Сухая доска: почему сырая не держит нагрузку

Дерево сушат не от плесени. Сушат ради прочности: сухая сосна держит вдвое больше сырой, и это записано в наших ГОСТах полвека назад. Разбираю, откуда взялись цифры, почему стропило из сырой доски не проходит по снегу и почему пересушить не менее вредно, чем недосушить.

Сухая доска прочнее сырой вдвое. Это не фигура речи

Начну с того, ради чего дерево сушат на самом деле. Не ради того, чтобы оно не плесневело — это следствие. Сушат ради прочности.

Возьмите сосну. Предел прочности при сжатии вдоль волокон: 46 МПа при влажности 12 % и 21 МПа при влажности 30 % и выше. Одна и та же древесина, разница в 2,2 раза. Не на проценты — в разы.

И это не чьё-то наблюдение, а строка стандарта. ГОСТ 16483.10-73 прямо даёт коэффициент пересчёта на влажность 30 %: для сосны 0,450. Сырая держит сорок пять процентов от сухой.

Для изгиба — а стропило и балка работают именно на изгиб — счёт свой. ГОСТ 16483.3-84: при влажности 30 % и выше прочность составляет 0,580 для сосны и 0,550 для ели. То есть сырое стропило держит чуть больше половины.

Любопытное исключение — растяжение. Там поправочный коэффициент 0,01 против 0,04 у сжатия и изгиба: на растяжение влажность почти не влияет. Дерево теряет не всё подряд, а именно то, чем работает в доме.

Что это значит для стропила

Посчитаем. Тюмень названа в приложении К СП 20.13330.2016 поимённо: вес снегового покрова 1,60 кПа. Для городов, перечисленных там, берут именно это значение, а не район с карты, — так требует пункт 10.2. Дальше формула (10.1) переводит вес с земли на кровлю: S₀ = 0,7 · c_e · c_t · μ · S_g, при скате 30° μ = 1, получается 1,12 кПа. Коэффициент надёжности по пункту 10.12 равен 1,4. Стропило 50 × 200 мм с шагом 600 мм, кровельный пирог 0,5 кПа. Расчётная нагрузка на стропило выходит 1,27 кН/м.

Теперь прочность. Расчётное сопротивление изгибу для сосны 2-го сорта — 19,5 МПа по таблице 3 СП 64.13330.2017. Но это значение для режима А, то есть для машинных испытаний с линейно возрастающей нагрузкой. Крыша под снегом живёт в режиме Г — «совместное действие постоянной и снеговой нагрузок», и для него таблица 4 даёт коэффициент длительной прочности 0,66. Умножаем: 19,5 × 0,66 = 12,9. Округляю до 13 — с этим числом и считаю.

Разница — метр с четвертью, та же четверть пролёта. Но страшнее другое. Если дом спроектирован по нормативу, то есть по сухой доске, и стропило поставлено на 5,22 метра, а привезли сырую — при полном снеге напряжение в ней составит 13 МПа при том, что держит она 7,5. Перегрузка в 1,7 раза.

Это не «немного просядет». Это отказ конструкции при первом хорошем снеге. Все нормативные расчёты сделаны для древесины влажностью 12 % — сырая доска в них просто не проходит.

Оговорюсь про метод: расчётные сопротивления из свода правил и коэффициенты из ГОСТов — величины разной природы, и я свёл их, чтобы показать порядок. Свод правил вообще не рассматривает случай «собрали из сырой»: он исходит из того, что дерево сухое. Насколько именно теряет материал, говорит ГОСТ.

Про «сухая доска — развод на деньги»

В соцсетях это повторяют охотно: мол, продавцы придумали сушку, чтобы брать дороже. Люди, которые так говорят, не понимают сути. Прочность — не маркетинг, она измеряется на испытательной машине и записана в стандартах полвека назад.

И отдельно про подмену, на которой ловят чаще всего. Вяленая доска — не сухая. Полежавшая под навесом доска приходит к влажности наружного воздуха, а это те самые двадцать с чем-то процентов. По ГОСТу её можно назвать сухой. По прочности она остаётся сырой.

Это не новомодная выдумка из-за бугра

Всё, что выше, известно у нас больше пятидесяти лет и написано нашими соотечественниками.

ГОСТ на определение прочности при сжатии — 1973 год. Таблицы усушки — 1975-й. ГОСТ на изгиб — 1984-й. Учебник И. В. Кречетова «Сушка древесины» вышел в 1980 году в издательстве «Лесная промышленность», а его же работа о сушке топочными газами — ещё в 1961-м. Там разобрана и физика процесса, и режимы, и экономика.

Так что когда я ссылаюсь на американские нормы, это не потому, что там придумали лучше. Там просто не потеряли то, что у нас записали раньше.

Три числа из наших собственных документов

Начну не с американцев, а с того, что лежит у нас под рукой.

