Способы защиты древесины от биологического разрушения

В процессе реставрации объекты или предметы из дерева, подвергаются обработке в нескольких направлениях — очищается поверхность, в случае мокрой древесины, выполняется обезвоживание или замещение воды, проводятся антисептирование, огнезащитная обработка, глубинная пропитка консервантами, защитная и декоративная обработка поверхности. При этом используются растворы консервантов в воде или органических растворителях.

Для получения максимального положительного эффекта защиту от возможного загнивания древесины необходимо начинать на стадии производства и хранения пиломатериалов. Если такую защиту не проводили и бревна, или брус не обработаны антисептиками, необходимо обязательно произвести защиту от влаги водоотталкивающими составами, в виде лаков, красок, или лессирующих составов. От конденсата на поверхности древесины защищает правильно сделанная гидроизоляция. Наибольший эффект достигается при двухслойной гидроизоляции. Первый слой размещается ближе к наружному, там, где поверхность подвергается воздействию низких температур, а второй — ближе к внутреннему, там, где теплая поверхность внутри помещения.

Важно своевременно обнаружить загнивание древесины и предотвратить ее дальнейшее распространение. Для этого необходимо ежегодно производить тщательный осмотр поверхностей всего деревянного здания. Признаками гниения древесины являются характерный запах гнили и белая, тонкая пленка, в местах, зараженных спорами гнили и плесени.

В зависимости, от размера и степени поражения участков необходимо произвести полную замену подгнивших деревянных конструкций или произвести обработку отбеливающими составами, с последующей обработкой антисептическими консервирующими средствами.

При разработке мер защиты от гниения нужно учитывать, что развития для гнилостного процесса необходимо одновременно наличие трех обстоятельств: воздуха, воды и умеренного тепла. При устранении одного из этих условий гниение приостанавливается. Особенно быстро загнивает дерево при переменной влажности. Например, столбы заборов чаще всего загнивают на уровне земли, а сваи мостов — выше поверхности воды, т. е. там, где чередуется омывание дерева водой и воздухом.

Таким образом, поддержание стабильного температурно-влажностного режима является важным фактором защиты от гниения.

Большое значение для поражения древесины билогическими разрушителями и предотвращения его имеет расстояние объекта от ближайшего водоема. По мнению практиков и экспертов протяженность опасной зоны, в пределах которой проявляется влияние водоема, достигает 500 метров. В СанктПетербурге эта проблема особенно остра, так как благодаря большому количеству рек и каналов в черте города, практически, весь центр его представляет собой сплошную зону повышенного риска биопоражения.

Некоторые факты указывают на наличие региональных особенностей билогичекого поражения.

Например, в болгарском городе Несебр, который расположен на маленьком острове, со всех сторон окруженном Черным морем, на деревянных конструкциях и каменных домах незаметны следы плесени и других биопоражений.

Рис. 1. Болгария. Несебр. Видно, что используется не в щадящем режиме, но биоповреждений нет

Аналогичная картина наблюдается на конструкциях из дерева и тростника в курортных отелях Египта, расположенных непосредственно на берегу Красного моря. Хотя даже на каменной облицовке дорожек на удалении в несколько сотен метров от берега моря там, где регулярно возникает увлажнение пресной водой, наблюдается появление зеленого слоя водорослей, несмотря на исключительно высокую интенсивность солнечного освещения и жару.

Рис. 2. Египет. Отель на Красном море. Около горшка следы воды и зелени от водорослей. Особенно в примыкании стены к полу

Таким образ, можно предполагать, что в указанных случаях фактором, снижающим риск биологического поражения конструкций, является соль, которая присутствует в морской воде.

Водоемы в СанктПетербурге, как известно, наполнены пресной водой – это может быть одним из факторов, благоприятных для распространения биологического поражения.

Аналогичная картина наблюдается в Индии. На деревянных и  каменных конструкциях построек отеля, расположенных не далее 100 метров от океана не наблюдается развития плесени и других видов биологических агентов. А на всех постройках деревни, расположенной по соседству, но на более значительном удалении от океана и среди густой растительности везде, а также в глубине страны наблюдалось очень интенсивное развитие черной плесени. По рассказам местных жителей достаточно одного года, чтобы плесень покрыла до 20% поверхности постройки (по визуальной оценке).

