Drewno jako materiał budowlany - wady i zalety

Drewno to materiał od dawna stosowany w budownictwie. W przeszłości z materiału tego powstawały niemal wszystkie budowle. Na przykład w początkach państwa Polskiego drewno było niemalże jedynym materiałem budowlanym. Budowle kamienne lub ceglane przez większość naszej historii były nieliczne mimo iż z czasem ich udział procentowy wśród budowanych budowli rósł.

Nawet dziś mimo pojawienia się wielu nowych materiałów budowlanych drewno pozostaje ważnym materiałem budowlanym. Materiał ten ma wiele zalet. Jest stosunkowo tani, ładnie wygląda i jest dość wytrzymały ale posiada też pewne wady. Jedną z tych wad jest jego ograniczona trwałość. Drewno ma ograniczoną odporność na warunki atmosferyczne, jest łatwopalne i łatwo pochłania wilgoć dodatkowo ograniczającą jego trwałość. Drewno jest też naturalnym pokarmem wielu gatunków owadów, które doprowadzają do zmniejszenia jego trwałości i odporności na inne czynniki, a czasem nawet do jego całkowitego i nieodwracalnego zniszczenia. W dłuższej perspektywie uszkodzenia drewna mogą doprowadzić do całkowitego zniszczenia budynków, które zostały z niego zbudowane lub przy których budowie wykorzystano drewniane elementy. Dowodów na to nie trzeba szukać daleko. Wystarczy spojrzeć na to, jakie starsze niż 200 lat budynki przetrwały do naszych czasów. Jak już wspominaliśmy większość powstających w przeszłości budynków wykonana była z drewna, ale jak łatwo zauważyć przyglądając się zabytkom większość starszych niż 200 lat budowli, które przetrwały do naszych czasów wykonano z cegły lub kamienia. Mimo to drewno jest i wiele wskazuje na to, że na długo jeszcze pozostanie jednym z podstawowych materiałów wykorzystywanych w budownictwie.

Czym jest impregnacja drewna ?

Na szczęście istnieje metoda znacznie poprawiająca trwałość drewna i wydłużająca okres jego użytkowania.  Tą metoda jest impregnacja drewna. Impregnacja drewna to nasączanie drewna substancjami poprawiającymi jego właściwości. Substancje używane podczas impregnacji nazywamy impregnatami. Impregnacja wewnętrzna to impregnacja przeprowadzana wewnątrz już zbudowanych budynków. Impregnacja pozwala na zwiększenie odporności drewna na szereg zagrażających mu czynników w tym między innymi na pożary, powodzie, zalania, wilgoć, owady żerujące w drewnie, grzyby, pleśnie i inne czynniki. Impregnacja to nieodzowny zabieg, który powinien być stosowany do wszystkich drewnianych elementów wszelkiego rodzaju budynków. Impregnacja drewna w znaczącym stopniu wydłuża trwałość drewnianych budowli i drewnianych elementów budynków dzięki czemu możemy mieć nadzieję, że przetrwają one choć odrobinę dłużej od budynków, które budowane były w przeszłości.

Metody Impregnacji Drewna

Istnieje wiele metod impregnacji. Wszystkie one mają swoje wady i zalety. Większość metod impregnacji stosowanych jest do impregnacji drewna, które dopiero zostanie wykorzystane do budowy. Istnieją też nieliczne metody impregnacji wykorzystywane do impregnacji już wbudowanego w dany budynek drewna. Na rynku dostępnych jest wiele przeznaczonych do impregnacji drewna preparatów różniących się składem, metodami nakładania i czynnikami przed którymi chronią.

Metody impregnacji drewna możemy podzielić na dwie grupy: metody impregnacji powierzchniowej i metody impregnacji głębokiej. Kryterium tego podziału jest głębokość na którą wnika stosowany w danej metodzie impregnat. Jeśli dana metoda pozwala na wniknięcie impregnatu w drewno na głębokość do 10 milimetrów to zaliczana jest do metod impregnacji powierzchniowej, a jeżeli dana metoda pozwala na wniknięcie impregnatu na głębokość powyżej 10 milimetrów to zaliczana jest ona do metod impregnacji głębokiej.

