WPROWADZENIE
Aby zapewnić długoletnią trwałość zabytkowych budynków drewnianych, konstruktorzy i użytkownicy zajmujący się tym tematem muszą dokładnie znać właściwości drewna.
Drewno jest materiałem organicznym, higroskopijnym i anizotropowym. Jego właściwości cieplne, akustyczne, elektryczne, mechaniczne, estetyczne, użytkowe itp. są bardzo przydatne do budowy komfortowego domu wyłącznie z produktów drewnianych. Przy innych materiałach jest to prawie niemożliwe. Ale drewno ma też pewne wady. Poniżej kilka bardzo krótkich informacji na ten temat.
ZALETY DREWNA
Właściwości termiczne:
Jak wiemy, wiele materiałów zmienia rozmiar i objętość wraz ze zmianą temperatury. Rozszerzają się wraz ze wzrostem temperatury. Oznacza to rozszerzanie liniowe i objętościowe. Ekspansja. Ekspansja powoduje spadek wytrzymałości materiałów. Stal, która jest nieorganiczna i niepalna, a zatem ma przewagę nad ogniem, ale stosowana w budynkach rozszerza się i zapada w wyniku wzrostu ciepła.
Drewno praktycznie nie rozszerza się pod wpływem ciepła. Wręcz przeciwnie, pod wpływem ciepła wysycha i nabiera siły. Jedynym momentem, w którym drewno nieznacznie się rozszerza, jest wilgotność poniżej 0%, co ma znaczenie naukowe. W praktyce wilgotność drewna nie spada poniżej 5% nawet w najbardziej suchym klimacie.
Współczynnik przewodności cieplnej drewna jest bardzo niski. Aluminium przekazuje ciepło 7000 razy, kradnie 1650 razy, marmur 90 razy, a szkło 23 razy szybciej niż drewno. Z tego powodu drewno wykorzystywane jest do wyrobu zapałek, uchwytów okuć, sufitów i okładzin ściennych.
Ciepło właściwe drewna jest wysokie. Oznacza to, że do podniesienia i obniżenia temperatury kilograma drewna potrzebna jest duża ilość energii. Drewno wymaga prawie dwukrotnie większej ilości energii cieplnej niż kamienie i beton; podobnie, do ogrzewania lub chłodzenia stali potrzebne są trzy razy więcej energii.
Właściwości akustyczne:
Izolacja akustyczna opiera się na masie powierzchni. Drewno jako lekki materiał nie nadaje się do izolacji akustycznej; Ale jest idealny do pochłaniania dźwięku. Drewno, pochłaniając dźwięk, zapobiega echa i hałas. Z tego powodu jest szeroko stosowany w salach koncertowych.
Prędkość dźwięku w lesie jest większa niż gazów i cieczy i jest zbliżona do prędkości metali. Straty energii akustycznej w wyniku tarcia są również znacznie niskie w drewnie ze względu na jego lekkość i strukturę. Ze względu na takie właściwości drewno jest szeroko stosowane w instrumentach muzycznych.
Właściwości elektryczne:
Odporność na prąd elektryczny całkowicie suchego drewna jest równa odporności fenolowo-formaldehydowej. Drewno suszone w piecu jest bardzo dobrym izolatorem elektrycznym. W pewnym stopniu suszone powietrzem drewno jest takie samo. Niestety opór elektryczny drewna obniża się poprzez zwiększenie zawartości wilgoci. Odporność drewna nasyconego wodą. Elektryczność statyczna, która jest niebezpieczna dla zdrowia ludzkiego, nie występuje w drewnie w przeciwieństwie do metalu, plastiku i innych materiałów. Z tego powodu drewno jest preferowane jako zdrowy materiał.