Рис. 3. Индия. Здание, пораженное черной плесенью

Следующие фото демонстрируют влияние солнечного освещения на обрастание поверхности объекта.

Рис. 4. Индия. Крыша постройки на самом берегу океана. Следы биопоражения полностью отсутствуют

На крышах построек, находящихся в Индии на берегу океана и на ярком солнце не видно никаких следов биологического обрастания. Наоборот, на следующих фото, где изображен фундамент ограды Санкт-Петербургского педагогического университета непосредственно на берегу реки Мойки, хорошо видны следы плесени и колонии мха. Интересно, что поверхность, которая в большей степени освещается солнцем, в меньшей степени заселена биологическими объектами. На другом участке, находящемся метрах в пятнадцати от первого, но постоянно затененном, биологическо е поражение заметно выше.

Приведенные фото показывают также, что биологически е объекты с большим успехом заселяют не только дерево, но и камень и даже металл.

Рис. 5. Санкт-Петербург. Плесень на ограде Педагогического университета

Рис. 6. СанктПетербург. Плесень на ограде Педагогического университета в тени

1. Конструктивная защита от гниения

Продуманная конструкция объекта является важнейшим условием защиты древесины от гниения. Конструкция должна обеспечивать поддержание стабильного воздушно-сухого состояния деревянных конструкций во время эксплуатации и должна нормально функционировать в течение всего срока службы постройки.

Основным средством в борьбе с гниением древесины является сохранение ее влажности в пределах воздушно сухого состояния (не выше 18%), то есть борьба с увлажнением древесины, если она сухая, и борьба за просушку древесины, если она влажная. Увлажнение может быть:

• непосредственное — капельно-жидкой влагой (атмосферной эксплуатационной, бытовой);
• биологическое — возникающее в процессе жизнедеятельности гриба,
• капиллярное — при капиллярном подсосе влаги из грунта или из каменной кладки; конденсационное — при осаждении влаги из паров окружающего воздуха на материал, имеющий температуру ниже «точки росы» этих паров.

Конденсационное увлажнение происходит при наличии температурного перепада в толще стен и покрытий, внутри конструкций и на их поверхности.

Конструктивные меры защиты должны предусматривать:

1. предохранение древесины от непосредственного увлажнения грунтовой, атмосферной или влагой от внутренних источников;
2. обеспечение достаточной термоизоляции (с холодной стороны), а в необходимых случаях и пароизоляции (с теплой стороны) стен, покрытий и других ограждающих частей отапливаемых зданий во избежание их переохлаждения, промерзания и возникающего от этого конденсационного увлажнения древесины;
3. обеспечение систематической просушки древесины в закрытых частях зданий и во внутренних полостях ограждений путем создания в них осушающего температурно-влажностного режима и вентилирования.

Для этого необходимо соблюдение следующих условий:

