piątek, 22 marca 2019

Impregnacja tarcicy konstrukcyjnej w praktyce budowlanej


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”


Impregnacja drewna przez oprysk
Fot.1 Impregnacja zabytkowej podłogi poprzez oprysk. Użycie opryskiwacza skraca proces kilkakrotnie.

Sprawdzanie jakości impregnacji cisnieniowej w drewnie.
Fot.2. Przekrój poprzeczny przez nasycane ciśnieniowo pale sosnowe. Widać zakres wnikania impregnatu w młode drewno sosny. Odczynnik na bazie  dwufenylokarbazydu.

Zabezpieczenie pali drewnianych przez opalanie.
Fot.3. Pal drewniany chroniony metodą opalania. Jak widać grzyby nic sobie z tego nie robią. Widoczne białe owocniki grzyba na zwęglonej powierzchni pala.


Odporność drewna impregnowanego ciśnieniowo na grzyby
Fot.4. Pal impregnowany ciśnieniowo. Niestety niezaimpregnowany środek to doskonałe lokum dla grzybów. Widać owocnik na powierzchni drewna.

Uszkodzenie drewna na styku ziemia powietrze
Fot.5. Korozja biologiczna postępuje gwałtownie na styku powietrze ziemia. Jak widać nawet pal impregnowany ciśnieniowo ulega naporowi natury.

Badanie rezystografem oporowycm drewna opanowanego przez grzyby
Fot.6. Impregnacja nie zabezpiecza nas przed infekcja twardzieli. Na pozór dobra belka ma w sobie zupełne próchno.
W drewnie gatunków twardzielowych często widać zabarwioną twardziel
Fot.7. Typowy obraz stref bielu i twardzieli. Każda ze stref obejmuje pewną ilość przyrostów rocznych, zgodnie z genetycznymi uwarunkowaniami danego gatunku drzew.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz