Impregnacja tarcicy konstrukcyjnej
w praktyce budowlanej
Łatwe nanoszenie, głęboka penetracja i wieloletnia ochrona
to typowe slogany reklamowe środków chemicznej ochrony drewna. A jak jest w
praktyce?.
Streszczenie
W artykule przedstawiono metody zabezpieczenia chemicznego
drewna z punktu widzenia praktyki na budowie. Pokazano sposoby radzenia sobie
na budowie z koniecznością impregnacji oraz jak w prosty sposób
skontrolować jakość wykonanego zabiegu
impregnacji chemicznej drewna. Aby rozjaśnić zagadnienie, na wstępie omówiono
podstawowe właściwości drewna, które wpływają na jakość impregnacji oraz co
mówią na ten temat normy. Na koniec przedstawiono przykłady uszkodzeń drewna
zabezpieczonego chemicznie różnymi metodami impregnacji.
Budowa drewna
Drewno w postaci tarcicy konstrukcyjnej i ogólnobudowlanej
to nic innego jak materiał pozyskany z rosnących drzew poprzez ich ścięcie i
przetarcie na żądane wymiary. Wilgotność tkanki drzewnej w drzewie rosnącym
może przekraczać 200 %. Najczęściej
pozyskane drewno tartaczne ma wilgotność
60-40% i nie nadaje się do zastosowania jako tarcica konstrukcyjna. Dopiero po
wysuszeniu tarcicy do poziomu zakładanego w projekcie (zwykle jest to 15-18%) możemy zacząć
stosować ją w budownictwie. Najczęściej
spotykanymi na budowie gatunkami drewna
są sosna, świerk ,rzadziej modrzew czy dąb. Wszystkie te gatunki należą do
rodzaju drzew twardzielowych. Najstarsze, wewnętrzne słoje drewna ulegają
procesowi twardzielowania, czyli tak jakby drzewa wyłączają dane słoje
użytkowania. Towarzyszą temu zmiany chemiczne oraz zatykanie wcistkami przejść
pomiędzy komórkami. Zwiększa to znacznie odporność drewna twardzielowego na
ataki grzybów i owadów technicznych szkodników drewna. Każdy chyba widział
deski czy meble sosnowe, gdzie na powierzchni widać wyraźną granicę pomiędzy
strefą ciemnoczekoladową a jasnożółtą. Ciemna strefa to strefa twardzieli a
jasna strefa to strefa bielu. Uwaga. Proszę nie mylić bielu i twardzieli z
przyrostem rocznym zwanym słojem. W każdym roku pień drzewa przyrasta na
grubość o jeden słój. Słój roczny składa się z jasnej strefy drewna wczesnego
(przyrost wiosenny) i ciemnej strefy drewna późnego (przyrost letni). Słoje
drewna to jedno a strefa bielu i twardzieli to drugie ( fot.7). Dla sosny strefa bielu jest szeroka, bo
zajmuje zwykle 20-40 słojów od strony
kory. W drewnie świerka twardziel nie jest zabarwiona i dla tego deski
świerkowe są pozornie jednolite. W
drewnie modrzewia występuje wąski biel ,bo jest to zaledwie 5-7-10 słojów od
strony kory. Wpływa to na ilość strefy
bielu w ogólnej objętości tarcicy. Tarcica sosnowa pozyskiwana z młodych drzew
ma bardzo duży udział bielu natomiast tarcica modrzewiowa z reguły ma mały lub
śladowy udział bielu. W drewnie dębu zauważymy wąska strefę obwodową, która
jest wyraźnie jaśniejsza. To biel dębu zawierająca zwykle 5-10 słojów
obwodowych. W przypadku drewna iglastego, czyli sosny, świerka czy modrzewia,
biel nie jest odpadem, tak w przypadku dębu, biel ma tak niskie wskaźniki
odporności, iż powinien być usuwany z elementów konstrukcyjnych. Ilość twardzieli w elemencie wskazuje na
możliwość impregnacji elementu. Każdy element może mieć inne właściwości z
uwagi na inny udział procentowy drewna twardzielowego. Na rysunku nr 1
przedstawiono typowy schemat przetarcia drewna okrągłego na tarcicę. Proszę
zwrócić uwagę na ilość twardzieli w elementach
obrzynanych. Kolorem białym zaznaczono strefę wewnętrzną pnia czyli
twardziel, która słabo lub w ogóle nie podlega nasączeniu środkami chemicznymi.