• несущие деревянные конструкции должны быть открытыми, хорошо проветриваемыми, доступными для осмотра;
• не допускается заделка в стены или покрытия отапливаемых зданий, конструктивных частей ферм, арок, составных балок; несущие деревянные конструкции должны располагаться целиком в пределах отапливаемого помещения или вне его, поскольку в зоне переменных температур образуется конденсат;
• в покрытиях зданий должны применяться чердачные конструктивные решения, обеспечивающие хорошую просушку несущих и ограждающих конструкций покрытий;
• при необходимости устройства совмещенных покрытий применяют беспустотные конструкции, не имеющие деревянных элементов в зоне низких температур;
• пустотные деревянные конструкции — стены, покрытия и др. делают с вентиляционными продухами, обеспечивающими просыхание древесины в толще конструкций;
• проветривание воздушной прослойки под настилом чистого пола должно быть обеспечено через щелевые плинтусы или через решетки в полу или стенах;
• деревянные утепленные перекрытия над холодным подпольем защищаются от гниения с помощью вентилирования подполья через специальные продухи в виде отверстий размером не менее 250х250 мм, расположенных в верхней части цокольной стенки не реже, чем через 5 м одно от другого; для защиты от конденсации или непосредственного увлажнения в местах соприкосновения древесины с каменной кладкой и массивными металлическими частями конструкций (например, опорными башмаками) древесину изолируют несколькими слоями толя на мастике с обработкой, прилегающих к кладке или металлу сторон элемента антисептической пастой;
• металлические части, проходящие сквозь стены и покрытия, во избежание появления на них конденсата защищают термоизоляцией с холодной стороны и пароизоляцией — с теплой;
• концы деревянных балок отапливаемых зданий при тонких стенах (не толще 2,5 кирпичей, укладывают в глухие гнезда на подкладку из двух слоев просмоленного толя, причем концы балок скашивают и на длине 75 см от торца обрабатывают антисептической пастой, включая торец, после чего покрывают смолой или битумом заделываемую часть балки (кроме торца); при толстых стенах (толщиной в 2,5 кирпича и более) концы балок опирают на закладные железобетонные консоли или укладывают в открытые гнезда с указанной выше обработкой концов, но без осмолки или обмазки битумом;
• в деревянных покрытиях рекомендуется не применять внутренние водоспуски, деревянные ендовы и фонари верхнего освещения, создающие опасность загнивания древесины;
• при необходимости устройства верхнего освещения применяют фонари с вертикальными остекленными стенками, облегчающими отвод атмосферной и конденсационной влаги;
• в санитарных узлах, банях, прачечных и других местах с повышенной влажностью воздуха и опасностью непосредственного увлажнения древесины, а также в зданиях с относительной влажностью воздуха выше 70% необходимо избегать применения деревянные конструкции.

Антисептическая (химическая) обработка элементов деревянных конструкций производится:

• а) когда конструктивными мерами нельзя предотвратить их длительное или периодическое увлажнение;
• б) при повышенной начальной влажности древесины или соприкасающихся с ней материалов и заполнителей, когда просыхание их в зданиях и сооружениях происходит замедленно;
• в) при ремонтных и восстановительных работах в зданиях и сооружениях, в которых обнаружено развитие дереворазрушающих грибов или насекомых.

Способы антисептирования отдельных элементов выбираются в зависимости от рода сооружения, вида конструкций состояния влажности древесины и пр. В СНиП и «Инструкции по защите от гниения…» И 119-56 рекомендуются следующие способы антисептической обработки деревянных элементов:

• пропитка под давлением,
• пропитка в горяче-холодных ваннах,
• пропитка в высокотемпературных ваннах,
• покрытие антисептическими пастами,
• сухое антисептирование,
• поверхностное антисептирование.

Антисептиками служат химические вещества, подавляющие развитие спор и грибов на поверхности и в массиве древесины. Особенности применения антисептиков могут несколько различаться для разных составов, поэтому целесообразно руководствоваться инструкцией, прилагаемой к конкретному препарату.

2. Народные и исторические средства защиты древесины

Обработка древесины с целью защиты от гниения применяется с очень давних времен. Уже упоминалось, что поморы использовали для этого обыкновенную соль. Нарду с ней использовались и другие доступные вещества, консервирующие и бактерицидные свойства которых были известны.

Обработка медным купоросом

К числу старинных бактерицидных средств относятся соединения меди, наиболее доступным из которых является медный купорос.

Технология обработки предельно проста: бревно или другая деревянная деталь с помощью тряпки или кисти смачивается раствором медного купороса, а затем хорошо просушивается. Обработка занимает сравнительно немного времени, но хорошая просушка очень важна для обеспечения сохранности материала в дальнейшем.

Обработка маслом и прополисом

Обработка маслом и масляными растворами прополиса также относится к числу давно известных методов защиты древесины. Однако, этот метод значительно дороже, так как расходуются более дорогие материалы.

Процедура обработки заключается в пропитке верхней части древесины чистым маслом или маслом с добавлением прополиса. Образующаяся при этом пленка значительно улучшает декоративные свойства изделия, дает хорошую защиту от влажности и других климатических факторов, но повышает риск возгорания объекта.

