartser/pormembran, se vidare kapitel 1 och 4 i Trätorkning 1a – Grunder i torkning, Trätek, 1992.

När det gäller fukttransport i ångform inverkar ock- så träcellernas beståndsdelar. Cellväggarna är upp- byggda av s k fibriller med en diameter på 0,00003- 0,001 mm. Fibrillerna är i sin tur uppbyggda av buntar av en stor mängd cellulosakedjor s k miceller och som skulle kunna kallas ”makromolekylgitter”. Micellen är mycket liten, 60 · 10-6 _{mm (600 Ångström) lång} och ca 5 · 10-6 _{mm tjock. Fibrillerna ligger ordnade i}

cellväggarna med olika spiralstigningsvinklar – både höger och vänstervridet. Samma typ av spiralform gör micellerna i fibrillerna. Spiralformen i fibrillerna och micellerna är till för att öka träets styrka. En del av hålrummen mellan micellerna är av samma storleks- ordning som en micell och ingår sannolikt i ett sub- mikroskopiskt kapillärsystem. Dessutom finns hålrum mellan micellerna som är 10 ggr större än micellerna och är av utslagsgivande betydelse för de hygrosko- piska egenskaperna. Den inre ”träytan” där vattenmo- lekylerna kan ”hålla sig fast” är mycket stor. 1 gram ved (0,67 cm3_{) har en ”inre” yta på ca 4 · 10}6 _cm2 _eller 400 m2_{/gram ved.}

I trä liksom i andra material såsom betong binds vatten in till en sådan stor inre yta. Men skillnaden mellan andra material och trä är att träets struktur är mer komplicerad.

10.2.4.1 Fuktkvot och fukthalt

Fuktkvot u (%) och fukthalt υ (kg/m3_{) har definierats} i kapitel 1.1.1, se kapitel 4.7 i Trätorkning 1a – Grun- der i torkning, Trätek, 1992. Fuktkvot brukar förkor- tas med FK.

Det förekommer också att fukthalten uttrycks i %. Detta ska dock undvikas vid torkning av solitt trä. För att visa vatten- eller fuktinnehållet i trä är det van- ligast att göra detta via fuktkvoten. Detta beror helt enkelt på att det inte finns fukthaltsmätare utan bara fuktkvotsmätare. Vill man bestämma fukthalten mås- te detta göras via fuktkvoten, d v s mäta fuktkvoten med elektrisk fuktkvotsmätare och beräkna fukthalten i trä enligt

υ = (u · ρ_0u)/100 [kg vatten/m3 _{trä med fuktkvoten u]} där u är fuktkvoten (%), ρ_0u är densiteten (kg vatten i trät som avdunstar när virket torkas till 0 % dividerat med m3 _{trä vid den aktuella fuktkvot u %), se kapit-} len 12.2.12 och 12.2.13. Densiteten för absolut torr gran eller furu är i medeltal 430 kg/m3 _{respektive 490} kg/m3_{. Eftersom trä har en densitetsvariation som är} stor (250-650 kg/m3_{) är det ofta lämpligt att för ett} hus, lägenhet, rum, etc först bestämma ett vägt medel- fuktkvotsvärde. Ska man bestämma byggfukten, som ska torkas bort i ett hus/lägenhet, använder man sedan formeln ovan.

I rått furuvirke (nysågat virke från en otorkad tim- merstock) är fuktkvoten i kärnveden 35-40 % medan den i medeltal är 130 % i splintveden. Trots sin höga fuktkvot i splintveden är cellhålrummen i träet inte helt fyllda med fritt vatten utan innehåller i medeltal 28 volymprocent luft. Värdena ovan är nästan samma för granvirke. Skulle furuvirket tryckimpregneras med vatten (eller impregneringsmedel) blir fuktkvo- ten i medeltal maximalt 168 % vid medeldensiteten. Impregnerat virke är därför svårtorkat och har ofta en för byggändamål för hög och ojämn fuktkvot. Kon- trollera därför alltid fuktkvoten i impregnerat virke med t ex resistiv fuktkvotsmätare, kapitel 4.4.2.13. Observera att saltimpregnerat trä, beroende på typ av saltimpregneringsmedel, visar 2-4 fuktkvotsprocent för högt värde. Information om fuktkvotsmätarens felvisningen bör leverantören stå till tjänst med.

För att få absolut torrt trä (m3

00 trä) måste virket tor- kas i torkskåp vid 103 ± 2ºC tills vikten minskar med 0,1 % mellan två vägningar med intervallet 2 timmar, se även bestämning av fuktkvoten via torrviktsmeto- den, kapitel 4.2.1.

10.2.4.2 Sorptionskurva

Om ett tunt faner placeras i ett rum med konstant re- lativ luftfuktighet RF och temperatur kommer träets fuktkvot att komma i jämvikt med luftens RF. Faneret får en fuktkvot som motsvarar den s k jämviktsfukt- kvoten, se figur 12.2.1 och kapitel 1.2.2. För varje ändring av klimatet (luftfuktighet och temperatur) finns en motsvarande jämviktsfuktkvot. I ett tjockare trästycke, med en fuktkvot med ett par % över eller under en önskad jämviktsfuktkvot, tar det längre tid innan hela virkesstycket kommer i jämvikt. Diffu- sionsvägen är lång. För t ex 50 mm regelvirke med hög fuktkvot tar det flera veckor att torka till jäm- viktsfuktkvoten eller mer om temperaturen är låg och luftströmningen kring virket är dålig. Kriteriet för jämvikt är att fuktkvoten ska vara lika längs och tvärs hela virkesstycket. För bedömning av torkningstiden kan beräkningar göras enligt kapitel 10.7.

Utsätts virke stegvis för olika klimat kan en kurva (s k sorptionskurva) över jämviktstillståndet ritas.