Powierzchniowe metody impregnacji drewna

Zanim przystąpimy do przedstawienia powierzchniowych metod impregnacji musimy pomieć, że mają one kilka niewystępujących w przypadku impregnacji głębokiej wad. Jeśli w zaimpregnowanym jedną z powierzchniowych metod impregnacji materiale powstają spękania odsłonięte mogą zostać głębsze, niepoddane działaniu impregnacji warstwy drewna. Żerujące w drewnie owady mogą złożyć jaja w zaimpregnowanych warstwach drewna. Poprzez spękania może się też dostać do nich woda, a zawilgocone drewno stanowi idealny materiał do rozwoju różnego rodzaju grzybów. Z tego powodu impregnacja powierzchniowa może być stosowana tylko w przypadku drewna w niewielkim stopniu zagrożonego przez owady. Istnieje kilka metod impregnacji powierzchniowej. Najczęściej spotykane z nich to: metoda powlekania, kąpiel zimna, kąpiel gorąca i stężona kąpiel drewna mokrego w stężonym wodnym roztworze soli impregnacyjnej.

Impregnacja ciśnieniowa drewna

W ostatnich latach na terenie Polski coraz większą popularność zyskuje ciśnieniowa impregnacja drewna. Impregnacja ciśnieniowa wykorzystywana jest do impregnacji elementów konstrukcyjnych więźby dachowej, elementów drewnianych spoczywających na fundamentach, mających kontakt z gruntem lub z woda morską. Skuteczność impregnacji ciśnieniowej uzależniona jest od wielu czynników takich jak między innymi rodzaj użytego preparatu do impregnacji ciśnieniowej, stopień wchłonięcia, wilgotność i inne parametry drewna, i warunki składowania drewna po impregnacji.

Metoda kąpieli zimnej

Metoda kąpieli zimnej polega na zanurzeniu suchego drewna w płynnym impregnacie o temperaturze wynoszącej od 15 do 20 stopni Celsjusza. Drewno zanurzane jest w nim na od 15 do 30 minut. W przypadku drewna bielastego pozwala to na wniknięcie impregnatu w drewno na od 3 do 10 milimetrów.

Metoda kąpieli gorącej

Metoda kąpieli gorącej polega na zanurzeniu drewna w płynny impregnacie o wysokiej temperaturze. W przypadku zanurzania w wodnych roztworach soli ich temperatura powinna wynosić 60 stopni Celsjusza, a w przypadku zanurzania w środkach olejowych temperatura impregnatu powinna wynosić 70 stopni Celsjusza.  Kąpiel gorąca trwa od 15 do 30 minut. Podgrzanie impregnatu sprawia, że wnika on w drewno na dużo większą głębokość niż w przypadku kąpieli zimnej. Impregnacji przy pomocy kąpieli gorącej nie należy przeprowadzać z użyciem preparatów olejowych o niskim punkcie zapłonu.

Skrócona kąpiel w stężonym wodnym roztworze soli impregnacyjnej

Odmianą metody kąpieli zimnej jest skrócona kąpiel w stężonym wodnym roztworze soli impregnacyjnej. W metodzie tej drewno którego wilgotność przekracza  28 % zanurzane jest na okres od kilku do kilkunastu minut w  wodnym roztworze soli impregnacyjnej której stężenie wynosi od 20 do 30%. Temperatura tego roztwory jest standardowa dla kąpieli zimnych i wynosi od 15 do 20 stopni Celsjusza. Preparat ten dzięki zjawisku dyfuzji wnika w impregnowane drewno na głębokość wynoszącą od 7 do 9 milimetrów.

Metoda powlekania

Metoda powlekania polega na kilkukrotnym powlekaniu powierzchni drewna przy pomocy środka impregnacyjnego. Powlekanie wykonywane jest przez opryskiwanie lub przy pomocy szczotki. Po wchłonięciu przez drewno preparatu z pierwszego powlekania drewno  ponowne smarowane jest impregnatem. Dwukrotne powlekanie wystarcza by impregnat wnikną do drewna na głębokość od 2 do 5 milimetrów.

Metody impregnacji głębokiej

Drugą grupą metod impregnacji są metody impregnacji głębokiej. Metody impregnacji zaliczane do tej grupy pozwalają na nasycenie drewna na głębokość przekraczającą 10 milimetrów. Do metod impregnacji głębokiej zaliczamy metodę kąpieli zimnej długotrwałej, metodę kąpieli gorąco-zimnej, metodę impregnacji suchej, pastowanie oraz metodę polegającą na jednoczesnym wykorzystaniu opalania, moczenia i smołowania stosowaną do zabezpieczania dolnych, zakopywanych w ziemi części słupów przed owadami i gniciem.

