Древесина. Поражающие факторы.

Классификация поражающих факторов

Древесина, один из самых распространенных строительных и отделочных материалов. Области его применения весьма разнообразны. При правильных условиях эксплуатации и хранения  этот материал может сохранять свои физические свойства и прекрасный внешний вид, долгие годы.  Но любое изделие из древесины или деревянная конструкция, будь то мебель, или дом, нуждаются в дополнительной защите. Дело в том, что древесина, является материалом органического происхождения, имеет волокнисто пористую структуру, а, следовательно, подвержена воздействию различных поражающих факторов приводящих к разрушению.

Сохранить основные достоинства древесины и её качественные характеристики, такие как

прочность, низкая теплопроводность, плотности, внешний вид, можно используя современные защитные средства. Но, для начала, необходимо  определить, воздействию каких поражающих факторов подвержена древесина.

В целом, по характеру самих поражающих факторов. Их можно условно разделить на три основных группы: климатические, техногенные и биологические. Каждая из групп включает в себя большое количество различных агентов разрушений.  В приведённой схеме указаны основные поражающие факторы древесины.

                                                        Поражающие факторы

    Климатические                                                                                                                   биологические                                                                                                                                                                                                                               

агенты поражения                                                                                                                       факторы                                                                                               

                                                                  техногенное воздействие

- осадки                                                                                                                             - грибы

- ветер                                                       - огонь                                                        - бактерии

- солнечная радиация                           -высокотемператур                              - водоросли

                                                                     ная сушка

-сезонные перепады                                                                                                  -древоразрушающие                      

температур                                           -агрессивные                                              насекомые       

                                                                     жидкости и газы

-окисление

                                                                    -морская и речная     

- изменение                                              вода

  влажности воздуха                                                                    

Учитываю возможность возникновения того или иного фактора, предотвратив повреждение древесины агентами разрушений, вы  сможете надёжно защитить свой дом и любые деревянные изделия. Рассмотрим подробнее основные причины разрушения древесины.

Климатические агенты разрушений древесины

Древесина как строительный материала имеет рад физических свойств, которые, к сожалению, нельзя однозначно назвать положительными. Например, высокая степень влагопоглашения и пропитываемости материала  имеет и обратную сторону - может стать причиной нарушения целостности древесины. Поэтому такие климатические факторы как, осадки, изменения влажности воздуха, смена температур, ветер, воздействие солнечной радиации приводят к усушке, набуханию, образованию трещин материла, и увеличивают риск биологического повреждения древесины.

Перепады температур

Сезонные перепады температур могут стать причиной снижения прочностных характеристик древесины и ещё ряда присущих ей физических свойств. В зависимости от степени влажности материала, влияние температур будет неодинаково. 

Воздействие высоких температур, в сочетании со значительными показателями влажности древесины, приводят к значительным ухудшениям свойств материала. Снижается показатель прочности и ударной вязкости, а также и другие механические свойства, при продолжительном влиянии температур от 80⁰ С на 10-20%, и более  прямо пропорционально увеличению температуры.

Вообще же, для древесины губительным может оказаться длительное влияние температур, начиная от 50⁰ С. Хотя, непродолжительное повышение tдо 100⁰ С приводит к незначительным изменениям, обратимым при снижении к нормальной температуре.

Противоположное воздействие на прочностные характеристики древесины оказывают низкие температуры – прочность материала заметно увеличивается. Но некоторые физические свойства, всё же меняются не в лучшую сторону.

Чем ниже будет показатель влажности материала, тем меньше воздействия будет оказывать на древесину смена температурного режима.

Осадки и изменения влажности воздуха

При выпадении осадков древесина, используемая для строительства и наружной отделки жилых конструкций, а также хранящаяся в открытом пространстве, вступает в прямой контакт с водой. Способность незащищённого материала впитывать влагу, приводит к разрушению структуры древесины, нарушению её физико-механических свойств, поражению вредоносными грибами. Но даже если древесина защищена от прямого контакта с водой, она всё равно подвержена негативному влиянию влаги. Дождь и снег значительно увеличивают уровень влажности воздуха. Древесина способна впитывать и такую влагу. Так как вода из деревянных элементов испаряется медленного испарения, существует риск накопления влаги в материале, увеличения её уровня свыше 20%. Это может повлечь за собой возникновение грибковых и плесневых заражений, и вымывание цветных водорастворимых веществ из древесины. Высокий уровень влажности может стать причиной разбухания или усушки древесины. Со временем это приведёт к образованию трещин и деформации материала. Для того чтобы сохранить цвет древесины, её целостность и защитить от поражения грибами, необходимо снизить порог влагопоглощения материла, обработав его специальными составами.