Kolorem brązowym zaznaczono strefę bielu, łatwo dającej się nasączyć. Jak
widać, z jednej deski możemy uzyskać trzy łaty o diametralnie różnym udziale
bielu. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na budowę drewna. Najprościej można
drewno porównać do wiązki rurek. Na płaszczyznach bocznych drewno jest bardziej
oporne na impregnację niż jego końce, gdzie otwarte naczynia zasysają impregnat
do wnętrza drewna. Końce tarcicy zawsze maja większy udział penetracji środka
chemicznego niż warstwy drewna w środku przysłowiowej deski. Dlatego robienie
badania wnikania impregnatu na próbce pozyskanej z samej końcówki deski jest
błędne. A co na to mówią normy? Z punktu widzenia praktyka, jedyna norma
opisująca problem impregnacji to PN-EN 350-2 „Naturalna trwałość drewna litego”.
Opisane są w niej realne możliwości nasycenia tak bieli jak i twardzieli
poszczególnych gatunków drewna używanego w Polsce. Jest to bardzo ciekawa
lektura zmieniająca punkt widzenia na sprawy impregnacji drewna budowlanego.
Podzielona tam wszystkie gatunki na cztery klasy, czyli na łatwe do nasycenia,
średnio łatwe do nasycenia, trudne do nasycenia i bardzo trudne do nasycenia. Co
ciekawe, norma podaje, iż w czwartej klasie nasycalności, drewno jest
praktycznie nieprzepuszczalne dla cieczy impregnacyjnej i nawet po 3-4 h
impregnacji ciśnieniowej ilość zaabsorbowanego środka jest znikoma. Trzeba dodać, iż jeden gatunek drewna może
mieć strefę bielu i twardzieli , które mają zupełnie różne klasy nasycalności.
Tak wiec jeden gatunek może się nasycać częściowo łatwo a częściowo trudno. Dla
przykładu drewno twardzielowe sosny ma czwartą klasę nasycalności ( bardzo
trudne do nasycenia) a drewno bielu ma pierwszą klasę nasycalności (łatwe do
nasycania). Poza tym, trzeba cały czas myśleć i przyglądać się tak materiałowi
impregnowanemu jak i dostępnym na budowie środkom ochrony. Nowoczesne
substancje biobójcze charakteryzują się bardzo mała szkodliwością dla ludzi.
Niestety rozcieńczalnik, czyli główny składnik płynu impregnacyjnego to zwykle
silna trucizna. Dlatego smarując czy opryskując drewno nie zatrujemy się
tebukonazolem, a oparami ropopochodnego rozcieńczalnika. Drewno suche można
łatwo zaimpregnować środkami rozpuszczalnikowymi, ale w drewno mokre
rozpuszczalnik w postaci (mówiąc w uproszczeniu) benzyny nie ma szansy wniknąć
w drewno. Do drewna mokrego należy użyć impregnatu wodorozcieńczalnego i wtedy
na zasadzie `zjawiska dyfuzji, czyli wyrównywania stężeń, środek solny migruje
do wnętrza drewna, impregnując go przy okazji. Oczywiście impregnaty wodorozcieńczalne
zwane wodnymi można stosować także do drewna suchego i wtedy następuje migracja
tak dyfuzyjna jak i kapilarna ( zasysanie kapilarne).
