Strength reduction of spruce wood through slow freezing

Abstract

Some selected mechanical properties of spruce wood (Picea abies L.) were determined after freezing green timber boards under different conditions. The influence of the freezing rate and the time of exposure to negative temperatures were evaluated by applying three different freezing conditions which may occur in winter when green timber is stored in an open yard. It was found that a high freezing rate (−10 °C/h) does not affect wood strengths at all, while slow freezing (by −1 °C/h) significantly reduces all mechanical wood properties, especially MOR, MOE and the compressive strength (by 20…30 %), the Janka hardness (by 18 %), and also the tensile strength (by 10 %). A longer time of exposure, involving repeated freezing and thawing due to natural temperature variations led to further reduction of MOR, MOE and the compressive strength (up to 37 %), but without further affecting the tensile strength, shear strength and hardness. The obtained results may be useful to industrials with respect to a more careful planning of green timber purchase and storage in wintertime.

Zusammenfassung

Frisches Fichtenholz (Picea abies L.) wurde unter verschiedenen Bedingungen gefroren, um die Beeinträchtigung seiner mechanischen Eigenschaften zu untersuchen. Durch Untersuchungen bei drei Gefriersituationen wie sie im Winter bei der Lagerung von frischem Schnittholz im Freien auftreten können, wurden der Einfluss der Gefriergeschwindigkeit und der Dauer, bei der negative Temperaturen herrschen, untersucht. Die Studie ergab, dass bei hoher Gefriergeschwindigkeit (−10 °C/h), die mechanischen Eigenschaften des Holzes nicht beeinträchtigt werden, während beim langsamen Gefrieren (−1 °C/h) alle mechanischen Eigenschaften signifikant reduziert werden, vor allem die Biegefestigkeit, der Elastizitätsmodul und die Druckfestigkeit (um 20…30 %), die Janka Härte (um 18 %), aber auch die Zugfestigkeit (um 10 %). Eine längere Lagerung bei natürlichen Winterbedingungen mit wiederholten Gefrier- und Auftauperioden reduzierte die Biegefestigkeit, den Elastizitätsmodul und die Druckfestigkeit weiter (bis auf 37 %), während die Zugfestigkeit, die Scherfestigkeit und die Härte nicht weiter beeinträchtigt wurden. Die Ergebnisse können der Industrie für eine sorgfältigere Planung des Einkaufs und der Lagerung von frischem Schnittholz im Winter von Nutzen sein.