Механизм действия масляных составов до примитивного прост. Масляные составы очень хорошо смачивают биологическую ткань и препятствуют ее контакту с водой. Кроме этого в масле очень плохо растворяется кислород. Поэтому, когда биологический организм теряет контакт с водой и кислородом воздуха, также кислородом, растворенным в воде, он погибает от удушья.

Аналогичным по назначению и применяемым материалам является процесс обработки древесины вареным маслом или олифой, который упоминается уже в первых государственных строительных нормативах России – Урочном положении, Высочайше утвержденном 17 апреля 1869 года, а также Урочном положении под редакцией графа деРошфора.

Олифа изготавливалась из льняного масла. В нее в качестве специальных добавок вводили и другие растительные масла. В Урочном положении указывается, что фабричная олифа, сваренная перегретым паром сохнет медленнее, чем сваренная на открытом огне.

После пропитки производилась окраска изделия.

Окраска производилась после обязательной жирной грунтовки олифой и шпаклевки. Наружная шпаклевка обязательно должна была быть масляная, а внутри помещения допускалась – клеевая. Осенняя покраска построек считалась предпочтительнее, так как при этом краска меньше выгорает.

Внутренняя масляная окраска отличалась главным образом тем, что окрашенную поверхность потом шлифовали пемзой. Для получения матовой поверхности в краску добавляли скипидар или воск.

Для защиты пола применялось вощение его мастикой следующего состава:

• Вода – 1 ведро поташ – 0,02 пуд.
• Воск – 0,12 пуд.
• Куркума (для цвета) по желанию.

Текущий уход за полом заключался в промывании его водой, циклевки во влажном состоянии, а затем вощении мастикой следующего состава:

В Урочном положении 1916 года для защиты паркета от гнили предписывалось укладывать его на черный пол, предварительно промазанный горячим асфальтовым гудроном.

Нужно отметить, что даже в конце 19 века защита древесины от гниения не рассматривалась в качестве важной технологической проблемы, и, соответственно, этот вопрос специально не рассматривался в профессионально ориентированных изданиях. Обсуждение ограничивалось декоративной отделкой изделий – окраской, имитацией ценных пород древесины на изделиях из дешевого дерева.

Уже упомянутые Урочные положения в ряду публикаций выделяются подробным освещением вопросов, связанных со строительством. В частности, в издании 1887 года упоминаются шведский и финский составы для защиты древесины от гниения, которые применялись наряду с промасливанием.

Шведский состав

• Мука (ржаная или пшеничная) – 1100 гр.
• Железный купорос – 500 гр.
• Поваренная соль – 500 гр.
• Сухой известковый красящий пигмент – 500 гр.
• Олифа натуральная – 500 гр.
• Вода — около 9 литров.

Из муки и 6 литров воды (кипятка) приготавливают клейстер. Затем в горячим клейстере последовательно растворяют соль, железный купорос, и добавляю пигмент. Затем при интенсивном помешивании добавляют олифу и оставшуюся горячую воду. Воду добавляют до малярной консистенции. Раствор используют непосредственно после приготовления.

Финский состав

Известно, что масляная краска не пропускает влагу, которая скапливается под ней, создавая благоприятные условия для развития микроорганизмов, разрушающих древесину. Более хорошие свойства имеет дышащий финский состав.

Финский состав для окраски и защиты древесины от гниения:

• мука ржаная или пшеничная — 720 г,
• железный купорос — 1560 г,
• поваренная соль — 360 г,
• сухой известковый пигмент — 1560 г, вода — 9 л.

Важно строгое соблюдение технологии приготовления финского состава. Сначала готовят клейстер. Берут муку, постепенно добавляют холодную воду с тем, чтобы довести муку до консистенции густой сметаны. Остаток от 9 л воды доливают в горячем состоянии. Теперь клейстер процеживают и ставят на огонь. Постоянно помешивая, добавляют соль, затем железный купорос, сухой известковый пигмент. Теперь вливают остаток воды (горячей) для получения рабочего малярного состава. Наносят на поверхность кистью в два захода. Расход раствора — 300 г на квадратный метр. Если же дом или штакетник был ранее окрашен масляной краской, её необходимо полностью счистить. Грунтовка не требуется.

