Konserwacja drewna w budownictwie

W budownictwie największe znaczenie ma drewno drzew iglastych głównie sosny świerka i jodły. Najtrwalsze drzewo modrzewia ze względu na niewielką dostępność surowca jest wykorzystywane głównie do prac meblarskich i wykończeniowych. Natomiast rzadziej używane drewno drzew liściastych - dębu jesionu klonu buka wiązu olchy i brzozy - znajduje zastosowanie wszędzie tam gdzie elementy muszą mieć większą wytrzymałość twardość i małą ścieralność.

Najlepsze i najzdrowsze drewno pochodzi z drzew ścinanych zimą kiedy niska temperatura i suche powietrze chronią świeży materiał przed atakiem owadów i grzybów przede wszystkim sinizny żywiącej się zawartością komórek drzew iglastych. Niektórzy leśnicy kierują się też przy wyborze terminu ścinki fazami księżyca.

Drewno jako materiał o niejednorodnej anizotropowej budowie podlegającej procesom niszczenia i rozkładu jest jednym z materiałów porowatych najtrudniej poddających się zabiegom konserwacji i ochrony przed czynnikami niszczącymi. Świadczy o tym ogromna różnorodność i równocześnie niedoskonałość środków i metod stosowanych w konserwacji mimo że próby rozwiązywania problemów ochrony drewna i ograniczenia jego ujemnych właściwości podejmowane były od początku jego stosowania. Wszelkie zabiegi w stosunku do drewna czy to w celu zapobieżenia procesom niszczącym przez modyfikację jego właściwości czy w celu wzmocnienia osłabionej tymi procesami struktury wiążą się z przesyceniem porowatej materii drewna odpowiednim środkiem impregnującym. Obok najczęściej przeprowadzanego zabiegu impregnacji utwardzającej drewno o obniżonych właściwościach mechanicznych możemy równocześnie wpływać na znaczną poprawę lub zmianę naturalnych właściwości drewna poprzez takie zabiegi jak : dezynfekcja dezynsekcja hydrofobizacja czy impregnacja ogniochronna.

Jak wynika z doświadczeń i dotychczasowych badań na impregnacją drewna budowlanego i drewna obiektów zabytkowych na proces nasycania rozmieszczenie impregnatu oraz sposób wiązania ze strukturą drewna wpływ mają takie czynniki jak : właściwości drewna rodzaj użytych tworzyw i rozpuszczalników stosowane metody nasycania zachodzące procesy chemiczne i zjawiska fizyczne oraz ścisłe współzależności między poszczególnymi czynnikami. Zasadniczy wpływ na wprowadzenie koniecznej ilości środka na odpowiednią głębokość ma stopień zagrożenia rozkładu i uszkodzenia drewnianego obiektu oraz zastosowana metoda impregnacji. Rozróżnia się dwie zasadnicze grupy metod nasycania : metody impregnacji powierzchniowej i głębokiej.

Metody powierzchniowe

Najczęściej w praktyce konserwatorskiej zniszczone drewno nasyca się roztworami substancji utwardzających które nanosi się na powierzchnię drewna za pomocą pędzla zastrzyków powlekania natryskiwania częściowego lub całkowitego krótkotrwałego zanurzania. Impregnacja powierzchniowa zniszczonego drewna obiektów zabytkowych nie spełnia skutecznie roli przywracania utraconych przez drewno własności mechanicznych. Zawarty we wnętrzu zniszczonej struktury pył drzewny ogranicza znacznie przenikanie powszechnie stosowanych roztworów impregnacyjnych w głąb drewna. Nie zapobiega również przenikaniu wilgoci w strukturę drewna które nadal ją chłonie tymi powierzchniami a do których dotarcie środkami impregnacyjnymi przy zastosowaniu metody powlekania jest praktycznie niemożliwe.

Metoda powlekania ( smarowania ) polega na wielokrotnym nanoszeniu roztworu impregnacyjnego na powierzchnię drewna za pomocą pędzli szczotek bądź powlekania. Do tak nasyconego drewna opóźnianie odparowania rozpuszczalników uzyskuje się poprzez okrycie powierzchni drewna folią poliestrową lub polietylenową które stwarzają korzystne warunki dla wnikania w głąb tkanki drzewnej.

Metoda opryskiwania różni się od metody powlekania w zasadzie rodzajem użytych narzędzi służących do nanoszenia impregnatu oraz tym że może być stosowana także w trudno dostępnych miejscach złożonych konstrukcjach więźby dachowej i impregnacji dużych powierzchni. Opryskiwanie przeprowadza się za pomocą elektrycznych lub pneumatycznych opryskiwaczy różnego typu.