Właściwości mechaniczne:
Chociaż drewno jest materiałem lekkim, jego wytrzymałość jest dość wysoka. Na przykład, podczas gdy wytrzymałość na rozciąganie drewna o ciężarze właściwym 0,6/cm3 wynosi 100 N/mm2, wytrzymałość na rozciąganie stali o ciężarze właściwym 7,89/cm3 wynosi 500 N/mm2. Dzielenie wytrzymałości na rozciąganie przez ciężar właściwy daje długość zerwania i jakość materiału. Liczba ta oznacza długość zerwania materiału zawieszonego pod wpływem jego własnego ciężaru. Podczas gdy długość zrywania stali używanej do budowy wynosi 5,4 km, mobilna stal chromowana to 6,8 km, hartowana stal dziobowa to 17,5 km, długość zrywania drewna świerkowego to 19,8 km, a klejonego drewna bukowego 28,3 km. Do tego rodzaju nieruchomości drewno i drewno klejone stosuje się w konstrukcjach szerokoszczelinowych, takich jak ośrodki zdrowia i hale sportowe.
Właściwości estetyczne:
Drewno jako materiał estetyczny jest materiałem dekoracyjnym. Każde drzewo ma swój własny kolor, wzór i zapach. Wzór drzewa zmienia się w zależności od sposobu, w jaki jest krojony. Istnieje możliwość znalezienia różnych materiałów drewnianych w zależności od preferencji kolorystycznych i wzorniczych. Może być pomalowany na ciemniejsze kolory lub lakierowany, może być nałożony na jasne lub matowe akcenty.
Właściwości utleniania:
Chociaż drewno ma w pewien sposób właściwości utleniające, nie jest to rodzaj utleniania obserwowany w metalach. Metale rdzewieją, drewno nie. W przypadku takich cech preferowane jest użycie drewna, aby w razie potrzeby uniknąć rdzy.
Właściwości robocze:
Jest łatwy w naprawie i konserwacji drewna. Podczas gdy stare drewno można odnawiać specjalnymi akcentami, inne materiały są bardzo trudne i kosztowne w utrzymaniu i naprawie. Dlatego zwykle są wyrzucane.
Zmiana:
Na świecie istnieje ponad 5000 gatunków drewna. Ich ciężar właściwy, struktury makroskopowe i mikroskopowe są różne. W związku z tym różnią się również ich właściwości fizyczne, termiczne, akustyczne, elektryczne i mechaniczne. Dzięki tej różnorodności można znaleźć drewno odpowiednie do potrzeb. Na przykład do izolacji cieplnej i pochłaniania dźwięku stosuje się lekkie drewno. Podobnie ciężkie są wykorzystywane do celów budowlanych.
WADY DREWNA I SPOSOBY ICH ELIMINACJI
Drewno ma pewne wady, ale łatwo je zlekceważyć i wyeliminować tak długo, jak znana jest przyczyna.
Skurcz i pęcznienie drewna:
Drewno jest materiałem higroskopijnym. Oznacza to, że będzie adsorbować otaczające skraplające się pary i traci wilgoć do powietrza poniżej punktu nasycenia włókien.
Degradacja drewna:
Czynniki powodujące niszczenie i niszczenie drewna dzielą się na dwie kategorie: biotyczne (biologiczne) i abiotyczne (niebiologiczne).
Czynniki biotyczne obejmują grzyby gnilne i pleśniowe, bakterie i owady.
Czynniki abiotyczne to słońce, wiatr, woda, niektóre chemikalia i ogień.
Degradacja biotyczna drewna:
Drewno to dobra organiczne. Jak każde dobro ekologiczne, drewno jest produktem odżywczym dla niektórych roślin i zwierząt. Ludzie nie trawią celulozy i innych błonnikowych składników drewna, ale niektóre grzyby i owady mogą je trawić i wykorzystywać jako produkt odżywczy. Owady wiercą w drewnie otwory i wbijane linie. Co jeszcze groźniejsze, grzyby powodują częściowe, a nawet całkowite gnicie drewna.
Biologiczne niszczenie drewna w wyniku ataku grzybów gnilnych, owadów drążących i świrów morskich podczas jego obróbki i eksploatacji ma znaczenie techniczne i ekonomiczne.
Grzyby:
Niezbędne jest podanie krótkiej informacji o środkach grzybowych, aby podjąć działania zapobiegające degradacji drewna.
Fizjologiczne wymagania grzybów niszczących drewno i zasiedlających drewno:
Korzystna temperatura.
Temperatura musi wynosić 25-30°C dla optymalnego wzrostu większości grzybów powodujących gnicie drewna. Ale niektóre z nich tolerują temperaturę w granicach 0-45°C.