Kurvorna blir olika om virket torkar (desorption) el- ler tar upp fukt (adsorption). Dessutom blir den första torkningen (initialkurvan) vid sågverket något annor- lunda än den andra torkningen om virket fuktas upp däremellan. Vidare blir kurvorna annorlunda om man byter till en annan temperatur. Figur 10.2.2 åskådlig- gör exempel på alla dessa kurvor vid ca 10ºC (bräd- gårdstorkat virke) och vid 115ºC (högtemperaturtor- kat virke). Vill man undersöka jämviktsfuktkvoten för ett virkesstycke är det ofta vanligt att virket har legat i ett utrymme en längre tid och utsatts för väx- lande klimat

Träet ställer då in sig på en slags medelfuktkvot, som inte är medelkurvan av desorptionen eller ad- sorptionen utan ligger något närmare adsorptionskur- van än desorptionskurvan.

För alla barrträslag är denna kurva i stort sett den- samma. En sådan praktiskt användbar kurva finns i figur 10.7.1, men kanske ännu mer praktisk är figur 12.2.2. I detta sistnämnda diagram tar man snabbt ut jämviktsfuktkvoten vid den aktuella luftfuktigheten och temperaturen. Tabellen är också användbar vid mätning av luftfuktigheten via den mycket noggran- na och billiga metoden med psykrometer, se kapitel 6.3.1.

Här har vi bara behandlat sorptionskurvan för sam- bandet RF och jämviktsfuktkvot. Det går även att an- vända en sorptionskurva för sambandet RF och fukt- halt såsom i figur 1.2.7 i kapitel 1.2.4 på samma sätt som för t ex betong. Till skillnad mot betong inverkar densiteten och därmed krympningen starkt på fukt-

Figur 10.2.2 Träets jämviktsfuktkvot som funktion av relativa luftfuktigheten (sorptionskurvor) för virkes- temperaturerna 10ºC och 115ºC

halten i materialet (se ekvationen i kapitel 10.2.4.1). Man hittar inte en sorptionskurva med fukthalt – RF i trälitteraturen eftersom man normalt inte behöver en sådan. Fukthaltsmätare är ju betydligt besvärligare att mäta med än en fuktkvotsmätare och felkällorna är fler än för en resistiv fuktkvotsmätare. Jämfört med betong så måste man också göra betydligt fler mät- ningar i trä då fuktkvotsvariationen i trä för det mesta är större än i betong.

Det kan vara bra att känna till att jämviktsfuktkvo- ten är i stort sett konstant vid konstant RF – även om temperaturen varierar, se figur 10.2.3.

Figur 10.2.3 Temperaturens inverkan på jämvikts- fuktkvoten är mycket liten vid konstant RF - särskilt i temperaturintervallet 0 - 30ºC.

10.2.4.3 RF i trä vid temperaturändringar

Vid en temperaturhöjning i träet händer följande: Luf- tens mättnadsånghalt ökar och RF sjunker i cellhål- rummen. Detta skapar en uttorkningseffekt som drar loss vattenmolekyler från det bundna vattnet. Ånghal- ten stiger i cellhålrummen tills ny jämvikt uppnåtts. Cellhålrummens ökade förmåga att ta upp fukt tack vare temperaturökningen är i princip försumbar mot mängden bundet vatten i materialet, vilket ger en vik- tig effekt. RF i trä är i princip inte temperaturbero- ende. Detta fenomen ger kraftigt ökad drivkraft för diffusionen vid en temperaturökning i träet. Ånghal- ten ökar i träets cellhålrum i samma takt som mättnad- sånghalten, vilket ger större ånghaltsskillnad i förhål- lande till omkringliggande luft.

10.2.4.4 RF, ånghalt υ och jämviktsfuktkvot u_jv i trä vid olika årstiden (utomhus)

Vid planering av ett bygge bör man känna till hur jämviktsfuktkvoten brukar variera under året. På Tek- niska högskolans hemsida i Lund kan man ladda ner månadsmedelklimat för olika platser i Sverige. Pro- grammet heter ”Klimatdata för fuktberäkningar” och ligger på www.fuktcentrum.lth.se. Månadsmedelvär- det varierar relativt lite mellan åren. Exempel på kli- matdata för Stockholm visas i figur 10.2.4.

Under året varierar jämviktsfuktkvoten u_jv från 12% till 22 %, RF från ca 65 % till ca 90 % och fukthalten från ca 12 till ca 3 g/m3 _{medan temperaturen varierar} mellan -5 till 18ºC.

10.2.4.5 RF och jämviktsfuktkvot u_jv i trä vid olika årstider (inomhus)

Fuktkvoten i golv, panel, tak, möbler etc i ett uppvärmt bostadshus varierar med årstiden. Om ånghalten ut- omhus är känd och den värms upp av värmeelemen- ten i ett hus, kan man bestämma den relativa fuktig- heten φ och jämviktsfuktkvoten u_jv vid temperaturen 21ºC, se den heldragna kurvan i figur 10.2.5. En sådan bestämning görs enklast i ett s k mollierdiagram.

Figur 10.2.4 Dygnsmedelklimatet i Stockholm för åren 1949-1969.

Figur 10.2.5 Diagram över relativ luftfuktighet och jämviktsfuktkvot.

Månadsmedelvärdet för relativa luftfuktigheten φ och jämviktsfuktkvoten u_jv vid temperaturen 21ºC i Stockholm (heldragen linje) och i Luleå (streckad linje). Detta klimat överensstämmer väl med månads- medelfuktkvoten. Årsmedelfuktkvoten för Stockholm brukar ligga mellan 6 och 8 %. Värdena är baserade på klimatet för åren 1949-1969.

10.3 Vattenmängder som ska