Metoda impregnacji suchej

Metoda impregnacji suchej polega na posypywaniu górnych poziomych powierzchni drewna preparatem solnym. Impregnat ten mieszany jest przed rozsypaniem z mokrymi trocinami w stosunku 1:5 lub 1:10. Metoda ta umożliwia zabezpieczenie już wbudowanych poziomo ułożonych elementów drewnianych. Metoda ta jest również często stosowna w stosunku do wilgotnej tarcicy. Tarcica ta układana jest warstwami w ścisły stos którego poszczególne warstwy przesypywane są impregnatem. W celu zabezpieczenia przed wysychaniem stos ten przykrywany jest folią lub papą.

Opalanie, moczenie i smołowanie

Opalanie, moczenie i smołowanie to metody stosowane łącznie w celu zabezpieczania dolnych części zakopywanych w ziemi słupów przed owadami i gniciem. W metodzie tej zabezpieczana część słupa powlekana jest cienką warstwą rozrobionej w wodzie gliny. Następnie zabezpieczana część słupa opalana jest z każdej strony nad rozżarzonym ogniskiem. Kiedy głębokość zwęglenia osiągnie od 5 do 10 milimetrów płomień jest gaszony, a słup zanurzany jest w kreozocie o temperaturze 20 stopni Celsjusza. Słup przetrzymywany jest w kreozocie aż do całkowitego ostygnięcia za równo kreozotu jak i drewna. Wyjęte z tej kąpieli słupy układane są w ten sposób, aby nadmiar oleju spłyną do podstawionego naczynia. Po odciągnięciu oleju zabezpieczana część słupa pokrywana jest smołą i posypywana jest piaskiem.  Dużą zaletą tej metody jest możliwość użycia jej w stosunku do drewna o różnej wilgotności.

Pastowanie

Pastowanie polega na powlekaniu powierzchni drewna pastą posiadającą w swoim składzie rozpuszczalne w wodzie sole. Powlekanie stosowane jest za równo w celu impregnacji drewna świeżo ściętego jak i zabudowanego.  Pastowanie świeżo ściętego drewna stosowane jest do zabezpieczania różnego rodzaju legarów i słupów wykonywanych tuż po ścięciu drewna. Impregnowane tą metodą drewno powlekane jest ze wszystkich stron pastą przy pomocy pędzla i szczotki. Posmarowane elementy układane są na niewysokich legarach w nieposiadające przekładek stosy. Stosy te pokrywane są papą lub folią na okres od 2 do 3 miesięcy. W tym czasie toksyczna dla owadów sól przenika do drewna.

Metoda kąpieli zimnej długotrwałej

Pod względem przebiegu metoda kąpieli zimnej długotrwałej nie różni się od przedstawionej już metody kąpieli zimnej, ale trwa od niej znacznie dłużej. Impregnacja metodą kąpieli zimnej długotrwałej trwa nawet kilka dni. Głębokość nasycenia impregnatem drewna impregnowanego tą metodą uzależniona jest od długości kąpieli.

Metoda kąpieli gorąco-zimnej

Metoda kąpieli gorąco-zimnej jest połączeniem metody zimnej i gorącej. Wilgotność drewna impregnowanego przy pomocy tej metody nie może przekraczać 30 %. W metodzie tej drewno zanurzane jest na od 2 do 4 godzin w roztworze impregnatu o temperaturze 70 stopni Celsjusza. Następnie drewno jest przekładane do innego zbiornika w którym znajduje się impregnat mający temperaturę od 15 do 20 stopni Celsjusza w którym drewno impregnowane jest przez kolejne od 1 do 3 godzin. Metoda ta umożliwia wniknięcie impregnatu na od 20 do 30 milimetrów. Efekty przypominające efekty uzyskiwane metodą kąpieli gorąco zimnej można uzyskać zostawiając drewno w gorącej kąpieli aż do czasu ostygnięcia znajdującej się w niej cieczy.

Impregnaty do drewna konstrukcyjnego

Impregnaty do Drewna Konstrukcyjnego

Istnieje wiele środków stosowanych w impregnacji drewna. Można je podzielić na kilka grup wyróżniając między innymi ich zastosowanie lub na rodzaj użytych substancji.

Impregnaty solne

Impregnaty solne to impregnaty mające w swoim składzie sole nieorganiczne lub ich mieszaniny. Impregnaty solne stosowane są w postaci roztworów wodnych , które przygotowywane są w miejscu w którym przeprowadzana jest impregnacja. Dużą zaletą impregnatów solnych jest fakt, że mogą być one stosowane za równo do impregnacji drewna suchego jak i wilgotnego. Impregnaty solne są bezwonne, nielotne, nie podwyższają palności drewna i mogą być łatwo mieszane z związkami chemicznymi uodparniającymi drewno na ogień.