Odpowiednia podaż tlenu
Tlen jest niezbędny do rozwoju grzybów. Bez tlenu nie rozwijają się żadne grzyby. Powszechnie wiadomo, że przechowywanie drewna pod wodą uchroni je przed atakami grzybów.
Wilgoć
Generalnie drewno nie będzie atakowane przez pospolite grzyby przy zawartości wilgoci poniżej punktu nasycenia włókien. Punkt nasycenia włókien (FSP) dla różnych rodzajów drewna wynosi od 20 do 35%, ale ogólnie przyjmuje się 30%.
Zaleca się, aby drewno w użytkowaniu miało zawartość wilgoci co najmniej 3% mniejszą niż FSP, aby zapewnić pożądane bezpieczeństwo przed grzybami.
Składniki odżywcze
Drewno jest związkiem organicznym i składa się w 50% z węgla. Oznacza to, że drewno jest bardzo odpowiednim pożywką dla grzybów, ponieważ grzyby czerpią energię z utleniania związków organicznych. Grzyby gnilne mogą wykorzystywać polisacharydy, podczas gdy grzyby barwiące ewidentnie wymagają prostych form, takich jak rozpuszczalne węglowodany, białka i inne substancje obecne w komórce miąższu bielu. Dodatkowo obecność azotu w drewnie jest niezbędna do rozwoju grzybów w drewnie.
Owady:
Grzyby rozkładają się dopiero na drugim miejscu w stratach ekonomicznych, jakie powodują w użytkowanym drewnie i drewnie. Owady można podzielić na cztery kategorie: termity, prochowce, mrówki stolarskie i świdry morskie.
Termity
Istnieją dwa rodzaje termitów: Termity podziemne uszkadzają drewno, które jest nieprzetworzone, wilgotne, w bezpośrednim kontakcie ze stojącą wodą, glebą, innymi źródłami wilgoci.
Termity suchego drewna atakują i zamieszkują drewno, które zostało wysuszone do wilgotności zaledwie od 5 do 10%. Uszkodzenia przez termity suchego drewna są mniejsze niż termity podziemne.
Chrząszcze prochowe
Chrząszcze postarzane atakują drewno twarde i miękkie. Zagrożone jest drewno dobrze wysezonowane, a także drewno świeżo zebrane i niewysuszone.
mrówki stolarz
Mrówki stolarz nie żywią się drewnem. Przebijają się przez las i tworzą schronienie. Atakują najczęściej drewno stykające się z gruntem lub drewno okresowo zwilżane.
pszczoły stolarskie
Wyrządzają szkody przede wszystkim niepomalowanemu drewnu, tworząc duży tunel do składania jaj.
Wytaczarki morskie
Atakują i mogą szybko niszczyć drewno w wodzie słonej i słonawej.
Minimalizowanie problemów związanych z drewnem:
Większość powszechnie stosowanych strategii ochrony drewna obejmuje suszenie, powlekanie i/lub impregnację.
Staranny dobór drewna
Niektóre gatunki mają naturalnie odporną na gnicie twardziel. Do takich gatunków należą kasztan jadalny (Castanea sative Mill.), dąb (Quercus spp.), jałowiec (Juniperus spp.). Biel nigdy nie jest naturalnie trwałym gatunkiem, który ma niewielką lub żadną odporność na gnicie i musi być poddany obróbce, jeśli pożądana jest długoterminowa trwałość.
Powłoka
Powłoka zapewnia ochronę drewna używanego zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Powłoka zapobiega szybkiemu wchłanianiu i utracie wilgoci oraz zmniejsza kurczenie się i pęcznienie, które mogą prowadzić do pękania powierzchni i innych problemów. Ale powłoka nie zapobiega całkowicie zmianom zawartości wilgoci. Powłoka spowalnia, ale nie zatrzymuje poziomu wilgoci. Powłoka z bejcami w jednolitym kolorze lub pigmentowanymi chroni drewno przed promieniami ultrafioletowymi.
Dodatek fungicydów do powłoki zapewnia pewną ochronę przed rozwojem pleśni i pleśnią.
