Untersuchungen über die kältebedingten Längenänderungen kleiner Holzproben

Zusammenfassung

Tangential- und Radialproben fünf einheimischer Holzarten wurden auf mehreren Feuchtigkeitsstufen von Wassersättingung bis zu absoluter Trockenheit stetig und stufenweíse zwíschen +20°C und −40°C abgekühlt und wiedererwärmt. Zur Messung der Temperaturen und der Längenänderungen dienten Thermoelemente bzw. Dehnungsmeßbügel.

Verlauf und Ausmaß der Längenänderungen sowie ihre Anisotropie hingen für alle Proben und Holzarten in ähnlicher Weise vom Wassergehalt ab. Da nur bei darr- und lufttrockenen Holzproben Temperatur- und Längenänderungen einander proportional waren, wurden Koeffizienten der thermischen Kontraktion nur für diese Feuchtigkeitsstufen berechnet. Die höchsten gemessenen Kälteschrumpfungen korrelierten straff mit den Schwindmaßen der einzelnen Tangential- und Radialproben. Beim Gefrieren entstanden an vielen wassergesättigten Proten Frostrisse.

Die Versuchsergebnisse deuten auf vier Ursachen der kältebedingten Längenänderungen des Holzes hin, deren Wirkungsbereiche sich überschneiden. Im darr- und lufttrockenen Zustand ist die thermische Kontraktion bestimmend; bei mittleren Wassergehalten wirkt sich die “Kälteschwindung”, d. h. ein Ausfrieren von Wasser aus der Zellwand in die Zellhohlräume, am stärksten aus und bei höheren Holzfeuchtigkeiten gewinnen die Eisdrusenbildung sowie die Volumenausdehnung des gefrierenden Wassers zunehmenden Einfluß.

Summary

Tangential and radial specimens of five native wood species were cooled from +20°C to −40°C and reheated. The temperature was changed in steps and continuously. The moisture content of the samples ranged from water saturation to oven-dry. The samples’ temperatures and dimensions were measured with thermocouples and strain gages.

Course and extent of the dimensional changes as well as their anisotropy depended very strongly on the moisture content—in a similar way for all samples and species. Temperature and length changes were proportional only for oven-dry and air-dry wood. Cocfficients of thermal contraction were therefore calculated only for these moisture contents. The highest measured “cold-contraction” correlated closely with the shrinkage of the individual tangential and radial samples. During freezing frost cracks occurred in many of the water saturated specimens.

The results indicate four causes for the dimensional changes produced by cooling. The moisture content ranges of these causes overlap to some extent. For oven-dry and air-dry wood the thermal contraction is the determining factor; at medium water contents “cold-shrinkage”—a freezing out of water from the cell walls into the cell cavities—is predominant; at higher moisture contents the formation of ice layers as well as the volumetric expansion of freezing water becomes increasingly important.