СТОЙКОСТЬ И ЗАЩИТА ДРЕВЕСИНЫ
Природная стойкость древесины
Стойкостью древесины называют ее способность сопротивляться разрушению под действием различных физических, химических, биологических (грибов, бактерий, насекомых), механических и других факторов.
Под физическими факторами подразумевается в основном воздействие на древесину температуры и влажности. В сухом проветриваемом помещении древесина благодаря низкой внутренней влажности сохраняется долго (мебель, музыкальные инструменты, отделка жилых помещений). Но и на открытом воздухе при благоприятных условиях (при нерезких колебаниях температуры и влажности воздуха) древесина также может сохраняться продолжительное время. Так, например, двери собора CB. Петра в Риме, сделанные из древесины кипариса много веков тому назад, хорошо сохранились до сих пор.
Однако под действием совместного влияния перепада влажности воздуха и его температуры, особенно в результате прямого попадания атмосферных осадков и солнечной радиации, на поверхности древесины возникают мелкие трещины. Со временем они увеличиваются, целостность древесины нарушается, и происходит постепенное ее разрушение. Такая древесина в дальнейшем хорошо удерживает влагу и пыль, тем самым создаются благоприятные условия для поселения разного вида биологических деструкторов.
Пагубно воздействует на древесину прямой контакт с землей: в древесине постоянно поддерживается повышенная влажность, что способствует развитию Дереворазрушающих грибов. Характерным примером может служить продолжительность службы железнодорожных шпал: лиственница — 8—10 лет‚ сосна — 6—8 лет‚ ель, пихта - 4—5 лет, береза — 3—4 года (различная стойкость древесины обусловлена ее анатомическим строением, наличием и количеством в ней дубильных и смолистых веществ). Находясь под землей на глубине нескольких метров при отсутствии кислорода воздуха древесина, конечно, тоже разрушается, но медленно. Так, при раскопках древнего Новгорода были найдены различные деревянные сооружения и изделия из древесины (настилы, мостовые, кадки, трубы, лопаты), датированные X—XIV BB. H. э. и практически не потерявшие своей прочности, a B Керчи — хорошо сохранившиеся деревянные элементы греческих саркофагов, относящиеся K IV—V BB. до н. э.
Древесина хорошо сохраняется и под водой при отсутствии доступа воздуха. В качестве примера можно привести дубовый челн, найденный в р. Буг (пролежал в воде 2500 лет). Хорошо известен так называемый мореный дуб — древесина, длительное время находившаяся в воде и не подвергнувшаяся разрушению, но с несколько измененными физическими свойствами.
Таким образом, можно сделать вывод, что древесина может сохранять свои свойства только при благоприятных для нее физических факторах. При изменении этих факторов существует риск разрушения древесины под действием биологических агентов, прежде всего грибов. Поэтому стойкость древесины против грибов — наиболее важная составляющая обшей стойкости.
Стойкость против грибов в значительной степени определяется содержанием в древесине природных защитных средств смолистых и дубильных веществ. Так, стойкость Древесины сосны при одинаковых условиях выше, чем ели и пихты, что объясняется различным содержанием смолы, a стойкость древесины дуба выше, чем ясеня, по причине различного содержания дубильных веществ.
В пределах одной породы стойкость зависит от плотности, возраста, положения в стволе.