СП 64.13330 «Деревянные конструкции» — действующий свод правил, по которому считают дом. В пункте 6.1 прямо: расчётное сопротивление древесины даётся при влажности 12 %. Все цифры прочности, из которых считается ваша стойка и ваша балка, относятся к дереву с влажностью двенадцать процентов.

ГОСТ 8486-86 «Пиломатериалы хвойных пород», пункт 2.3. Сухими называются пиломатериалы с влажностью не более 22 %. Сырыми — свыше 22 %. А у четвёртого сорта, читаю дословно, «влажность не нормируется».

ГОСТ 6782.1-75 — таблицы усушки: на сколько миллиметров уйдёт размер, когда доска досохнет.

Дом считают по двенадцати процентам. Покупают доску, которую закон разрешает назвать сухой при двадцати двух. Разницу оплачивает конструкция.

Но 22 % — не дыра в стандарте

Проще всего сказать, что ГОСТ устарел и разрешает лишнее. Это неправда, и вот почему.

У древесины есть предел гигроскопичности — влажность, при которой стенки клеток насыщены водой полностью, а свободной воды в полостях уже нет. При комнатной температуре это около 30 %. Но величина эта не постоянная: с ростом температуры она падает — примерно на 0,1 % на каждый градус. При 100 °C предел гигроскопичности составляет уже 19 %.

То есть в сушильной камере, на рабочей температуре, физическая граница проходит как раз в районе двадцати с небольшим процентов. Ниже неё начинает уходить связанная вода — та, что в стенках клеток. И вот с этого момента древесина начинает усыхать, а в ней возникают напряжения.

Граница 22 % в ГОСТе проведена там, где при сушке действительно происходит перелом. Число честное. Беда не в нём, а в том, что слово «сухая» читают как «готовая встать в стену отапливаемого дома». Это разные вещи.

Куда придёт доска в вашем доме

Дерево не хранит ту влажность, до которой его высушили. Оно приходит к равновесной влажности — той, которую задаёт окружающий воздух. Всегда, независимо от породы и от того, что было раньше.

Лесная служба США приводит простое правило: при рекомендуемых для жилья 30–50 % влажности воздуха дерево держится в диапазоне 6–9 %. Шведы измеряли то же самое в реальных домах: в отапливаемом доме средней Швеции влажность дерева за год в среднем 7,5 %, летом 7–12 %, а зимой опускается до 2–6 %.

Зимой — два процента. Никакая камера столько не даёт, да и не должна: доска придёт туда сама в январе и вернётся обратно в июле. Она дышит всё время, пока стоит дом.

И ещё одно, что снимает половину споров: в диапазоне от нуля до двадцати градусов температура влияет на равновесие меньше чем на один процент влажности. Правит влажность воздуха, а не мороз за окном.

Пересушить — тоже испортить

В обиходе считается: чем суше, тем лучше. Скажу как человек, который сушит сам: настоящая боль сушильщика — не пересушить. Поэтому в камере применяется увлажнение, пропарка. Это не опция и не украшение процесса, а его обязательная часть.

Что происходит при пересушке. В начале цикла наружный слой опускается ниже предела гигроскопичности и хочет сжаться, а сырая сердцевина ему не даёт. Оболочка остаётся растянутой, сердцевина сжатой. Влажность потом выравнивается — а напряжения остаются. Вылезают они позже: при роспуске доску складывает пропеллером, при строжке с одной стороны выгибает лодочкой, и половинки распущенной доски обратно уже не сходятся.

Снимаются эти напряжения только кондиционированием — паром и теплом в конце цикла. Отдельный этап, который дешёвая сушка пропускает.

У нас была партия, которую мы забраковали сами. Перестала поступать вода из скважины на увлажнение — доска пересохла. На вагонке получилась гусиная кожа и выщербины. Партия ушла в утиль.

И ещё одно свойство, о котором почти не говорят. Прочность на изгиб и сжатие при высыхании действительно растёт. А вот ударная вязкость — способность принять удар — падает: сухое дерево менее податливо. «Чем суше, тем прочнее» верно не для всего.

Как то же самое решено у других

В США влажность не обещание продавца, а часть клейма на доске. Стандарт PS 20: маркировка S-DRY и KD-19 означает влажность не выше 19 %, MC15 — не выше 15 %. Купил доску — прочитал клеймо.

Дальше — расчёт. Американские нормы проектирования деревянных конструкций (AWC NDS) дают справочные значения прочности для влажности до 19 %. Выше — включаются понижающие коэффициенты:

Но самое интересное там же, в разделе про соединения. Если дом собран на сырой доске, а потом высох, расчётная способность гвоздя на выдёргивание умножается на 0,25. Остаётся четверть. Механизм простой: дерево усыхает вокруг гвоздя, и соединение перестаёт держать.