Штакетник, обработанный финским составом, может простоять без ремонта до 20 лет.

Известен ряд народных средств защиты древесины, пригодных для работы с малоразмерными изделиями.

Для того чтобы деревянное изделие не растрескивалось и не крошилось на кусочки, его вываривали в течение 1-2 часов в растворе зольной щёлочи. После этого — высушивали, и, если требовалось, продолжали обработку более тонких деталей (вырезали мелкие «фитюлечки»).

Зольная щёлочь — это стародавний рецепт наших предков, использовавшийся и для стирки тканых изделий, и для обработки деревянных изделий. Делается щёлочь просто — сжигаются дрова (читал, что лучше всего — берёза) до состояния белого пепла (золы). Пепел (зола) заливается водой, в которую, в ходе вымачивания, переходят все щелочные группы веществ. После этого, осадок можно использовать на удобрения для почвы (он не опасен для растений, поскольку не содержит «мыла»), а воду — для стирки или для обработки древесных изделий.

В крепком отваре измельчённой дубовой коры наши предки либо кипятили (время точно не помню — кажется пару часов), либо вымачивали (тут время запомнил — сутки) изделия не только из дерева, но и всякие плетённые — из лыка, льна, конопли, тростника (весь список не помню). Дубильные вещества укрепляли изделие настолько, что, например, канаты и верёвки, повышали свою прочность на порядок. Кроме того, дубильные вещества представляют собой природные консерванты.

Обмазка горячим битумом уже упоминалась как средство для сохранения долговечности деревянных лодок.

Популярный, дешевый и эффективный способ обработки – пропитка древесины отработанным машинным маслом. Его существенные недостатки – грязный цвет изделия и сильный запах.

Обработка берёзовым дёгтем или еловой живицей — старинный и проверенный способ. Эти смоляные составы обладают высокой защищающей способностью от грибков и жучков, но они очень маркие, липкие, имеют сильный запах. Поверх них нельзя выполнять декоративную обработку древесину — красить, шлифовать и т.п. Такая обработка увеличивает горючесть изделия. Поэтому дегтем и смолой живицы обрабатывают подземные части деревянных конструкций и не используют для внутренних работ.

В сухом дереве вода быстрее всего распространяется с торца по капиллярам. Поэтому в одном из способов защиты торцов деталей применяется «расклепывание» ударами резинового или деревянного молотка поверхности торца. Капилляры в таком месте разрушаются и препятствуют легкому испарению влаги. Это сохраняет торцы более прочными и не дает им растрескаться. Дополнительную защиту можно прибавить к поверхности деревянных деталей путем обжига паяльной лампой. Тонкий слой обугленной древесины обладает бактерицидными свойствами, кроме того дополнительно разрушаются капилляры.

Известно, что с северной стороны дерево всегда имеет более плотную древесину (это хорошо видно на поперечных спилах), которая является естественной защитой. Поэтому опытные строители при рубке бревенчатых домов кладут бревно северной частью наружу, используя уже имеющуюся «пассивную» защиту от гниения. Даже пиленый брус, положенный более плотной гранью наружу, будет более устойчив к условиям внешней среды.

В деревне для защиты домов использовали навозно-глиняные «болтушки», замешанные в равной пропорции (1:1). В шутку говорили, что с навозом глина держится крепче, но на самом деле находящаяся в свежем коровьем или лошадином навозе микрофлора патогенна для спор сапрофитных грибов. При добавлении в неё извести (естественно, гашеной) или мела получается стойкая побелка, которой красили стены мазанок или белили стволы деревьев. Навозноглиняной «болтушкой» в чистом виде или с добавлением печной золы, извести-мела, мелко нарубленого сфагнума обрабатывали основания опорных столбов.й

Интересным составом является суперфосфатная обмазка, которая получается из суперфосфата и воды в соотношении 70 частей к 30. Наносится тоже, как правило, в два слоя, которые дают 3 мм слоя.

