Puun kuivuminen

Yleistä

Kun kaadettu puu jätetään ulos sateeseen kuorineen, alkavat hyönteiset ja sienet syödä puuta. Tämän estämiseksi puuta kuivataan ja estetään sen kastuminen jatkossa.

Kuivuessaan puu kutistuu ja painuu painon alla kasaan. Puun pitkittäissuunnassa kutistuminen on vähäistä (0,5%) joten puutalo joka rakennetaan 60 cm jaolla puut pystyssä laskeutuu hyvin vähän hirsitaloon verrattuna.

• Tasaisesti sopivalla nopeudella kuivuva puu on parempaa kuin nopeasti kuivanut
• Kuivaaminen on myös puun laadun säilyttämistä
• Kun puu on käyttötarkoitukseensa lopullisesti kuivattu, tehdään lopullinen päätös kannattaako kyseistä puuta työstää käyttötarkoitukseen.
• Puun kostuttaminen ja liottaminen taas palauttaa sitkeyttä ja taipuisuutta ja ymmärrettävästi lisää painoa.

Aiheeseen liittyviä sivuja

• Sahatavara
• Puun valinta

Vettä puussa

Puu on kosteutta imevää eli hygroskooppista. Kosteassa imee, kuivassa luovuttaa asettuen tasapainokosteuteen ympäröivän kosteuden mukaan. Tasapainokosteudessa siihen tulevan ja siitä poistuvan vesihöyryn määrä on yhtä suuri. Mitä enemmän poikkeaa sitä voimakkaammin pyrkii, käyttämään kuivausvoimaa.

Kuivausvoima = puun sen hetkinen kosteus / puun tasapainokosteus siinä olosuhteessa

, arvon ollessa yli 1 tapahtuu kuivumista, J=Nm=Ws.

Sidottu vesi on misellien välissä soluseinämässä yhden molekyylin vahvuisena kerroksena. Vapaa vesi on kertyneenä soluonteloon.

Vastakaadetussa havupuussa puuainesta on n. 45%, sidottua vettä 20%, vapaata vettä 12-23%, ilmaa 23-12%. Lehtipuussa 30%, 30%, 12-25%, 28-15%.

Puunsyiden kyllästymispiste PSKP

Kaikilla puulajeilla puunsyiden kyllästymispiste PSKP saavutetaan 30  % kosteudessa kun ilman suhteellinen kosteus on 100% eli kuivattaessa vapaa vesi on poistunut, mutta sidotun veden ansiosta tilavuus on muuttumaton. Tähän asti veden poistuminen on helppoa. Tämän jälkeen tilavuus alkaa kutistua ja puun muoto muuttuu.

PSKP on kevätpuussa suurempi ja lylypuussa alhaisempi, lujuus kasvaa puun kuivaessa PSKP:stä enemmän. Huoneenlämpötilassa puun kosteus PSKP suomalaisilla puulajeilla on 27-31%, lämpötilan noustessa laskee. Puun turpoaminen on suunnilleen yhtä suuri kuin siihen imeytyneen veden tilavuus ennen PSKP:tä, tämän jälkeen vesi asettuu soluonteloihin. Kesäpuusolut turpoavat paksuseinäisinä enemmän. Mitä tiiviimpää ja raskaampaa puu on (tiheys suuri) sitä suurempaa on turpoaminen eli liikkuminen kosteuden vaihdellessa. Soluontelon koko ei muutu, vaan muutos tapahtuu soluseinämässä.

Kutistumisprosentti

Ilmoittaa prosentteina kuinka paljon puu kutistuu kun se kuivataan PSKP:stä täysin kuivaksi (absoluuttinen) eli puun maksimikutistuma. Perusarvo on märän puun mitta.

Pituussuunta eli syyn suunta (L). Säteen suunta eli ytimen kautta halkaistun pinnan suunta eli ytimestä kuoreen linja (R). Sivuajan suunta eli puun tangetti eli vuosirenkaan tangentin suunta eli kahden säteen välinen suunta (T).