Drewno
zbudowane jest z rurkowatych komórek, co powoduje zasysanie kapilarne i łatwą
penetracje środków ochronnych w czołach tarcicy.
|
 |
| Rys.1. Strefa bieli i twardzieli w drewnie. Jasna strefa to
trudno nasycalna twardziel. Kolorem brązowym zaznaczono nasyconą środkiem biobójczym
biel. Proszę zwrócić uwagę na udział
nasączonego drewna w zależności od miejsca pozyskania z pnia. Część elementów będzie zaimpregnowanych w całości, część tylko w połowie a część zaledwie powierzchniowo. Wszystko zależy od udziału twardzieli w drewnie. Szczególnie widać to w przypadku impregnacji drewna modrzewia, sosny, świerka i jodły. |
Metody impregnacji
tarcicy
Metod impregnacji jest naprawdę dużo. Z tego tylko nieliczne
znajdują zastosowanie w praktyce budowlanej. Dlatego wszelkie metody typu
fumigacja w gazach neutralnych, gazowanie Rotanoxem, zastrzyki metodą Cobra,
wypieranie soków metodą Boucherie czy odymianie paloną siarką lub tlenkiem
arsenu po prostu pominiemy. Najprostszym i często stosowanym na budowach
zabiegiem impregnacyjnym jest smarowanie lub oprysk. Przy małych powierzchniach
można pokusić się na smarowanie drewna pędzlem. Jednak zwykle używa się do
aplikacji środków biobójczych opryskiwaczy ogrodniczych lub pistoletów
malarskich( fot.1). Oprysk jest tak samo wydajny technologicznie jak smarowanie
a znacznie skraca czas wykonywania zabiegu oraz możemy dotrzeć ze środkiem do
trudno dostępnych miejsc ( np. w więźbie). Efektywność tego zabiegu nie jest
duża. Zwykle środek wnika tylko powierzchniowo. Jest to jednak doskonała
ochrona przed nowym zasiedleniem drewna przez owady oraz szeroko stosowana przy
zabezpieczeniu drewna przed siniznami.
Drugi , często spotykany system impregnacji polega na zanurzaniu partii tarcicy
w pojemnikach zawierających środek biobójczy. Jest to powszechnie stosowana
metoda w tartakach. Czasami jednak potrzeba chwili wymusi na nas potrzebę zaimpregnowania elementów przez zanurzenie na
palcu budowy. Najlepiej użyć do tego
celu koryta zbitego z desek lub rowu ziemnego, wyłożonych szczelnie grubą folią
budowlaną. Jeszcze 20-30 lat temu był to
często spotykany obraz na polskich budowach.
Czas impregnacji oraz stężenie środka to kwestia parametrów zapisanych
na opakowaniu. Z doświadczenia wiem ,iż przedłużenie czasu impregnacji powoduje
proporcjonalne zwiększenie głębokości wnikania środka w drewno, ale jak to
mówią młodzi, szału nie ma. Głębokość wnikania preparatów to zaledwie 2-5 mm w
drewnie bielu. Dodatkowo tarcica podniesie swoją wilgotność i trzeba ją znowu
dosuszać i sezonować po zabiegu. Następnym, może już mało znanym systemem
impregnacji jest kąpiel gorąco-zimna. Tak można zaimpregnować paliki lub
końcówki pali wbijanych w ziemię. Metoda jest stosunkowo prosta, ale dość
uciążliwa. Potrzebne są dwie beczki po
oleju lub spawane zbiorniki, kilka bloczków fundamentowych i zapas drewna na
opał. Do jednej beczki wlewamy środek biobójczy . Beczkę ustawiamy na
bloczkach, aby można było pod nią zapalić ognisko. Podgrzewamy środek biobójczy
do temperatury 50-70- 90’C ( Uwaga na środki rozpuszczalnikowe i oleiste. Wielu
z nich nie wolno ogrzewać do podanych wartości z racji ich łatwopalności). Do
rozgrzanego zbiornika z cieczą wrzucamy paliki lub wkładamy końcówki pali,
które chcemy zaimpregnować. Następnie trzeba odczekać od 30 do 240 min. W tym
czasie drewno ulega nagrzaniu. W drugiej beczce przygotowujemy zimny roztwór tego
samego impregnatu. Następnie rozgrzane elementy z pierwszej beczki zanurzamy w
drugiej, zimnej beczce. Zmiana temperatury powoduje zmiany ciśnienia powietrza
w drewnie, co powoduje zassanie impregnatu do wnętrza drewna. Przy odrobinie szczęścia możemy uzyskać efekt
prawie podobny do impregnacji ciśnieniowej. Oczywiście użycie słowa „prawie”
jest w tym przypadku właściwe. Metoda kąpieli gorąco-zimnej jest dużo
skuteczniejsza od systemów opartych na smarowaniu, oprysku czy zanurzaniu. Można
też zaimpregnować końcówki pali jednoetapowo. Po prostu po ogrzaniu w
impregnacie, wygasić ogień i pozostawić pale w roztworze aż do ostygnięcia.