Солнечная радиация

Наибольший вред древесине наносит не только высокий уровень влажности, но и воздействие солнечных лучей.

Обычный, видимый солнечный свет, с длинной волн 380-720нм, не оказывает значительного негативного влияния. Но так как солнечные лучи не однородны, то и их воздействие на древесину весьма различно.

Солнечный свет с длиной волны менее 380 нм – УФ-лучи, при контакте с поверхностью древесины, вызывают ухудшение состояния материла. Древесина приобретает сероватый оттенок, быстро темнеет, волокна материала начинают отслаиваться и приподниматься. Это вызвано тем, что УФ-лучи способствуют разрушению древесины на молекулярном уровне.

ИК-составляющая спектра - лучи с длиной волны более 720нм, способны нагревать верхние слои древесины. Внутренние слои остаются в нормальном состоянии, благодаря изолирующему  свойству древесины. Вследствие усушки только поверхностных слоёв, в материале образуется внутренне напряжение, которое приводит к появлению трещин.

Солнечная радиация приводит к химическому изменению целлюлозы, разрушению лигнина, содержащихся в древесине.

Незащищённая от ультрафиолетовых лучей строительная конструкция подвергается серьезным негативным изменениям.

Окисление

Окисление древесины - результат процесса взаимодействия материала с химическими элементами, содержащимися в воздухе, а именно с кислородом.

На воздухе в составных частях древесины происходят сложные биохимические и физико-химические реакции. Дубильные вещества окисляются и впитываются в стенки древесных клеток. Водорастворимые элементы подвергаются действию различных бактерий, бродят и частично окисляются, в процессе высыхания кристаллизуются. В процессе окисления в хвойных породах древесины загустевают смолянистые вещества. Преобразованию водорастворимых веществ (сахара, дубильные вещества, смолы)  в нерастворимые в структуре древесины способствует дополнительно и солнечный свет. Ускорению реакций при окислении способствуют также некоторые виды бактерий, неорганических солей, дающих щелочную реакцию, которые попадают в структуру древесины с воздухом и водой.

Изменения химического состава древесины в процессе окисления, влияет и на её физико-механические свойства. Так, например,  окисленная древесина становится темнее на несколько тонов.

Техногенное воздействие

Техногенное воздействие – это влияние на древесину таких поражающих факторов, как огонь, щелочных и кислотных растворов, морской и речной воды (кораблестроение, строительство прибрежных конструкций), высоких температур  при промышленной сушке.

Влияние агрессивных жидкостей и газов

Щелочные и кислотные растворы и газы при взаимодействии с древесиной значительно изменяют её химический состав, а, следовательно,  и физико-механические свойства, и внешний вид. Агрессивные химические соединения вызывают изменение цвета материала и разрушение его  структуры. Сильнее всего этот процесс наблюдается при контакте кислот и щелочей с древесиной лиственных пород.  В состав хвойных пород входят различные смолистые вещества, которые препятствуют или заметно ослабляют негативное влияние агрессивных жидкостей и газов. Древесина, не содержащая смол, страдает от таких поражающих факторов в два-три раза больше.

Под действие кислот ослабляются многие свойства древесины, и способность сопротивляться воздействию поражающих факторов. А значит, увеличивается риск повреждений материла агентами климатических, биологических и техногенных поражений.

Влияние морской и речной воды

Для кораблестроения и воздвижения прибрежных конструкций подходят далеко не все сорта древесины. Выбирают, как правило, породы с большей степенью плотности и меньшим весом.