Metoda nasycania w kąpielach gorąco-zimnych polega na ogrzaniu zabezpieczonego drewna w roztworze impregnatu i szybkim przeniesieniu go do zbiornika zawierającego zimny impregnat w którym drewno pozostaje do ostygnięcia. W czasie ogrzewania drewno traci część powietrza które pod wpływem ciepła uchodzi z jego komórek. Natomiast podczas ochładzania następuje zmniejszanie się ciśnienia ( w porównaniu z atmosferycznym ) w komórkach drewna co z kolei jest przyczyną głębszego wnikania impregnatu aż do wyrównania ciśnień.

Podgrzanie roztworu impregnacyjnego ( szczególnie wodnych roztworów i środków oleistych ) zwiększa głębokość wnikania a także zużycie impregnatu. Środki oleiste o wysokim punkcie zapłonu podgrzewa się do temperatury 70-90°C a oleiste o niskim punkcie zapłonu oraz roztwory wodne soli do temperatury 50-60°C.

Stosowanie roztworów rozcieńczonych zwiększa głębokość ich wnikania lecz zmusza zarazem do powtarzania zabiegu kilkanaście razy przy równoczesnym zwiększaniu każdorazowo procentowego udziału tworzywa. Jest to szczególnie ważne gdyż jednorazowa impregnacja niskoprocentowym roztworem pozostawia w drewnie niewielką tylko ilość suchej żywicy. Powtórzenie zabiegu może być dokonane dopiero po znacznym lub zupełnym odparowaniu rozpuszczalnika.

Metody głębokie

Są to sposoby poprzez które możemy uzyskać większe lub całkowite nasycenie masy materialnej drewna. W grupie wyróżniamy metody oparte na :

• impregnacji bezciśnieniowej głębokiej w której wykorzystywane są zjawiska kapilarnego przemieszczania się roztworów dyfuzji osmozy i elektroosmozy.
• Impregnacji próżniowej i próżniowo-ciśnieniowej a także jej odmiany z wykorzystaniem ciśnienia hydrostatycznego

Do sposobów bezciśnieniowych należą:

• Kąpiele długotrwałe Jednym ze sposobów głębokiego nasycenia jest długotrwałe zanurzenie całego obiektu w roztworze impregnacyjnym podczas którego następuje kapilarne przemieszczenie się roztworu w głąb drewna. Wymaga to jednak odpowiednich pojemników dużej ilości impregnatu oraz hermetyzacji całego procesu aby nie dopuścić do nadmiernego wzrostu lepkości substancji impregnującej na skutek ubytku rozpuszczalnika.
• Metody dyfuzyjne Przy metodach dyfuzyjnych wykorzystywane są praktycznie zjawiska dyfuzji jak również osmozy które występują wówczas gdy mamy do czynienia z drewnem o dużej wilgotności i przy użyciu środków rozpuszczalnych w wodzie które będą stopniowo dyfundowały w materiał drzewny. Proces nasycania w metodach dyfuzyjnych ustaje po wyschnięciu drewna wznawia się zaś przy powtórnym nawilgoceniu zaimpregnowanego materiału. Korzystne warunki dyfuzyjnego nasycania występują przy wilgotności powyżej 35%.

Dyfuzyjne sposoby impregnacji obejmują następujące metody :

• suchej impregnacji
• pastowania
• bandażowania
• zastrzykową metodę Cobra
• nawiercania otworów
• osmotyczną

Metody te polegają na :

• powlekaniu pastą grzybobójczą powierzchni drewna
• stosowaniu bandaży których wewnętrzna strona pokryta jest środkiem toksycznym zewnętrzna zaś środkami izolacyjnymi chroniącymi drewno przed utratą wilgoci
• wprowadzaniu do drewna rozpuszczonego w wodzie preparatu w postaci luźno umieszczonego w wywierconych otworach bądź wstrzykiwanego pod ciśnieniem za pomocą różnych aparatów Podczas wstrzykiwania pod ciśnieniem antyseptyk wprowadzany w stanie stężonym rozchodzi się drogą dyfuzji w wilgotnym drewnie.

Metoda osmotyczna jest odmianą pastowania zastosowaną do nasycania świeżo ściętych dłużyc na zrębach leśnych. Okorowane po ścięciu drewno pokrywa się pastą grzybobójczą układa na legarach w stosy i zabezpiecza przed utratą wilgoci i wymyciem toksycznych składników przez wody opadowe.