Puu kutistuu kuivuessaan tangentin suuntaan kotimaisilla 6-8 % (4-12%), säteen suuntaan puolet eli kotimaisilla 3-4% (1-6%) ja pituussuuntaan n. (0,1) 0,2-0,6 %. Kutistuminen eri suuntiin T - R - L:

Mänty 7,7 - 4 - 0,4. 
Kuusi 7,8 - 3,6 - 0,3. 
Koivu 9,2 - 5,3 - 0,5. 
Haapa 6,7 - 3,5 - 0,5. 
Leppä 7,3 - 4,4 - 0,4. 
Mahonki 5,1 - 3,2 - 0,3. 
Tiikki 6,7 - 3 - 0,6. 
Pähkinä 7,5 - 5,4 - 0,5. 
Punapyökki 11,8 - 5,8 - 0,3.

Mittamuutokset voidaan laskea kaavalla ja taulukosta katsomalla.

Nyrkkisääntö: Kosteusasteen muutos 4 %-yksiköllä vastaa 1 % muutosta kappaleen mitoissa.

Sydänhalkaistu kupera sydämen puolelta, ydinkeskeinen halkeaa ja kupera kummaltakin puolelta, sydänkeskeinen laudan puolikas ohentuu ulkosyrjältä, ydinkeskeinen parru halkeaa ympäriinsä.

Yleistä

• Kuivaus käyttötarkoituksen mukaan. Hidas kuivuminen vähentää puun kosteusvaihteluista johtuvia ominaisuuksia käyttökohteessa.

• Veden haihtuminen puun pinnalta ja veden siirtyminen sisältä puun pinnalle.

• Ulkona kuivaaminen ilmakuivaksi ottaa noin 2 vuotta. Lehtipuulla n. 25 mm/vuosi, havupuulla hiukan nopeammin. Vähintään kuitenkin yleensä aina kesän yli, mielellään vähintään yksi vuosi. Hirsirakennus voidaan kyllä rakentaa juuri kaadetusta puusta. Puuta voidaan kuivattaa myös kymmeniä, satoja vuosia ennenkuin se on käyttökelpoista.

• Ilmakuivattu puu käy suoraan ulkona oleviin rakennelmiin, mutta sisälle tarkoitettuihin pitää kuivausta jatkaa vielä sisäkuivatuksella.

• Puu kuivaa pystyssä paremmin kuin vaaka-asennossa.

• Viilun kuivaus kestää 3-10', sahatavaran 8-20 vrk.

• Runsas halkeilu merkki liian nopeasta kuivaamisesta tai liian pieni kosteuttaminen kuivauksen aikana, lisäksi puun laatu. Halkeilua vähentää hitaampi kuivatus, lämpötilan alentaminen, ilman kierrätysnopeuden pienentäminen. Halkeilua vähentää myös jos puuta ei kuorita joka puolelta, vaan siitä vedetään pitkittäin kuorta pois tai tehdään kuorettomia renkaita tai kaistaleita. Tukin katkotuista päistä alkavaa nopeampaa kuivumista voidaan juuri estää jättämällä päihin yhtenäiset kuorikaistaleet. Tukin päähän voi myös käyttää tervaa,maalia tai liimaa.

• Kieroutumiseen ja vääntymiseen vaikuttavat oksat, syiden kierous, sahausjäljen kulma puukuituun nähden, jännitteet, pinta- vai sydänpuu, tyvi vai latva, ikä, pihka jne. Hidas kuivaus auttaa em. ongelmapuissa sekä painot ylimpien nippujen päällä, huolellinen rimoitus.

• Värivika syntyy kesällä ja alkusyksystä homeista ja sienistä. Sinistymä ei vaikuta lujuuteen.

• Aspiraatio eli puun rengashuokosten torukset eli pullistumat painautuvat toisen huokosen seinämää vasten siihen liimautuen ja estäen veden poistumisen puusta. Kuivatessa aspiraatio voimistuu, voimakkaimmin havupuussa ja pääasiassa kevätpuussa. Kuivaamokamariin ruiskutettu vesihöyry estää solukon sulkeutumisen.