В Европе задачу решают иначе. Еврокод 5 вводит классы эксплуатации: первый — влажность в среднем не выше 12 %, второй — не выше 20 %. А стандарт EN 14298 нормирует качество сушки не только по среднему, но и по разбросу: при цели 16 % среднее по партии допускается в границах 13,5–18 %, и не менее 93,5 % досок обязаны попасть в эти границы.

Шведы идут ещё дальше и назначают влажность под место, где дерево будет жить:

Отсюда, кстати, объяснение скандинавских шестнадцати процентов, за которые их иногда упрекают. Это не недосушка: шестнадцать — равновесная влажность наружного воздуха. В ней доска едет, лежит на площадке и стоит всю стройку. Досыхает она уже в доме. Я это неоднократно проверял на практике.

Слова, которые означают не то

Половина споров о доске — спор людей, у которых одни и те же слова значат разное.

Фугование — операция из столярного дела: доске создают прямую базу, ровную плоскость и прямую кромку. Слово пришло из немецкого: fügen — сплачивать, Fuge — шов, стык. Отсюда русские «фуга» и «фуганок». По-английски то же самое называется jointing, от join — соединять.

Обратите внимание: во всех трёх языках слово называет не прямизну, а соединение. Кромку выправляют затем, чтобы стык сошёлся без щели. Прямизна здесь не цель, а условие. Название содержит критерий качества — а «калибрование» говорит только про размер, и про стык там нет ничего.

Важно и то, что фугование — это операция, а не станок. Фуговать можно не только на фуганке.

Профессиональный термин, конечно, существует — джоинтирование. Только знают его несколько десятков человек: операторы дорогих четырёхсторонних станков. Все остальные спорят словами, значения которых давно разъехались, и каждый уверен, что говорит об одном и том же.

Что делаем мы

Сушим до 14 % в своей камере. Влажность знаем по партии, а не по накладной: в камере стоит промышленный влагомер с семью датчиками. Кондиционирование паром делаем — по причине, описанной выше.

Четырнадцать процентов — не «посильнее высушить». Это попадание в тот диапазон, где доска будет жить в отапливаемом доме, и почти буквально та же строка, что у шведов для элементов в отапливаемых помещениях.

Дальше доску фугуем. Четырёхсторонний станок даёт размер, но повторяет кривизну заготовки: что в него зашло, то и вышло. Мы получаем прямую кромку — отклонение 1–2 мм на шести метрах. Не путайте с размерной точностью: там те же цифры означают совсем другое. Речь именно о прямолинейности по длине. На рынке попадаются доски, уходящие в сторону на пять сантиметров.

Если бы мне в начале карьеры дали такую доску, я бы не поверил. Два миллиметра на шести метрах.

Там, где четырёхсторонний станок справляется за два часа, у нас уходит день. Это осознанный выбор, а не медлительность. По сути мы держим на конструкционной доске столярное качество — точность, которую обычно берегут для мебели, а не для стен.

Почему так не делают

Автоматические линии выправления существуют — для паркета, то есть для коротких деталей. Под конструкционную доску я таких линий не нашёл. На обычном фуганке шестиметровая доска превращается в адский труд.

Почему этого никто не делает, отвечу как думаю: потому что не хотят и не умеют. А если реализовывать стандартными методами — очень трудоёмко и дорого. У нас нестандартный подход.

В Америке, кстати, живёт целая операция, выросшая из той же проблемы. Перед установкой плотник прицеливается вдоль каждой доски, находит горб и ставит балку горбом вверх — под нагрузкой она распрямится. В стене горбы разворачивают в одну сторону, а сильно кривые стойки режут на короткие куски. Ларри Хон, автор «The Very Efficient Carpenter», разбирает это как норму ремесла. И это правильная работа с материалом, какой он есть.

У нас этой операции нет. Не потому что мы небрежнее — а потому что сортировать нечего: бригада берёт доску из пачки и ставит. День, который мы теряем на линии, возвращается на каждом объекте.

Что бывает, когда на это махнули рукой

Мы сносили дом, собранный из сырой доски. Внутри, мягко говоря, была грибная ферма — плесень. Дом не наш, мы его разбирали и строили на этом месте новый.

И это, пожалуй, главный ответ тем, кто хочет сэкономить именно здесь. За такую работу я не берусь.

Знание есть, его просто не читают

Учебник Кречетова «Сушка древесины» издан в 1980 году и лежит в библиотеках. Таблицы усушки утверждены в 1975-м. Свод правил знает не только про двенадцать процентов, но и про класс эксплуатации с влажностью не более восьми — то есть ровно про отапливаемый дом.

А азбуки каркасного строительства — книги Ларри Хона — по-русски официально не существует вовсе: её переводят энтузиасты и передают из рук в руки.

Получается странная картина. Часть знания у нас была и потерялась, часть не переведена. И там, и там продолжают спорить.