Schwinden und Quellen des Holzes durch Kälte

Zusammenfassung

Feuchtigkeitsisolierte Buchenholzproben mit verschiedenem Feuchtigkeitsgehalt wurden abgekühlt und wieder erwärmt, um Aufschluß über die temperaturbedingten Dimensionsänderungen des Holzes unter dem Gefrierpunkt des Wassers zu bekommen. Neben kleinen, rein thermischen Kontraktionen und Ausdehnungen zeigten die Proben noch susätzliche, wesentlnich größere Längenänderungen, die physikalisch gedeutet werden. Da die Dampfspannungskurve des Eises steiler als die des unterkühlten Wassers und der gebundenen Feuchtigkeit verläuft, friert aus feuchten Zellwänden, bei Frostgraden, Wasser in die Zellhohlräume aus; Holz erfährt dadurch eine praktisch bedeutsame Kälteschwindung, die ebenso wie die normale Holzschwindung anisotrop ist, aber bei den viel kürzeren konstanten Feuchtigkeitswanderungswegen unabhängig von Ausmaß der Holzstücke viel rascher abläuft. Die Kälteschwindung schreitet mit sinkender Temperatur bis zu etwa −55°C fort, sie wird beim Wiedererwärmen durch Quellung aufgehoben, wobei eine gewisse Hysterese auftritt. Wenn das Holz durch teilweise Trocknung an der Luft bereits normal geschwunden ist, beginnt die Kälteschwindung erst bei derjenigen tieferen Temperatur, die der vorausgegangenen Normalschwindung entspricht. In wassergesättigtem Holz kann die Ausdehnung des gefrierenden freien Wassers beachtliche Holzdehnungen zur Folge haben. In den Versuchen fehlten Symptome für das Gefrieren von Wasser in den Zellwänden, so daß die Theorie der Kapillarkondensation für Holz angezweifelt werden muß.

Summary

Small beechwood samples (Fagus silvatica) of different moisture content were cooled down and heated again to get information about corresponding dimensional changes in wood below the freezing-point of water. Apart from small thermal contractions and expansions, considerable length changes occured. They were apparently caused by water freezing out of the cell walls to ice crystals in the cell cavities. Thus the cell walls were drying and „coldness shrinkage” took place. Water froze out of the cell walls as—by the lowering of temperature —vapour pressure of ice decreased more than vapour pressure of supercooled and bound water; thereby a vapour pressure gradient was formed and consequently moisture moved out of the cell walls to the ice in the cell cavities. Coldness shrinkage continued with decreasing temperature down to about −55°C. In reheating the specimens, reswelling took place with rising temperature, though a distinct hysteresis was observed: at certain temperatures, the samples were comparatively shorter than in the cooling process. The relation of coldness shrinkage in ring, radial, and fibre direction was similar to the normal shrinkage of wood. The dimensional changes followed the temperature variations almost immediately, especially at elevated temperatures, independent from the specimens' sizes, as the moisture movements were short. With partly air-dried samples, coldness shrinkage started at lower temperatures corresponding to the preceding shrinkage value. In water-saturated wood, the expansion of freezing free water brought about increases in the dimensions of some specimens, others were almost constant in length. With all tests no sign of liquid water freezing in the cell walls was present, so that the theory of capillary condensation in wood has to be doubted.