Kosteus

• Puun kosteus asunnossa vähäisempi talvella kuin kesällä, ulkovarastossa vähäisempi kesällä kuin talvella. Vaikuttaa puun paksuus.

Kosteusprosentti. Puun kosteus, veden massaa verrataan puun massaan. Voi olla yli 100%. Mittauksessa lämpökaappimenetelmä, vastusmittausmenetelmä, kapasitiivinen menetelmä.

U= mv/mo x 100
mo=mu/(1+U)
mu=mo x (1+U)

, joissa U=kosteus%, mv (pikku alav) = mu-mo, mv=veden massa g tai kg, mu=puun massa kosteuden ollessa u, mo=absoluuttisen kuivan puun massa.

Absoluuttinen kosteus. Ilmassa sillä hetkellä olevaa vesihöyrymäärää. Yksikkö g/m3.

Maksimikosteus. Montako g vettä voi olla kuutiossa jossain lämpötilassa ennenkuin vesi tiivistyy ja sataa alas.

Suhteellinen kosteus. Montako % absoluuttinen kosteus on siinä lämpötilassa olevan ilman maksimikosteudesta.

f=absoluuttinen kosteus / maksimikosteus x 100. 

Kuivausprosentti (vesipitoisuus puun kuivapainosta)

Absoluuttisesti kuiva 0%
Sahatuore lankku kesimäärin 70%, lauta 110%
Huonekalukuiva eli puusepänkuivan 6% (6-9(12))
Rakennuspuusepänkuiva 10-12%
Höyläyskuiva (15)16-18%
Hirsi- ja puutalotehtaissa n. 20%
Ulkokuiva eli vientikuiva eli laivauskuiva 18-24% / 15-20%?

8% tavoitekosteuden vaihteluväli 6-9,5%
12% - 9-14%
18% - 13-22%

• Mitä kovempi puulaji sitä täsmällisempi kuivauksessa on valittu saavutettava kosteusprosentti (esim. tammi ja kirsikka 8%, +- 1%), pehmeämmillä kuten kuusi ja mänty +- 2%.

Puun eläminen kosteuden mukaan

• Keskuslämmitteisessä talossa sisällä puu eli esimerkiksi puuhuonekalut ovat kuivimpia helmi-maaliskuussa ja kosteimmillaan elo-syyskuussa.
• Ulkovarastossa sahatavara on kosteimmillaan taas talvella ja kuivinta kesällä.

Mittaus

Kosteusmittarilla, sähkön johtavuus kahden puuhun 15 mm syvyyteen asetetun mittaripiikin välillä tai magnettikentän ja sähkönvaihtuvuuden vaihtelulla. Mittausta varten puun päästä leikataan n. 20 cm pala ja mittaus suoritetaan katkaisupinnan keskeltä. Punnittaessa kuivataan ja mitataan 12 tunnin välein kunnes kappale ei enää kevene, lasketaan kaavalla.

Puun kuivauksessa tärkeä, mitataan märkä-kuivalämpömittarilla eli vesihöyry sitoo itseensä lämpöä haihtuessaan ja näyttää näin pienempää lämpötilaa.

Kuivaus

• Voidaan aloittaa ulkona. Kuivaamoon vietävä puu ladotaan kerroksiin, väliin n. 20 mm paksut, 20-40 mm leveät rimat. Puutavaran väli toisiinsa sivusuunnassa n. 20 mm. Rimat samalla kohdalla aluspuiden kanssa. Koivutuotteita valmistavat tehtaat kuivattavat ylivuotiseksi vähentäen näin jännitteitä.

• Kuivauksen jälkeen tehdään kuivauspöytäkirja, kuivaustulos, puun supistuminen eli täyttääkö sille asetetut mittavaatimukset.

• Liian kuivaksi päässyt mutta ei normaalia enempää halkeamia korjataan antamalla puun tekeytyä 1-2 pv kamarissa, voidaan myös päästää hiukan höyryä.

• Pinnassa kihelmöivä pihka ja irtoilevat oksat ovat merkki liian korkeasta lämpötilasta.