Iniekcja

W celu głębszego wprowadzenia impregnatów stosuje się wstrzykiwanie za pomocą strzykawki bądź gruszki lekarskiej w otwory wylotowe po owadach lub w otwory specjalnie nawiercone. Wypełniający jednak kanały pył drzewny stanowi poważną przeszkodę w penetracji impregnatu w głąb nawet dla roztworów o niskiej lepkości. Wynikająca stąd konieczność bardzo powolnego wprowadzania impregnatu i ciągłego napełniania strzykawki czyni ten sposób niezwykle pracochłonny. Przeciwdziała temu w pewnym stopniu nasycanie drewna przed wprowadzeniem właściwego impregnatu samym rozpuszczalnikiem który rozprzestrzeniając się zwilża szybciej drewno i ułatwia przenikanie substancji utwardzającej. Pamiętać jednak należy że zabieg ten zmniejsza procentową zawartość żywicy w roztworze.

Metoda elektroimpregnacji (elektroosmozy)

Innym sposobem głębokiego nasycania przez zanurzanie jest tak zwana metoda elektro-impregnacji. Wykorzystuje się w tym celu zjawisko elektro-osmozy wywołane przepływem prądu stałego między elektrodami podłączonymi do dwóch przeciwległych powierzchni obiektu. Zjawiska elektrokinetyczne wymuszając ruch cieczy względem powierzchni ciała stałego powodują szybką i łatwą infiltrację impregnatów w porowatą strukturę drewna.

Zaletą tej metody jest zatem stosunkowo krótki czas potrzebny do wykonania zabiegu a możliwość wprowadzenia większej niż przy innych metodach ilości żywicy zapewnia uzyskanie wysokiej wytrzymałości mechanicznej drewna nawet przy dużym stopniu zniszczenia. Zjawisko dyfuzji polegające na samorzutnym wyrównaniu stężeń w układzie wykorzystuje się w impregnacji utwardzającej drewna archeologicznego wodorozcieńczalnymi substancjami z grupy glikoli polietylenowych. Stosowane substancje rozpuszczalne w wodzie uzupełniane w miarę wyparowywania wody czystym preparatem dyfundują w głąb drewna dopóki wilgotność w nim nie obniży się do około 35%. Całkowite zastąpienie wody substancją utwardzającą jest procesem długotrwałym a czas trwania zabiegu uzależniony jest od wielkości obiektu i wilgotności drewna.

Metody próżniowe i próżniowo-ciśnieniowe

Należy do nich kilka sposobów impregnacji działających na podobnych zasadach. Nie ma tutaj tak wyraźnego podziału jak przy metodach powierzchniowych. Różnic należy upatrywać w sposobie budowania komór oraz w zestawach urządzeń towarzyszących im podczas prac. Niewątpliwie najbardziej skutecznym sposobem pozwalającym na całkowite przesączenie substancją utwardzającą nawet bardzo zniszczonego drewna jest metoda nasycania pod zmniejszonym ciśnieniem. Proces przebiega w sztywnej metalowej komorze najczęściej w kształcie walca hermetycznie zamkniętego pokrywą zaopatrzonego w próżniomierz i wizjery pozwalające na kontrolę przebiegu procesu oraz dwa zawory. Jeden z nich połączony jest z olejową pompą próżniową usuwającą powietrze z komory drugi ze zbiornikiem cieczy impregnującej. Przy prowadzeniu zabiegu nasycania z udziałem innych czynników fizycznych mogą być zainstalowane dodatkowe urządzenia. Pierwszym technologicznym procesem przy próżniowej impregnacji drewnianych obiektów lub innych materiałów porowatych jest usunięcie powietrza z komory i drewna za pomocą olejowej pompy próżniowej. Drewniany obiekt umieszczony w hermetycznej komorze należy obciążyć lub w inny sposób zabezpieczyć przed wypłynięciem. Rozmiary i forma pojemnika powinny zabezpieczać minimum przestronności co pozwala na maksymalne powiększenie wydajności urządzenia i zmniejszenie ilości impregnatu który musimy wprowadzić do komory.

Metody próżniowo-ciśnieniowe są modyfikacjami metod próżniowych. Czynnikiem uzupełniającym jest tutaj wytworzenie dodatkowego ciśnienia pod którym poddawany jest impregnat co umożliwia jeszcze lepsze przesączenie drewna. Metody te stosuje się głównie w impregnacji drewna przemysłowego. Bogata różnorodność metod nasycania daje duże możliwości takiego wyboru by w konkretnym przypadku zapewnić najlepszy efekt końcowy. Rezultat zabiegu uzależniony jest jednak od właściwego doboru substancji impregnującej ochronnej lub zmieniającej ujemne właściwości drewna.

Źródło: Mirosław Piotrowski Grupa ATLAS