Долговечность древесины и способы защиты ее от гниения и возгорания

Агрессивное воздействие на деревянные конструкции оказывают биологические агенты – дереворазрушающие грибы, вызывая биологическую коррозию древесины, а также агрессивные химические среды (газообразные, твердые, жидкие), вызывая химическую коррозию древесины.

В сухих условиях и при надлежащем проветривании древесина сохраняется долго. Столь же долговечна древесина, постоянно находящаяся в воде без доступа воздуха. Однако попеременное увлажнение и высыхание деревянных элементов создает благоприятную среду для гниения древесины. Так, в соответствии со СНиП 2.03.11-85 степень агрессивного воздействия биологических агентов на древесину столбов, свай, конструкций береговых опор, элементов мостов в условиях увлажнения атмосферными осадками следует принимать как средне агрессивную, а в условиях контакта указанных конструкций с грунтом и в зоне переменного уровня воды – как сильно агрессивную.

Стенки клеток, из которых сложена древесина, состоят из мицелл, т.е. кристалликов целлюлозы микроскопических размеров, окруженных гидратными оболочками. Гниение – это процесс разложения целлюлозы древесины, происходящий вследствие деятельности дереворазрушающих грибов и микроорганизмов. Питательной средой для грибов служит растворимый сахар (глюкоза), являющийся продуктом разлагаемой ими целлюлозы. При содействии фермента, выделяемого грибом, нерастворимая в воде целлюлоза гидратируется и переходит в растворимое вещество – глюкозу. В теле гриба глюкоза окисляется кислородом воздуха, образуя углекислый газ и воду. Следовательно, для жизнедеятельности гриба необходимы влага и кислород воздуха. Вот почему легко загнивает древесина, находящаяся в условиях переменной влажности. Споры различных грибов почти всегда имеются на дереве, оставаясь пассивными до тех пор, пока не наступят благоприятные условия. При достаточной влажности (более 18-20%) и положительной температуре споры прорастают и появляется грибница, сначала в виде ватообразного, а затем в виде плотного тела на поверхности материала.

Степень воздействия химически агрессивных газообразных и твердых сред на конструкции из древесины зависит от состава среды и влажностного режима помещений. С точки зрения химической коррозии, по данным СНиП 2.03.11-85 речная, озерная и морская вода, нефть и нефтепродукты, масла минеральные, растительные и животные являются неагрессивными при воздействии на древесину. Растворы кислот и щелочей, в зависимости от их концентраций, по степени агрессивного воздействия на древесину могут оцениваться как слабо -, средне - или сильноагрессивная жидкая среда. Для деревянных конструкций, предназначенных к эксплуатации в химических средах средней и сильной степени агрессивного воздействия, необходимо предусмотреть следующие дополнительные требования:

для изготовления конструкции следует применять древесину хвойных пород (сосна, ель и др.);

склеивание элементов конструкций должно осуществляться фенольными, резорциновыми, фенольно-резорциновыми клеями;

несущие конструкции следует проектировать из элементов сплошного сечения (клееных, брусчатых).

При проектировании деревянных конструкций для эксплуатации в химических средах средней и сильной степени агрессивности действие биологических агентов не учитывается

Защита древесины от гниения. Основным способом борьбы с гниением является химический способ – введение в древесину антисептиков – веществ, ядовитых для грибов. Антисептики, обладая токсичностью по отношению к грибам, должны быть безвредными для людей и животных, не должны понижать прочность древесины и не вызывать коррозию металлических креплений. Для воздушных условий эксплуатации обычно применяют антисептики, растворимые в воде. Антисептирование деревянных элементов, подвергающихся действию воды (шпалы, столбы, сваи и т.д.), осуществляют нерастворяющимися маслянистыми веществами.

К группе водорастворимых антисептиков относятся: фтористый натрий (Na F) в водном растворе концентрацией 2-3%, обладает высокой токсичностью к грибам и насекомым, а при соединении с известью, цементом переходит в нерастворимый фтористый кальций и теряет свою токсичность; кремнефтористый натрий (Na_z SiF₆)применяют совместно с фтористым натрием в виде водного раствора; хлористый цинк (Zn Cl₂) применяют в водном растворе 5%- й концентрации, т.к. вызывает коррозию металла; медный купорос (СuSO₄*5H₂O) используют в виде 10%-го водного раствора.

Маслянистые антисептики не растворяются в воде, поэтому их используют для консервации древесины, находящейся на открытом воздухе, в воде или земле. Токсичность антисептиков этой группы обусловливается наличием в них фенола и его производных. К ним относятся: антраценовое масло – продукт перегонки каменноугольного дегтя (при 270-410⁰С), сильно токсичен, с резким запахом; каменноугольное креозотовое масло получают при дистилляции каменноугольного дёгтя (при 250-280⁰С), применяют в подогретом состоянии, сильное антисептирующее действие, является лучшим антисептиком для шпал, столбов, мостов; сланцевое масло применяется наряду с антраценовым. Древесина, пропитанная маслянистым антисептиком, приобретает тёмный цвет, имеет фенольный запах, не поддается окраске и увеличивает горючесть.

Антисептические пасты состоят из трёх частей: водорастворимого антисептика, связующего вещества, обеспечивающего прилипание пасты к поверхности древесины и наполнителя – торфяного порошка. Битумную пасту готовят путём добавления в расплавленный битум зелёного масла в качестве растворителя, NaF и торфяного порошка (5-10%). Силикатную пасту готовят из кремнефтористого натрия (15-20%), жидкого стекла (~75%), воды и добавки каменноугольного масла для придания отвердевшей пасте эластичности.

Способы антисептирования древесины – поверхностная обработка, пропитка в горячехолодных ваннах, пропитка в высокотемпературной ванне и пропитка под давлением - применяют в зависимости от типа и условий службы конструкций.

Защита древесины от возгорания. Температура воспламенения древесины, соответствующая вспышке горючих газов, колеблется в пределах от 250 до 300⁰С в зависимости от породы дерева. Горят продукты термической деструкции древесины, образующиеся при нагревании её после удаления влаги, начиная с температуры 170⁰С. Интенсивное же выделение горючих газов происходит при 280⁰С. При температуре выше 350⁰С газы, выделяющиеся из древесины, воспламеняются даже при отсутствии открытого пламени.

Для предохранения от огня поверхность деревянных конструкций покрывают огнезащитными красочными составами или пропитывают антипиренами.Огнезащитное действие краски проявляется в том, что при пожаре краска пузырится, образующийся пористый слой замедляет нагревание древесины. Если же горючие газы все же образуются и прорывают красочное покрытие, то их воспламенение происходит на некотором удалении от поверхности деревянного элемента.

Защитное действие антипиренов основано на том, что некоторые из них при пожаре плавятся и древесина покрывается пленкой, затрудняющей доступ кислорода. Другие антипирены выделяют при нагревании негорючие газы, снижающие концентрацию кислорода в газовой среде вокруг конструкции. Антипиренами являются фосфорнокислые и сернокислые соли аммония. Сернокислый аммоний при нагревании диссоциирует и образовавшаяся сильная кислота дегидратирует слой древесины, который защищает внутреннюю необугленную древесину от сильного нагрева. Бура – борнонатриевая соль при нагревании выделяет пары воды и плавится, образуя пленку на поверхности древесины. Растворы антипиренов применяют для поверхностной обработки и пропитки древесины, используют для повышения огнестойкости древесины.