• Kuivausvoiman suuruus lämminilmakuivauksessa 1,4-7, kuumakuivauksessa voi olla yli 10.

Ilmakuivatus ulkona

Kuivatetaan suojassa varjoisassa paikassa esimerkiksi tapulissa. Myös ulkorakennusten, aittojen, puuvajojen yms. kattorakenteilla.

• Ehdottomasti suoralle alustalle esimerkiksi pölkkyjen varaan asetettujen lankkujen päälle tarpeeksi harvaan eri puutavaramittoineen. Korkeus maasta 40-70 cm. Aluspuiden etäisyys toisistaan n. 1 m.

• Sydänpuoli ylöspäin.

• Jokaisen kerroksen väliin tarkalleen aluspuiden kohdalle tasapaksut 1-2" välipuut, pirkat ilmarakojen aikaansaamiseksi. Muista myös laittaa aivan päihin yhdet tukirimat etteivät päät väänny!

• Pino peitetään pintalaudoista tehdyllä kaltevalla katoksella ettei aiheudu ylimääräistä halkeamista auringossa.

• Ulkoilmassa puun kosteudeksi tulee 18-25%.

Yleensä tuloksena sinistymistä ja halkeamia.

Sisäkuivatus

Tupa, pirtti, sauna, nykyään varta vasten tehdyt kuivaamot. Ainakin muutamia viikkoja, mutta mielellään pitempiä aikoja, kuten vuosi, vuosia.

Laatua parantaa, jos puu viedään välillä ulos kosteampaan ilmaan ja tuodaan takaisin.

Riihi

Viedään kylmään riiheen hiostumaan tai annetaan kuivaa ensin ulkoilmassa ja sitten viedään lämmitettyyn riiheen. Riihessä kuivaus tulee tapahtua verraten hitaasti, pino on tehtävä huolella kuten edellä ilmakuivauksessa on kerrottu. Liian nopea kuivaminen aiheuttaa halkeamia, pintakovuutta, pihkan sulamista, oksien irtoamista, puun sisäisiä jännityksiä, kieroutta.

Lämpö- ja kuumakuivaus

Jos lämpötila on alle 100 astetta, on kyseessä lämpökuivaus ja sitä käytetään lähinnä havupuiden kuivaamisessa. Kuumakuivauksessa lämpötila on 100 astetta tai yli, käytetään koivulle ja muille pihkattomille. Lämpökuivatuksessa ilmankierron nopeus erityisesti on tärkeä.

Yhdistetty höyry- ja lämpökuivaus

Puun solurakenne muuttuu höyryttämällä puuta n. 70-75°C lämpötilassa. Näin solujen kosteutta sisään sulkeva mekanismi löysää, mikä mahdollistaa kosteuden siirtymisen nopeammin puun sisältä kohti ulkopintaa. Tämän jälkeen puu kuivataan n. 50 asteen lämpötilassa. Tämä lyhentää kuivausprosessin muutamaan viikkon ja vähentää huomattavasti halkeilua. Esimerkiksi vasta kaadettu kuusi saadaan höyläyskosteuteen noin viikossa.