Постоянный прямой контакт древесины с водой значительно изменяет степень её влажности и некоторые свойства. Показатель содержания влаги в таких деревянных элементах максимальный, и сохраняется, как правило, всегда приблизительно на одном уровне.

На протяжении 10-30 лет прямого контакта с водой, древесина ещё сохраняет свои прочностные характеристики, но уже только во внутренних слоях. Поверхностные слои(10-15 см) начинают разрушаться

За сто и более лет  контакта с водой, свойства древесина очень сильно меняются. Естественно это отражается и на внешнем виде материала. Характер и степень этих изменений зависит от  породы древесины. Например, мореный дуб в речной воде меняет свою окраску до зеленовато-черного или угольно-черного, сохраняет пластичность, но после высушивания становится более твердым и хрупким. А лиственница в морской воде становиться максимально прочной. Причём чем больше продолжительность воздействия воды на древесину, тем сильнее выражается затвердевание материала.

Обработка древесины специальными защитными составами позволит продлить срок её эксплуатации при взаимодействии с речной и морской водой.

Огонь

Огонь является едва ли не самым разрушительным фактором воздействия на древесину. Дело в том, что в сухом состоянии деревянные элементы, не обработанные специальными составами, легко воспламеняются, уничтожая материал.

Сам процесс горения представляет собой термическое разложение древесины. Он  состоит из пламенной фазы и тления, при котором происходит движение кислорода в толщу древесины.

Для процесса горения необходимы следующие условия: должен иметься достаточный приток кислорода, а сама теплота сгорания идти на прогрев новых смежных участков древесины до температуры воспламенения.

 Что касается температуры воспламенения древесины, то для различных пород она будет колебаться от  250 до 300°.

Воздействие более низких температур - 120-150° сопровождается медленным и постепенным обугливанием.

Хорошо высушенная и лёгкая древесина воспламеняется гораздо быстрее, так как уменьшается её плотность. Для возгорания мокрой древесины необходимо большее количество тепла, чтобы испарить воду, а, следовательно, и времени. Свойство влажной древесины хорошо проводить тепло тоже препятствует распространению огня, так как загоревшиеся слои быстро охлаждаются.

Для предотвращения пожара рекомендуется обрабатывать деревянные элементы и конструкции специальными защитными составами.

Высокотемпературная сушка

Высокотемпературной называют сушку древесины в специальных камерах при температуре 105-110°С, с обработкой паром и токами.

В отличие от атмосферной, высокотемпературная сушка приводит к уменьшению прочности древесины на статический изгиб, растяжение и сжатие, к заметному снижению прочности (до 35%) на скалывание,  и к потемнению материала.

При высокотемпературной камерной сушке, древесина взаимодействует с токами высокой частоты, паром, горячим сухим или увлажненным воздухом и с другими факторами. Весь этот процесс направлен на удаление из материала не только свободной, но связанной влаги. Как правило, зачастую высокотемпературная сушка приводит к ухудшению некоторых качественных характеристик древесины. Неправильная, проведённая с сокращением времени высокотемпературная сушка приводит к растрескиванию материала, с сохранением при этом высокого уровня остаточного напряжения. Заметно уменьшаются физико-механические свойства древесины: снижается ударная вязкость, прочность при сжатии вдоль волокон, радиальном скалывании.

Несмотря на то, что высокотемпературная сушка позволяет сократить время высыхания в 2 раза, споры о необходимости её применения идут до сих пор.

Биологические факторы поражения древесины

Биологическими факторами повреждения древесины называют процессы воздействие на материал живых организмов - грибов, бактерий, водорослей, насекомых. Грибы и насекомые используют  входящие в состав древесины вещества (в частности целлюлозу, лигнин) в качестве питания, тем самым разрушая непосредственно целостность древесных тканей. Водоросли и бактерии оказывают менее заметный вред.

Биоповреждения древесины, как правило, возникают в сопровождении  других факторов поражения. Влияние смены температур, уровня влажности и других факторов, вызывающих нарушение целостности структур древесины, являются первопричиной возникновения грибов и бактерий. Влага и пыль, скапливаемые в микроповреждениях тканей древесины, образуют благоприятную среду для развития живых организмов.