Impregnaty oleiste

Impregnaty oleiste są roztworami organicznych środków toksycznych wytwarzanych z ropy naftowej lub węgla. Impregnaty oleiste używane są do impregnacji drewna suchego. Preparaty oleiste mają szereg zalet sprawiających, że są one dużo skuteczniejsze od impregnatów solnych. Impregnaty oleiste

• Wnikają w drewno głębiej niż impregnaty solne
• Są trudno wymywane lub nie wymywane
• Chronią drewno przed wilgocią
• Nie zmieniają rozmiarów drewna

Impregnaty oleiste nie są jednak pozbawione wad. Są one lotne, łatwopalne i mają nieprzyjemny zapach.

Impregnaty solno-oleiste

Impregnatami solno oleistymi nazywamy impregnaty łączące właściwości impregnatów solnych i oleistych. Używane są one w postaci gotowych preparatów. Impregnaty solno-oleiste mogą być stosowane za równo do impregnacji drewna suchego jak i wilgotnego.

Pasty impregnujące

Pasty zawierają w swoim składzie dużą ilość składnika toksycznego, który zmieszany jest z nadającą preparatowi przyczepność i plastyczność substancją wiążącą. Preparaty impregnujące pod postacią pasty używane są do zabezpieczania miejsc narażonych na silne zawilgocenie.

Podział impregnatów ze względu na zawarte substancje

Jeśli chodzi o stosowane w impregnatach substancje toksyczne możemy podzielić impregnaty na wykorzystujące środki organiczne, wykorzystujące środki nieorganiczne i wykorzystujące mieszaniny środków organicznych i nieorganicznych.  Najczęściej stosowanymi w impregnacji środkami nieorganicznymi są związki boru, arsenu, chromu i fluoru.

Najczęściej stosowanymi  związkami organicznymi używanymi jako impregnaty są środki powstające na bazie węgla i ropy naftowej. Większość z nich cechuje się silnym i nieprzyjemnym zapachem dlatego stosowane są one przede wszystkim do ochrony drewna znajdującego się na otwartej przestrzeni. Środki te to destylaty smoły węglowej takie jak kreozot i karbolineum, chlorowane fenole takie jak pięciochlorofen, nitro pochodne krezoli i fenoli, naftaniany, nitro pochodne naftalenu i chlorowane naftaleny.

Błędy popełniane podczas impregnacji

Impregnacja wydaje się być procesem o umiarkowanym stopniu skomplikowania niemniej podczas impregnacji często popełniane są błędy, które negatywnie rzutują na skuteczność tego zabiegu. Najczęściej spotykane błędy to impregnowanie drewna o zbyt wysokiej wilgotności, niewłaściwe stężenie impregnatu, niedostateczne ciśnienie impregnatu w przypadku impregnacji ciśnieniowej i zbyt krótki czas impregnacji.

Najpowszechniejszym błędem jest poddawanie nasyceniu drewna o zbyt wysokiej wilgotności. Działania takie są powszechne ponieważ potencjalni użytkownicy takiego drewna nie są w stanie wizualnie stwierdzić, czy drewno zostało odpowiednio zabezpieczone.

Czasami zdarza się, że drewno użyte do budowy sprawia liczne problemy mimo iż impregnacja przebiegła w sposób prawidłowy. Wynikać to może z błędów popełnionych w trakcie budowy lub błędów projektowych. Niektóre spośród często spotykanych błędów to wyprowadzenie wentylacji na poddasze zamiast na zewnątrz budynku i niewłaściwe docieplenie budynku.

Badania sprawdzające prawidłowość i skuteczność impregnacji

Trwałość niewłaściwie zabezpieczonego drewna jest trudna do przewidzenia. Badania mające na celu sprawdzenie, czy impregnacja drewna przebiegała właściwie są drogie i skomplikowane. Wykorzystywane są w nich metody elektrolityczne, spektrograficzne i kolorymetryczne. Większość badań mających za zadanie sprawdzenie prawidłowości przebiegu procesu impregnacji koncentruje się na badaniu zawartości substancji aktywnej w impregnowanym drewnie i roztworze impregnacyjnym. Skuteczność zabiegu impregnacji sprawdzana jest poprzez badania biologiczne, ale tego typu badania są przeprowadzane bardzo rzadko ze względu na długi czas ich trwania. W badaniach biologicznych pobrane w odpowiedni sposób próbki impregnowanego drewna poddawane są działaniu grzybów. Jeśli grzyby nie porosną testowanego drewna oznacza to, że impregnacja jest skuteczna i przeprowadzona została właściwie.