Sauno-kuivain käyttää höyryn ja lämmön yhdistelmää puun kuivaamiseen

Kamarikuivaamo

Kuivaamo on ns. erä tyyppinen kuivaamo. Normaalisti lämmitykseen käytetään kuoresta tuotettua lämpöä. Pohjoismaiset kuivaamovalmistajat rakentavat kuivaamot yleensä ruostumattomasta teräksestä. Ilmankierto on tehokas, jotta lämpö saadaan siirrettyä puuhun koko puhallussyvyydelle. Puhallussyvyys usein 10-12 metriä pohjoismaisten valmistajien kuivaamoissa. Eurooppalaisten valmistajien rakennusmateriaalina usein alumiini, pienemmät puhallussyvyydet ja vähemmän ilmaa. Kuivaamot yleensä varustetaan tehokkaalla korkeapainekostutuksella. Monet kuivaamot varustetaan tehokkailla ilmaesteillä sivussa ja kattoon asennetaan painoraamit. Painoraameilla painetaan paketin ylimpiä kerroksia ja painoraamin ilmaeste estää ilman ohivirtausta kuormien yli. Kuivaamon täyttö hoidetaan trukeilla ja eriasteisesti automatisoiduilla kuormansiirroilla. Kaksivaihekanavakuivaamoihin verrattuna kamarikuivaamo käyttää enemmän sähköenergiaa kuivattua puutavarakuutiota kohti johtuen pidemmästä kuivausajasta. Kamarikuivaamon loppukosteuden keskihajonnat ovat yleensä kanavakuivaamon kosteushajontaa suurempia. Kamarikuivaamo on yleensä puuseppien valinta. Sahoilla kamarit toimivat pienempien sahatavaraerien kuivauspaikkana. Mäntypuu 50x100 kuivaaminen sahatuoreesta puusepänkuivaksi kestää 12-18 vrk. Nopeutettaessa on huolehdittava oikeasta ilmankosteudesta, liian kuumassa ja kuivassa pintasolukko sulkeutuu. Hitaammin kuivuessa väri tummenee ja syntyy halkeamia.

Kondensaatiokuivaaja

Ilman suhteellista kosteutta lasketaan jotta puun tasapainokosteus laskee (kosteus tietyssä lämpötilassa, tietyssä suhteellisessa kosteudessa). Ilmatiiviistä kamarista pumpataan kosteutta pois. Halkeilu minimaalista, tasaisempi tulos, hitaampaa. Haittapuolena syksyllä usein pitkät kuivausajat.

Tyhjiökuivaus

Vakuumikuivaus, alipainekuivaus. Pyöreä kuivausuuni. Kalliit laitteet. Suuren tilan vaatima jatkuva alipaine tekee laitteesta kalliin. Alipaine tarkoittaa, että kuivaamossa ei ole ilmaa kierrätettäväksi ja lämpöä ei saada siirretyksi puuhun. Seurauksena on, että myöskään lämpöä ei siirry puuhun. Etuna alhaisempi veden höyrystymislämpötila, mutta veden hörystämislämpöenergia miltei sama kuin normaalipaineessa.

Jatkuvatoiminen

Läpisyötettävä. Kanavakuivaamo. Tunnelimainen uuni, vaihteleva ilmavirtaus kuivattaa. Isot laitokset, sahat. Puutavara syötetään kuivaamoon toisesta päästä ja toisesta päästä saadaan kuivattua puutavaraa. Kanavakuivaamoja valmistetaan yksi ja kaksivaiheisina. Kaksivaihekanavakuivaamoilla saadaan kuivattua puutavara laadukkaammin. Kaksivaiheisista kanavakuivaamoista keskelle ilmaa puhaltava kuivaamo tuottaa pienemmän puutavaran loppukosteuden keskihajonnan. Kaksivaiheisella kanavakuivaamolla kuivauskustannukset lämmön ja sähkön osalta jäävät pienemmiksi kuin kamarikuivaamon vastaavat. Kaksivaihekanavakuivaamoilla pystytään nykyään kuivaamaan kaikkiin haluttuihin loppukosteuksiin laivauskuivista puusepänkuiviin. Kuivaamot sahoille ovat yleensä täysautomaattisia niiden helppokäyttöisyyden ja täsmällisen toiminnan vuoksi.

Suurtaajuuspainekuivaus

Ylipaine ja suurtaajuustekniikka. Nopea, tulevaisuutta kenties. Puun sisäiset tiheysvaihtelut ja menetelmän nopeus vaikuttavat kosteuden loppujakaumaan. Höyrystämisen energia yleensä sähköstä ja siksi pysynee kalliina vaihtoehtona suuremman mittakaavan toiminnalle.

Lämpökäsittely

Lämpötila 200-250 / 190-230 astetta. Ominaisuudet muuttuvat. Parantaa lahonkesto-ominaisuuksia, biologinen kestävyys paranee, lujuus heikkenee ja väri muuttuu.

Polttopuun kuivaaminen

Katso sivu Polttopuut

Lähteet

• Puusepän opiskelut