The drying stress and check development on high-temperature kiln seasoning of sapwoodPinus radiata boards

Abstract

This two-part set of papers presents a study of the stress and check development inPinus radiata boards under high-temperature kiln-seasoning conditions. In the first part, a one-dimensional stress model incorporating the various strain components is developed based on a physically realistic model of drying behaviour. The drying of sapwood is assumed to be characterised by two principal stages, in which the earlier one is dominated by an evaporative front receding into the board, whereas in the later one bound water and vapour diffusion prevail. As the drying proceeds, the tracheids (pits) under water tension may cavitate randomly. This leads to a progressive fall in relative liquid permeability with moisture content. The sapwood consistently loses liquid continuity at about 60% local moisture content, significantly higher than the fibre-saturation point. The moisture in the evaporative zone is driven by a small but adequate vapour pressure difference between irreducible saturation and the fibre-saturation point which corresponds to an equilibrium moisture content of 99%. The wood is assumed to be an elasto-viscoplastic material with its mechanical properties varying with both temperature and moisture content. Under high-temperature conditions, the wood may be capable of sustaining some extent of plastic strain after passing through the yield point. Checking is assumed to occur only after the ultimate strain is exceeded.

Zusammenfassung

Diese zweiteilige Arbeit beschreibt die Spannungs- und Rißentwicklung in Kiefernbrettern unter den Bedingungen der Hochtemperatur-Trocknung. Im ersten Teil wird ein Spannungsmodell entwickelt, das die verschiedenen Dehnungskomponenten beimhaltet und auf einer physikalisch realistischen Vorstellung des Trocknungsverhaltens beruht. Es wird angenommen, daß die Trocknung des Splintholzes in zwei Stufen erfolgt: die erste ist gekennzeichnet durch eine Verdampfungsfront, die sich langsam ins Innere des Holzes zurückzieht; in der zweiten Stufe sind gebundenes Wasser und Dampfdiffusion vorherrschend, Mit fortschreitender Trocknung können die Tracheiden unter der Zugspannung des Wassers zufallsverteilt kollabieren. Dies führt zu einer fortschreitenenden Verringerung der Durchlässigkeit mit fallender Feuchte. Das Flüssigkeitskontinuum im Splintholz wird unterbrochen ab etwa 60% Holzfeuchte, d.h. deutlich über dem Fasersättingungspunkt. Die Feuchtebewegung in der Verdampfungszone wird angetrieben durch einen geringen, jedoch ausreichenden Druckunterschied zwischen nicht unterschreitbarer Sättigung und Fasersättigungspunkt, entsprechend einer Gleichgewichtsfeuchte von 99%. Das Holz wird als ein elasto-viskoplastisches Material angesehen, dessen mechanische Eigenschaften sich sowohl mit der Temperatur als auch mit der Feuchte ändern. Unter Hochtemperatur-Bedingungen kann das Holz noch einige plastische Restspannungen enthalten. Risse sollten nur entstehen, wenn die äußerste tolerierbare Spannung überschritten wird.