Niestety to znacznie wydłuża proces.
Impregnacja
ciśnieniowa daje najlepsze rezultaty spośród wszystkich metod impregnacji.
|
Impregnacja ciśnieniowa to ogólna nazwa kilku rodzajów
procesów wprowadzania cieczy impregnacyjnej do drewna przy zastosowaniu próżni
oraz nadciśnienia. Niestety nie jesteśmy w stanie zrobić tego na budowie.
Ogólnie rzecz biorąc, przy dobrze prowadzonym procesie oraz braku oporu drewna
przed impregnacją, możliwe jest zaimpregnowanie elementu na całym jego
przekroju. Niestety jest to przypadek bardzo rzadki. Zwykle impregnat penetruje
jedynie część bielastą drewna. Na fotografii nr 1 przedstawiono typowy obraz
wnikania impregnatu w drewno pali wykonanych z młodych sosen. Ilość impregnatu
jest większa przy powierzchni drewna. Wnętrze takich elementów często wykazuje
brak impregnacji. Impregnację ciśnieniową przeprowadzają jedynie wyspecjalizowane
firmy. Jest to podyktowane tak posiadaniem autoklawu jak i licencji na
możliwość stosowania specjalistycznych środków biobójczych, których nie ma w
wolnym handlu.
Jest jeszcze jedna metoda, o której mało kto pisze. Są to tak
zwane ”borpatrony”. Jest to sztyft sprasowanej soli biobójczej, który umieszcza
się w elemencie narażonym na ewentualny atak grzybów domowych. Najczęściej
stosuje się to w podwalinach. Wierci się w podwalinie serię otworów
nieprzelotowych i umieszcza w nich sztyfty solne. Następnie otwory zamyka się
kołkiem drewnianym. Dopóki drewno jest suche, sztyft umieszczony w drewnie jest
nieaktywny. W przypadku zawilgocenia drewna (uszkodzenie barier lub atak
grzybów domowych) następuje rozpuszczenie się sztyftu i rozprzestrzenienie się
środka biobójczego siłami dyfuzji, co powoduje zatrzymanie ewentualnego ataku
grzybów. Metoda bardzo prosta i często stosowana w przypadku remontów obiektów
zabytkowych. Niektórzy sami robią „borpatrony”
zasypując sole boru do nawierconych wcześniej otworów i ubijają je prętem metalowym. Następnie otwór jest
kołkowany. Jest to jednak proces generujący dużą ilość godzin pracy.
Można
samodzielnie sprawdzić głębokość penetracji środka impregnującego.
|
Sprawdzanie
skuteczności impregnacji
Prawidłowe sprawdzenie skuteczności impregnacji polega na
badaniu próbek w laboratorium. W praktyce nikt tego nie robi. Najczęściej
drewno impregnowane ma koloryzowana powierzchnię i to jest jakby świadectwem
wykonania zabiegu. Dodatek barwnika pozwala skontrolować pracowników, czy w
ogóle wykonali impregnację. Pewnie
stosujecie to Państwo przy malowaniu konstrukcji stalowych, gdzie każda warstwa
ma inny kolor i od razu widać, czy robota była wykonana. Niestety jak w każdej
branży, jakiś promil firm może próbować zmniejszyć koszty impregnacji i zamiast
środka biobójczego (najwyższy koszt) zastosuje jedynie rozcieńczony barwnik. Na
pozór wszystko jest OK, ale czasami dociekliwy inżynier chce sprawdzić jakość
impregnacji i co wtedy? Na szczęście istnieje wiele metod poligonowych, które
można przeprowadzić w baraku na budowie. Potrzebne odczynniki chemiczne można
kupić w sklepach wysyłkowych i w tej chwili nie jest to problem. Zawsze sprawdzamy głębokość penetracji na
przekroju poprzecznym drewna. Najlepiej próbkę pozyskać z przeciętej na pół
łaty czy odciętego końca belki. Poniższe receptury to typowe składy mikstur
wzorcowych stosowanych np. przez studentów technologii drewna w ramach ćwiczeń
z ochrony drewna oraz osoby odbierające drewno impregnowane z tartaku czy firmy
impregnującej ciśnieniowo.. Oto przepisy
dotyczące trzech popularnych środków ochrony drewna.