Представление о сравнительной стойкости древесины Дают полигонные испытания, проводимые российскими учеными в течение 8 лет на образцах Древесины размером 15х15х225 мм. Эти образцы в природных условиях помещали в землю в вертикальном положении. Ежегодно извлекали из земли, обследовали их состояние и отмечали степень поражения. На основании результатов исследования была составлена шкала относительной стойкости древесины разных пород В условных величинах по отношению к стойкости липы (принята за единицу):
1) стойкая древесина (9,1—4,0 единиц): лиственница (ядро) — 9,1; дуб (ядро) — 5,2; ясень (ядро — 4,9, заболонь — 4,6); сосна (ядро — 4,6, заболонь — 4,0);
2) среднестойкая древесина (3,8—3,1): пихта (спелая древесина - 3,8, заболонь — 3,4); ель (спелая древесина — 3,6, заболонь — 3,2); бук (спелая древесина) — 3,3; лиственница (заболонь) — 3,1;
3) малостойкая древесина (2,5—2,0): бук (заболонь) — 2,5; граб - 2,4; дуб (заболонь) - 2,2; клен — 2,1; береза (заболонь) — 2,0;
4) нестойкая древесина (1,8—1,0): береза (центральная зона) — 1,8; ольха (центральная зона) — 1,5; осина (спелая древесина — 1,2, заболонь —- 1,0); липа — 1,0.
Средства повышения биостойкости древесины
К мероприятиям, обеспечивающим стойкость древесины в процессе ее хранения 1/1 эксплуатации, следует отнести профилактические меры 1/1 химическую защиту древесины. Профилактические мероприятия проводят для создания в хранимой древесине или деревянных конструкциях температурно—влажностного режима, препятствующего появлению и развитию дереворазрушающих грибов, жизнедеятельность которых зависит от наличия питательной среды, воздуха, благоприятной температуры и влажности древесины. Отсутствие любого из указанных условий исключает развитие грибов. Поддерживая в древесине влажность менее 22 %, при которой грибы не развиваются, 1/1 создавая при хранении и эксплуатации условия, исключающие увлажнение, можно сохранить древесину на длительное время.
Однако деревянные конструкции часто подвергаются атмосферному или грунтовому увлажнению, что приводит к разрушению древесины микроорганизмами. В таких случаях прибегают к защите древесины путем обработки химическими веществами — антисептиками, губительно действующими на вредителей (не только грибов, но и насекомых). Защита может осуществляться в виде антисептирования или консервирования, Антисептирование заключается в поверхностной обработке древесины антисептиками и предполагает защиту на сравнительно небольшой срок или в несложных условиях эксплуатации. Консервирование применяют, когда древесина должна работать в тяжелых эксплуатационных условиях (например, шпалы, сваи гидротехнических сооружений, деревянные детали линий связи и электропередач, оросители градирен и др.). В этом случае древесина подвергается глубокой и сквозной пропитке c использованием наиболее токсичных и невымываемых антисептиков.
По происхождению и растворимости в воде все антисептики подразделяются на четыре группы:
. антисептические масла;
- органорастворимые антисептики;
- водорастворимые трудновымываемые антисептики;
- водорастворимые легковымываемые антисептики.
Антисептические масла представляют собой многокомпонентные смеси различных высокомолекулярных органических веществ и по консистенции напоминают маслянистые жидкости темно—коричневого цвета. K этой группе относятся:
каменноугольное пропиточное масло (КМ) — продукт перегонки каменноугольной смолы, образующейся при коксовании каменных углей:
сланцевое пропиточное масло (СМ) — продукт перегонки сланцевой смолы, образующейся при пиролизе горючих сланцев;
креозот - продукт, получаемый при пиролизе древесины.
Антисептические масла окрашивают древесину в темно-бурый цвет, обладают характерным запахом, не вызывают коррозии металлов, не вымываются из древесины, высокотоксичны против дереворазрушающих грибов и насекомых. Этими свойствами обусловлено их применение для защиты древесины, работающей на открытом воздухе в контакте с грунтом (шпалы, столбы линий связи и электропередач, элементы мостов и гидротехнических сооружений и других деревянных конструкций).
Водорастворимые трудновымываемые антисептики используются для открытых деревянных элементов 1/1 конструкций, деревянных элементов в местах контакта их с грунтом или в условиях периодического увлажнения, a также против морских древоточцев и термитов.
Водорастворимые легковымываемые антисептики применяются для несущих конструкций, элементов панелей, перекрытий, полов жилых, общественных и производственных зданий, для материалов и изделий, изготовленных с использованием стружек, опилок, дробленки, а также как основной компонент B производстве антисептических паст. В эту группу входят однокомпонентные по составу антисептики, вводимые в древесину в виде водных растворов соответствующей концентрации.