По степени распространения поражающего фактора биоповреждения делятся на быстрый и медленный тип.

Предотвратить разрушение древесины в результате биоповреждений, можно соблюдая правильные условия эксплуатации и дополнительно защищая материал специальными составами.

Грибы

Грибы являются одним из самых распространенных боиповреждающих факторов древесины, так как споры грибов находятся в окружающей среде в бесчисленном множестве и легко перемещаются (по воздуху, с водой, животными)

Поражение грибами может произойти как на растущем дереве, так и на уже срубленной, эксплуатируемой или хранящейся древесине. Благоприятная среда для возникновения и развития грибов – температура воздуха в диапазоне 5-30⁰ С при относительной влажности воздуха 25% и плохой вентиляции. В таких условиях созревший гриб может  производить и распространять около 1 миллиона спор всего за 24 часа.

Внешний вид грибов весьма разнообразен. Это может быть плесень любого цвета, покрывающая слой древесины, а может быть проникающие в структуру материала клетки, разрушающие  и окрашивающие его. Грибы вызывают гниение древесины, а это самый сильный разрушающий биологический фактор.

Грибы вызывают серьёзные негативные изменения структуры древесины: значительные изменения цвета, ухудшение физико-механических свойств. В зависимости от характера причиняемых повреждений, грибы делят на три основные группы:

-Грибы, которые окрашивают древесину, не внос изменения в физико-механические свойства материала - древоокрашивающие;

-Грибы разрушающие структур и целостность древесных тканей - древоразрушающие;

- Грибы, развивающиеся на поверхностном слое древесины, разрушающие целлюлозу - плесневые.

Древоокрашивающие грибы

Древоокрашивающие грибы часто начинают развиваться при замедленной сушке древесины. Оптимальный уровень влажности для их активного роста  - 50-90%, но не более, так как для жизнедеятельности им необходим кислород.

Древоокрашивающие грибы – сапрофитные организмы заселяющие древесину, использующие для жизнедеятельности её питательные вещества. Они способны окрашивать древесину в различные цвета, при этом, не влияя на физико-механические её свойства. Чаще всего, поражённый этими грибами материал приобретает синеватый оттенок, реже - желтая, оранжевая, коричневая и другая окраска.

Несмотря на значительное сходство древоокрашивающих и плесневых грибов, существует одно значительное отличие -  вторые поражают только поверхностные слои древесины, первые же способны проникать глубоко в структуру материала. Глубина залегания окраски зависит от вида гриба и его размера.

Несмотря на то, что разрушения от поражения древоокрашивающих грибов не велико, их наличие говорит о низком качестве древесины, её высокой степени влажности, возможных дальнейших серьёзных разрушениях.

Плесневые грибы

Поражение древесины плесневыми грибами - первый признак того, что материал неправильно эксплуатируется ил храниться. Эти грибы, как правило,  развиваются на сырых брёвнах. Оптимальные условия их возникновения и активного роста - влажность 60-100%, при температуре от 24 до 30⁰С. Если влажность будет составлять 40%, размножение плесневых грибов замедлится. При температурах свыше 80⁰ Си ниже 10⁰С они гибнут.

Плесневые грибы образуются на поверхностных слоях древесины, образуя налёт. Этот налёт обычно зеленоватого или белого цвета, но может быть и жёлтым и розовым. Под слоем окрашенных клеток плесени, древесина, как правило, не меняет цвет. Но  вызываемые плесневыми грибами, изменения химического состава древесины, могут вызывать окрашивание. В биохимическом процессе окислительного брожения, вызванного грибами, образуются разнообразные кислоты, окрашивающие ткани древесины в зеленоватый цвет.

Плесневые грибы часто относят к быстрым биоповреждениям. При условии повышенной влажности, питательные вещества поступают в клетки гриба с водой быстро и в полном объёме, и распространение этого поражающего фактора значительно возрастает.

Плесневые грибы значительно ухудшают внешний вид древесины и снижают её сортность.

Древоразрушающие грибы

Самым опасным биоповреждающим фактором является поражение древесины древоразрушающими грибами. Различают множество видов таких грибов. Их делят в зависимости от формы, строения и окраски, и по скорости и силе разрушения древесины.