Pogarszająca się warstwa farby faktycznie zwiększa ryzyko próchnicy. Pęknięta farba umożliwia kontakt wilgoci z powierzchnią drewna i stanowi barierę dla szybkiego i całkowitego ponownego wyschnięcia.
Wysuszenie
Generalnie drewno nie jest atakowane przez pospolite grzyby przy wilgotności poniżej punktu nasycenia włókien (FSP). FSP dla różnych rodzajów drewna wynosi od 20 do 35%, ale ogólnie przyjmuje się 30%: Grzyby nie mogą atakować drewna używanego wewnątrz i w ogrzewanych pomieszczeniach, ponieważ wilgotność równowagowa (EMC) jest znacznie niższa niż FSP. np. 6%
Jeśli drewno zostanie nasączone wodą, to drewno wchłania wodę i jest nią nasycone. Wreszcie w drewnie nie będzie już tlenu. W takiej sytuacji nie mogą w nich rosnąć grzyby. To jest główny powód, dla którego lasy są przez jakiś czas trzymane w wodzie. Poza konstrukcjami podwodnymi nie można używać całkowicie mokrego drewna; więc gdy są używane bez wody, muszą być całkowicie wysuszone do EMC, aby chronić je przed atakiem grzybów. W ogrzewanych pomieszczeniach, w których EMC leżą w granicach 5-10%, grzyby nie mogą na nich przetrwać.
Jednym z najskuteczniejszych sposobów zapobiegania degradacji drewna jest jego dokładne wysuszenie i utrzymywanie w stanie suchym. Ostatni przypadek jest bardzo ważny, ponieważ nawet drewno, które zostało wysuszone w piecu, łatwo odzyska wilgoć, jeśli zostanie umieszczone w wilgotnym środowisku.
Drewno można suszyć na powietrzu lub w jakimś suszarni. Samo suszenie powietrzem nie wystarcza w przypadku przedmiotów drewnianych, które są używane w ogrzewanych pomieszczeniach. Dlatego konieczne jest suszenie w piecu. Suszenie piecowe ma wiele zalet: Jedną z nich jest zabijanie przebarwień lub grzybów lub owadów niszczących drewno, które mogą atakować drewno i obniżać jego klasę.
Drewno, które będzie używane w pomieszczeniach, wymaga jedynie wysuszenia, aby zapewnić długotrwałą ochronę przed gniciem.
Obróbka konserwantami drewna
Psuciu drewna możemy zapobiec, stosując środki do konserwacji drewna. Ale niektóre środki do konserwacji drewna mogą szkodzić ludziom i innym stworzeniom. Z tego powodu, jeśli drewno jest używane na zewnątrz w sytuacjach, w których często jest mokre lub w pobliżu wody w stanie ciekłym, drewno należy zabezpieczyć środkami chemicznymi do konserwacji drewna, aby uzyskać długotrwałą trwałość.
Środki konserwujące drewno dzielą się na dwie grupy: chemikalia wodne i olejowe.
Około 75% drewna, które jest obecnie poddawane obróbce komercyjnej, jest traktowane solami na bazie wody, a CCA jest związkiem stosowanym do obróbki największej ilości drewna.
Tylko kreozot i pentachlorofenol skutecznie chronią drewno w bezpośrednim kontakcie z gruntem. Są to również jedyne dwa konserwanty olejowe, które zapewniają ogólną ochronę przed psuciem powodującym grzyby, termity, świnki morskie i inne owady.
Środki konserwujące na bazie oleju lub na bazie oleju są zwykle stosowane do konserwacji drewna używanego na zewnątrz w zastosowaniach przemysłowych; takie jak krawaty, palowanie i słupy.
W poważnej sytuacji drewno jest impregnowane środkami konserwującymi na bazie wody, np. chromianowanym arsenianem miedzi, a po dokładnym sezonowaniu jest utrwalane kreozotem.
Leczenie lecznicze
Drewno użytkowane należy okresowo usuwać szczotkowaniem lub innymi metodami.