Способы обработки древесины Антисептиками
Обработка древесины антисептиками производится различными способами. Лучшим методом является пропитка под давлением в пропиточных цилиндрах (автоклавах). Наряду с этим используются и более облегченные способы: поверхностная обработка, панельная пропитка, способ ванн и др.
Нанесение антисептика на поверхность древесины. Производится путем опрыскивания, окунанием или обработкой кистью. Древесина должна быть подсушенной. Движущая сила процесса (механизм пропитки) — капиллярное давление (капиллярное всасывание). Создается поверхностная защитная оболочка толщиной только 1—2 MM, B отдельных случаях до 5 MM. Самый простой и наименее эффективный способ.
Нанесение паст. Осуществляется обмазкой пастой или нанесением бандажа. Состояние древесины — сырая Движущая сила — диффузия, благодаря которой происходит проникновение молекул антисептика в глубь сортимента по полостям клеток, содержащим свободную влагу. Достоинства метода — возможность введения антисептика в древесину труднопропитываемых пород (ель, ядро сосны), исключение предварительной сушки древесины. Недостаток — длительность пропитки (2-3 месяца).
Для древесины, находящейся в службе, используется другой вариант рассматриваемого способа — бандажная пропитка, применяемая чаще всего для пропитки столбов. Часть столба на границе земля — воздух обертывается бандажом _ лентой гидроизоляционного материала (толь, рубероид, пластик), на внутреннюю поверхность которой нанесен слой пасты. Бандаж крепится к древесине проволокой.
Погружение в ванны с антисептиком. Пропитываемые сортименты (обычно пакетами) погружаются в ванну с раствором, a затем через определенное время выгружаются из нее. На поверхности сортиментов образуется очень тонкий (До 1 ММ) пропитанный раствором слой. Если используется сырая древесина, то движущая сила процесса - диффузия, если подсушенная -капиллярное давление. Для повышения эффективности этого метода необходимо подогревать раствор для снижения его вязкости. Такой способ пропитки широко используется для антисептирования пиломатериалов при атмосферной сушке.
Пропитка по методу горячей — холодной ванны. Возможны варианты:
- нагрев и постепенное охлаждение древесины в одной ванне;
- нагрев и охлаждение в одной ванне c быстрой сменой жидкости;
- нагрев и охлаждение в разных ваннах.
Эффективность способа заключается в том, что в горячей ванне воздух в древесине нагревается, расширяется и удаляется из нее. В холодной ванне оставшаяся часть воздуха сжимается, и в вакуумное пространство под действием атмосферного давления устремляется антисептик.
Пропитка под атмосферным давлением после предварительного вакуума. Древесину загружают в автоклав и создают вакуум глубиной 0,075-0,08 МПа на 10—15 мин для удаления воздуха. He снимая вакуум, заполняют автоклав пропиточной жидкостью, затем вакуум снимают и выдерживают древесину в жидкости под атмосферным давлением в течение 10—15 мин.
Пропитка под давлением выше атмосферного (0,8—1‚2 МПа).
Возможны следующие технологические схемы:
1) способ полного поглощения: вакуум (О,075—0‚08 МПа) —› давление жидкостное (0,8—1‚2 МПа) ——› вакуум (0,075-0,08 МПа) —› вакуум в конце процесса пропитки для удаления из древесины избытка антисептика;
2) способ полуограниченного поглощения: жидкостное давление —+ вакуум;
3) способ ограниченного поглощения: давление воздушное выше атмосферного (0,2—О,4 МПа) —› давление жидкостное антисептика (0,8—1‚2 МПа) —› вакуум.
Выбор метода пропитки зависит от размеров пропитываемых изделий, древесной породы и влажности древесины, глубины пропитки и необходимого количественного содержания в пропитываемой древесине антисептика, условий службы древесины и других факторов.