- wykrywanie głębokości penetracji środków opartych na
związkach miedzi. Jest to główny składnik
środków biobójczych stosowanych do impregnacji ciśnieniowej drewna.
Potrzebujemy mieszaniny 100 ml alkoholu izopropylowego, 100 ml wody
destylowanej i 1 g dwufenylokarbazydu.
Mieszanina wspaniale barwi strefę zaimpregnowaną na kolor fioletowo
czerwony ( fot. 2).
- wykrywanie środków solnych opartych o związki boru.
Niestety musimy użyć dwóch roztworów. Pierwszy roztwór przygotujemy
rozpuszczając 6 g kwasu salicylowego
w 80 cm3 alkoholu etylowego.
Nastepnie dodajemy 20 cm3
stężonego kwasu solnego. Drugi
odczynnik przygotujemy z kurkuminy. W 50
cm3 alkoholu etylowego o temperaturze około 40’C rozpuszcza się 10 g kurkuminy. Po rozpuszczeniu dolewamy
alkoholu etylowego aż do uzyskania objętości 100 cm3.
Najpierw na drewno nanosimy roztwór pierwszy i czekamy aż roztwór wchłonie się
w drewno. Następnie nanosimy roztwór drugi, który zabarwi impregnat na kolor
czerwony.
- wykrywanie środków opartych o czwartorzędowe sole amoniowe. W tym wypadku należy sporządzić
odczynnik na bazie 74,9% wody destylowanej , 20% alkoholu etylowego, 5 % kwasu
octowego oraz 0,1% błękitu bromofenolowego.
Po nałożeniu odczynnika na drewno, strefa zaimpregnowana zabarwi.
Realne skutki
działania środków biobójczych w drewnie
Jedna z najstarszych metod ochrony drewna przed grzybami było opalanie. Pomimo
rozpowszechniania wspaniałych opowieści na forach internetowych, o cudownych
właściwościach opalania, metoda ta została dawno zaniechana z uwagi na
kłopotliwość stosowania oraz bardzo niską skuteczność ( fot.2). Inną ludową
metodą ochrony drewna było smarowanie drewna konstrukcyjnego olejem skalnym
(Galicja), przepalonym olejem silnikowym lub nawet olejem napędowym. Osobiście
widziałem w latach 70. I 80. XX w. takie praktyki. Niestety oleje nie mają właściwości
biobójczych. Jedynie mogą lekko hydrofobizowac powierzchnię drewna przez co
mniej wilgoci może wnikać do wnętrza elementu i tym sposobem zmniejsza się
podatność drewna na zasiedlenie przez grzyby. Impregnacja poprzez smarowanie
oraz oprysk zabezpiecza nam jedynie powierzchniowe warstwy drewna, zwykle jest
to realnie mniej niż 1 mm. Przesadzam? Niespecjalnie. Proszę wziąć kawałek
drewna impregnowanego tą metoda środkami z dodatkiem barwnika i zeskrobać
powierzchnię. Pod cienką warstwą zabarwiona podczas impregnacji znajdziecie
czyste, surowe drewno. Jednak zabezpieczenie powierzchniowe często daje
doskonała barierę przeciwko atakowi owadów technicznych szkodników drewna.
Ważnym i często zaniechanym na budowie
procesem jest impregnacja
„odciętych końców”. Co z tego, że łata czy belka jest zaimpregnowana
powierzchniowo, jak po przycięciu na długość pozostawimy niezabezpieczone końce? To jak otwarcie szeroko drzwi z zaproszenie
dla owadów i grzybów. Jak już pisałem,
środki biobójcze wchodzą w drewno bielaste ,a niechętnie lub w ogóle nie
penetrują drewna twardzielowego. I tu zaczynają się problemy nawet z elementami
impregnowanymi ciśnieniowo. Dochodzi do ataku grzybów na strefę twardzielową i
po paru latach element o wspaniałym wyglądzie okazuje się być rurą lub rynną
(fot.4) Warto zachowywać czujność przy sprawdzaniu konstrukcji drewnianych.