Ponowną obróbkę drewnianych ram okiennych, ram drzwiowych oraz drewnianych elementów drewnianych i belek czasami przeprowadza się poprzez wiercenie otworów w miejscach, w których rozpoczął się rozkład i wypełnianie tych otworów odpowiednią masą do obróbki. Najbardziej preferowane są związki do obróbki w postaci stałych pręcików, ponieważ zapewniają powolne uwalnianie składników aktywnych.
Ponowną obróbkę drewna używanego w kontakcie z podłożem należy przeprowadzić poprzez nałożenie past i owinięcie opatrunkami z impregnatem konserwującym.
Degradacja abiotyczna drewna:
Ogień:
Kolejną wadą drewna jest to, że łatwo się zapala. Drewno składa się ze związków organicznych, które składają się głównie z węgla i wodoru. Mogą łączyć się z tlenem i oparzeniami. Ze względu na te właściwości drewno jest klasyfikowane jako materiał palny.
Jeśli temperatura palnego gazu wynosi 225°-260°C, pali się on z odrobiną płomienia. Po wycofaniu płomienia przestanie się palić. Jeśli temperatura wzrośnie do 250-270 °C, pali się z odrobiną płomienia i pali się bez płomienia. Jeśli temperatura wzrośnie do 330°-520°C, drewno zaczyna się samoistnie palić. Substancje chemiczne, zwłaszcza ekstrakty w strukturze drewna, powodują zmianę temperatury palenia. Na przykład żywiczny kawałek drewna sosnowego może zapalić się w niższych temperaturach. Oprócz tego ciężar właściwy i masa powierzchniowa (m2/kg) wpływają na czas trwania płomienia. Drewno pali się mocniej, gdy ciężar właściwy i masa powierzchniowa oraz wilgotność wzrastają i na odwrót.
Innym sposobem na wydłużenie punktu spalania jest zastosowanie grubego drewna jako elementu konstrukcji. Zewnętrzna powierzchnia pali się i zamienia w węgiel drzewny. Węgiel drzewny, który podczas spalania tworzy się na powierzchni drewna, jest bardzo skutecznym izolatorem ciepła. Dlatego duże belki palą się bardzo powoli. Poza tym drewno jest również bardzo dobrym izolatorem ciepła. Zewnętrzna powierzchnia drewna ma 1000°C, a wewnętrzna część nadal 40°C, gdy pali się kawałek grubego drewna. Z tego powodu budynki o grubych elementach konstrukcyjnych, takich jak belki i słupy, nie zawalają się łatwo podczas pożaru. Z kolei w konstrukcjach stalowych wraz ze wzrostem temperatury powierzchnie stalowe odkształcają się, a ich odporność maleje i zapada się, gdzie stosuje się drewno, należy podjąć środki zapobiegawcze w celu zabezpieczenia przed ogniem. W tym przypadku drewno nie jest materiałem niebezpiecznym.
Środki ogniochronne:
Niemożliwe jest, aby drewno stało się niepalne jak materiały nieorganiczne. Aby zapobiec potencjalnym zagrożeniom, drewno można przetwarzać w niektórych środkach ogniochronnych.
Środki ogniochronne można podzielić na dwie kategorie: Powłoki i chemikalia – sole rozpuszczalne w wodzie – które są impregnowane w strukturę drewna.
Powłoki są stosowane w celu ograniczenia tworzenia się lotnych, palnych gazów poprzez wspomaganie szybkiego rozkładu powierzchni drewna na węgiel drzewny i wodę. Chronią również powierzchnię drewna przed solami rozpuszczalnymi w wodzie w wysokich temperaturach np. fosforan diamonu, tetraboran amonu, octan sodu, krzemiany alkaliczne, boraks są stosowane przed zagrożeniami pożarowymi w drewnie. Drewno może być impregnowane tymi chemikaliami. Ten rodzaj procesu może przyczynić się do podwyższenia temperatury palenia oraz opóźnienia rozprzestrzeniania się i przenikania płomienia.
Środki ogniochronne tylko zmniejszają palność drewna i spowalniają lub eliminują postępujące spalanie. Nie zapobiegają całkowitemu spaleniu w obecności zewnętrznego źródła ognia. W takim przypadku drewno nie pali się po usunięciu zewnętrznego źródła płomieni.