Популярны также следующие народные антисептические средства:

Использование дегтя в скипидаре.

Обработка парафином либо расплавленным воском. Обработка раствором карболки.

Использование дихлофоса (хлорофоса).

Однако все они, кроме парафина и воска, содержат высокотоксичные вещества.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что следует придерживаться основных требований перед обработкой древесины:

Запрещается обрабатывать замороженную древесину.

Если поверхность ранее покрывалась краской либо лаком, необходимо тщательно обработать древесину – зашкурить либо отциклевать, что бы поверхность имела равномерную впитывающую способность.

Оптимальная температура, при которой можно проводить обработку составляет +20 +25°С.

Допускается обрабатывать материал в пределах от +10 до +40°С, но не в коем случае не ниже +5°С. Обрабатываемая поверхность древесины должна быть чистой и сухой.

Для реставраторов может представлять большой интерес информация о способах защиты древесины, которые в настоящее время не употребляются.

Во Франции, для предохранения кольев забора их пропитывали в растворе медного купороса в течение 2-3 дней, а затем осмаливали горячей смолой. Необходимо, однако, иметь в виду, что предохранение дерева от гниения медным купоросом может быть рекомендовано далеко не для всех пород; например, для древесины дуба, сосны лучшего качества данный способ малопригоден. Его рекомендуют только для пород, легко впитывающих жидкость, как, например, для древесины ивы.

Опыты показывают, что ивовые колья, пропитанные водным раствором медного купороса, при равных климатических условиях, служат наравне с кольями из дуба. Но дело в том, что с течением времени вода постепенно вымывает из древесины медный купорос, так что через 6 — 8 лет рекомендуют колья подвергать новому пропитыванию. Вторичного пропитывания медным купоросом можно избежать, если вслед за первой обработкой кольев вышеуказанным способом их затем осмолить — смола, укрепляя древесину, препятствует воде растворять купорос, и в этих условиях колья могут служить не 6 — 8, а 12 — 15 и более лет.

Обугливание и смазывание скипидаром соответствующих частей. Обугленную часть дерева погружают в ведро со скипидаром, дают ему хорошенько всосаться, а затем закапывают в землю.

Этот способ еще лучше применения медного купороса и смолы.

В Америке произведены опыты пропитывания дерева расплавленной серой с целью предохранения его от гниения и вообще для повышения его прочности. Дерево погружают в большие чаны с расплавленной серой. После пропитывания серой, дерево становится более прочным, и увеличивается его сопротивление сжатию.

Действие серы на дерево отличается от действия креозота и других пропиточных средств. Сера в дереве вновь переходит в кристаллическое состояние, закупоривает его поры и при обыкновенной температуре из него не удаляется. Сера предохраняет дерево от порчи его грибками, вредителями и др., так как не дает им возможности проникнуть внутрь древесины.

Простейший способ предохранить дерево не только от загнивания, но и от сгорания заключается в обмазке его жидким стеклом. Применять жидкое стекло необходимо, разбавив его водой до необходимой степени текучести.

Нанеся на поверхность дерева слой раствора, дают ему проникнуть в поры и просохнуть, затвердеть. Точно так же наносят затем поверх первой обмазки второй слой жидкого стекла, а потом, третий и четвертый, давая каждый раз нанесенному раствору совершенно просохнуть. Обработанные таким путем деревянные части становятся огнеупорными и негигроскопичными.

Для предохранение дерева от влияния сырости, кислот и щелочей после 2 — 3-х недельного высушивания на воздухе его смазывают при теплой сухой погоде раствором парафина при помощи кисти или щетки до тех пор, пока раствор еще всасывается; 24 часа спустя повторяют смазывание, а еще через сутки смазывают в третий раз.

Для приготовления раствора парафин плавят на умеренном огне при постоянном помешивании на открытом воздухе, пока масса не станет по краям застывать, тогда прибавляют петролейного эфира или сернистого углерода и размешивают до совершенного растворения. Полученный раствор сохраняют в хорошо закупоривающихся сосудах. Применяется парафин, расплавленный с равными частями льняного или сурепного масла.