 Большинство из наиболее разрушающих грибов принадлежит к классу базидиомицетов: это

домовые, почвенные, атмосферные и  аэроводные грибы.

Главная особенность древоразрушающих грибов - их способность разрушать структурные ткани древесины, поглощая в качестве питательных веществ глюкозу, целлюлозу и  лигнин.

Дереворазрушающие грибы обладают свойством увлажнять древесину за счет воды, образующейся при разложении целлюлозы, и вызывать тем самым, гниение. Например, белый домовой гриб.

Домовые грибы обычно появляются в плохо проветриваемых увлажнённых помещениях, и способны очень быстро развиваться. Почвенные грибы вызывают разрушения деревянных конструкций у основания, контактирующих с почвой и почвенной влагой. Аэроводные  грибы становятся причиной загнивания древесины, периодически напрямую взаимодействующей с водой.

Древоразрушающие грибы оказывают значительное негативное влияние на физико-механические свойства древесины, вызывая процесс гниения материала. Исходя из окраски и характеру причиняемых разрушений, гниль делят на 3 вида: мягкую, бурую, и белую. Мягкая гниль разрушает, как правило, древесину, контактирующую с водой и почвой. Бурая гниль разрушает целлюлозу в составе древесины, вызывая, тем самым наибольшее разрушение любых деревянных конструкций, делая их хрупкими, с коричневым оттенком. Белая гниль  придает древесине бледный цвет, разрушая почти все структурные компоненты, кроме твёрдых участков и целлюлозы.

Защита древесины от биопоражения грибами, является одной из самых основных задач при эксплуатации и хранении материла.

Древоразрушающие насекомые

Используя древесину для своей жизнедеятельности, насекомые часто способствуют значительным разрушениям материала. Сами насекомые и их личинки способны проделывать отверстия в древесине для отложения яиц и получения питательных веществ, не только в поверхностных слоях, но и углубляясь ближе к ядру.

Условно, древоразрушающих насекомых можно разделить на 2 основные группы.

К первой относятся те, которые откладывают яйца в верхних слоях необработанной древесины - в коре. Короеды, златки, большинство усачей, рогохвосты, сверлильщики, бострохиды не повреждают гладкие, очищенные от коры поверхности древесины. Ко второй группе относятся насекомые, способные переваривать клетчатку дерева и проникать во внутренние ткани древесины для кладки яиц. К ним относятся точильщики, домовые усачи, слоники-трухляки, термиты, часть древо-грызунов.

Личинки древоразрушающих насекомых питаются клеточным содержимым древесины. Проделывая в тканях ходы - червоточины - они способны основательно разрушить древесину внутри, при этом внешне она может быть сильно не повреждена.

Появление и размножение древоразрушающих насекомых возможно при оптимальной температуре воздуха 18-20⁰ С  и  относительная влажности 60-80%

Древоточцы способны прогрызать ходы до 40 метров в длину и диаметром иногда не более 2 мм лишая древесину свойства прочности, и превращая её структуру в пылеобразную массу.

Бактерии

Бактерии оказывают самый незначительный в сравнении с остальными биопоражающими факторами, вред. Бактерии активно размножаются  только в древесине, находящейся под водой. Ограничение их разрушающего воздействия связано с тем, что бактерии размножаются делением клеток и не могут продвигаться по древесине. Эти микроорганизмы создают в клетках древесины колонии, и в качестве питания используют белки. Бактерии разрушают клеточные стенки, благодаря их способности разлагать полисахариды и лигнин. Негативное воздействие бактерий не может распространится в структуре древесины глубже заболонных тканей, так как клетки ядерной ткани устойчивы к их влиянию.

Водоросли

Водоросли, как правило, не оказывают разрушительного воздействия на древесину. Они не способны самостоятельно  вызывать гниения материала. Но их присутствие позволяет судить о повышенном содержании поверхностной влаги. А это уже является угрозой возникновения древоразрушающих, плесневых и древоокрашивающих грибов. При высоком уровне поверхностной влажности на северных стенах деревянных домов, водоросли можно увидеть в виде зеленоватых наростов.