Wiele świetnie wyglądających konstrukcji może być znacznie uszkodzona i tak
naprawdę pusta w środku. Sprawdzenie stanu drewna wewnątrz przeprowadza się na
przykład przy pomocy rezystografu oporowego, ale to już temat na osobny
artykuł. Elementy impregnowane ciśnieniowo także ulegają korozji biologicznej.
Nie ma cudownego środka zabezpieczającego drewno dożywotnio. Jakość i ilość
wtłoczonego w drewno środka biobójczego jedynie oddala widmo rozkładu na
dłuższy okres czasu. Na fotografii nr 5 widzimy owocnik grzyba atakującego
słupek impregnowany ciśnieniowo. Jeżeli grzyb wytwarza owocnik, to znaczy, że
zadomowił się już w drewnie na całego. Na fotografii nr 6 widzimy obraz
zniszczeń drewnianych podkładów
kolejowych, które pomimo zastosowania naprawdę agresywnych środków i tak po
latach uległy naporowi grzybów. Jak widać z powyższych rozważań, optymistyczne
slogany firm produkujących chemię ochronną do drewna powinny być traktowane z
większą rezerwą . Dobrej jakości środki, zastosowane zgodnie z logiką i
instrukcja użytkowania, wydłużają czas użytkowania drewna do rozsądnego i
akceptowalnego finansowo czasu. Niestety nie zabezpieczają drewna dożywotnio.
Literatura
1.Norma PN-EN 350-2 „Naturalna trwałość drewna litego”
2.A.Krajewski, P.Witomski „Ochrona Drewna” Wydawnictwo SGGW
2003
3.B.Andres, A.Krajewski, P.Witomski „Przewodnik do ćwiczeń z
ochrony i konserwacji drewna” Wydawnictwo SGGW 2008
4.Praca zbiorowa „Ochrona budynków przed korozją biologiczną” Arkady 2001
5.B.Zyska „Zagrożenia
biologiczne w budynku” Arkady 1999
6.K.Gartwright, W.Findlay „Rozkład i konserwacja drewna”
PWRiL 1951
7.K.Kopeć „Drewno. Właściwości i zastosowanie” Tom I. 2017
8.Norma PN-EN 460 „Naturalna trwałość drewna litego. Wytyczne
dotyczące wymagań w zakresie trwałości drewna stosowanego w klasach zagrożenia”
 |
| Fot.1 Impregnacja zabytkowej podłogi poprzez oprysk. Użycie
opryskiwacza skraca proces kilkakrotnie. | |
 |
| Fot.2. Przekrój poprzeczny przez nasycane ciśnieniowo pale
sosnowe. Widać zakres wnikania impregnatu w młode drewno sosny. Odczynnik na
bazie dwufenylokarbazydu. |
 |
| Fot.3. Pal drewniany chroniony metodą opalania. Jak widać
grzyby nic sobie z tego nie robią. Widoczne białe owocniki grzyba na zwęglonej
powierzchni pala. |
 |
| Fot.4. Pal impregnowany ciśnieniowo. Niestety
niezaimpregnowany środek to doskonałe lokum dla grzybów. Widać owocnik na
powierzchni drewna. |
 |
| Fot.5. Korozja biologiczna postępuje gwałtownie na styku
powietrze ziemia. Jak widać nawet pal impregnowany ciśnieniowo ulega naporowi
natury. |
 |
| Fot.6.
Impregnacja nie zabezpiecza nas przed infekcja twardzieli. Na pozór dobra belka
ma w sobie zupełne próchno. |
 |
| Fot.7. Typowy obraz stref bielu i twardzieli. Każda ze stref
obejmuje pewną ilość przyrostów rocznych, zgodnie z genetycznymi
uwarunkowaniami danego gatunku drzew. | | | | | | |
