Impregnace dřeva

Konzervace dřeva, penetrace dřeva, ochrana proti plísni, ochrana proti šednutí, impregnace dřeva a jeho paropropustnost je klíčových komponentním článkem komplexní životnosti a ochrany dřevěných povrchů. V pórovitých materiálech, ke kterým patří také dřevo a materiály vyrobené na bázi dřeva, je obsaženo vždy určité množství vody. A to v závislosti na teplotě, vlhkosti a tlaku okolního vzduchu. Jedná se o vodu fyzikálně vázanou. Ta může být ve dřevě obsažena jak v buněčných stěnách (tzv. voda vázaná), tak také v buněčných dutinách (tzv. voda volná). Na několika případech ukážeme příčiny nadměrné vlhkosti dřevěných stavebních prvků v budovách včetně vlhkosti obvodového či vnitřního zdiva.

Impregnace dřeva

V pórovitých materiálech, ke kterým patří také dřevo a materiály vyrobené na bázi dřeva, je obsaženo vždy určité množství vody. A to v závislosti na teplotě, vlhkosti a tlaku okolního vzduchu. Jedná se o vodu fyzikálně vázanou. Ta může být ve dřevě obsažena jak v buněčných stěnách (tzv. voda vázaná), tak také v buněčných dutinách (tzv. voda volná). Stav, kdy jsou vodou nasyceny stěny dřevních buněk a buněčné dutiny jsou ještě bez vody, je definován jako bod nasycení vláken (BNV). Hodnoty bodu nasycení vláken se liší podle druhu dřeva a pohybují se přibližně v rozmezí 25 ÷ 35 %.

Pokud je dřevo, resp. dřevěný prvek po určitou dobu situován v prostředí o určité teplotě a vlhkosti vzduchu, pak se jeho vlhkost ustálí na hodnotě tzv. rovnovážné vlhkosti. Ve stavební praxi může mít rovnovážná vlhkost dřeva velký rozsah (od cca 6 % v místnosti, až po 25 % i více ve vnějším prostředí v zimě). Je-li relativní vlhkost vzduchu delší dobu okolo 95–99 %, vlhkost dřeva dosahuje hodnot okolo 28–30 %. Pro ilustraci – rovnovážná vlhkost u dřeva situovaného ve vytápěném interiéru se může pohybovat přibližně v rozmezí 8 ÷ 12 %; v nevytápěném, avšak chráněném interiéru proti přímému působení srážkové vody (např. půdní prostory) se může rovnovážná vlhkost pohybovat přibližně v rozmezí 12 ÷ 18 %.Podrobné pojednání o vlhkostní problematice dřeva, o hodnotách bodu nasycení vláken a rovnovážných vlhkostí je možno nalézt v příslušné odborné literatuře.

Obecně je možno konstatovat, že hmotnost vody obsažené ve stavebních prvcích budov, jež jsou tvořeny z pórovitých materiálů (např. u zdiva, betonových konstrukcí apod.) je téměř vždy mnohem vyšší než hmotnost vody zkondenzované uvnitř prvků v následujícím období během užívání budovy v důsledku difúze vodní páry. Tato skutečnost bývá v počátečním období po dokončení stavby zapříčiněna mokrým procesem při realizaci. Následně se vlhkost konstrukce postupně snižuje, až se ustálí na hodnotě tzv. rovnovážné vlhkosti. Taktéž hodnoty rovnovážných vlhkostí jsou u porézních materiálů vyšší, než hodnoty vlhkostí zapříčiněných v důsledku vnitřní kondenzace vodní páry.

Z toho plyne, že množství zabudované vody ve stavebních konstrukcích není možno dále zvyšovat nedbalým prováděním – ukládáním vrstev o nadměrné vlhkosti, nebo předčasným uzavíráním těchto vrstev následujícími vrstvami, pokud nebyla jejich vlhkost snížena na hodnotu normové hmotnostní vlhkosti, jak je požadováno v ČSN 73 0540-3.

Impregnace dřeva

V závislosti na skladbě příslušné konstrukce může v určitých případech postupem času dojít k odpaření zabudované vody. Pokud je však vrstva o vysoké vlhkosti uzavřena mezi další vrstvy s vysokými difúzními odpory, k následnému odpaření vody v průběhu užívání budovy nikdy nedojde. U obvodových konstrukcí posléze dochází ke zvyšování její vlhkosti v důsledku difúze vodní páry. V případě dřevěných prvků tato skutečnost vede k závažným negativním důsledkům – k napadení některým z biologických dřevokazných škůdců a následně k jejich destrukci.

U dřevěných konstrukčních prvků v objektech pozemních staveb, pokud vykazují hodnoty rovnovážných vlhkostí, nebývá z tohoto hlediska zpravidla žádný problém. Problémy nastávají tehdy, jestliže dojde ke zvýšení jejich vlhkosti.

Důvody zvýšení vlhkosti dřevěných konstrukčních prvků mohou být z obecného hlediska následující: Zatékání vody (srážkové, nebo z interiéru), povrchová kondenzace vodní páry na dřevěných prvcích, kondenzace vodní páry uvnitř stavebních konstrukcí se zabudovanými dřevěnými prvky, zabudování dřevěných prvků o vyšší vlhkosti je požadováno v ČSN 73 0540-3.

Vlhkost dřeva má negativní vliv na jeho vlastnosti i na praktické použití, jelikož s rostoucí vlhkostí dřeva se snižuje jeho pevnost a modul pružnosti. S rostoucí vlhkostí se zvyšuje riziko napadení dřeva biologickými škůdci (dřevokaznými houbami, dřevokazným hmyzem, hnilobou a plísněmi). Měnící se vlhkost způsobuje tvarové změny příčného průřezu dřeva. Je to vlastnost velmi nepříjemná a při použití dřeva je nutno s ní počítat. Při neregulovaném nebo vícenásobném vysoušení se mohou ve dřevě vytvořit trhliny, které snižují únosnost příslušného dřevěného prvku, čímž omezují jeho použití.

Impregnace dřeva

Důvodem vzniku vlhkosti bývá kondenzace vodní páry v dřevěném trámovém stropě s nášlapnou vrstvou o vysokém difúzním odporu. A to tehdy, jestliže k difúzi vodní páry skrze konstrukci stropu dochází směrem zespodu nahoru (v opačném případě by byla nášlapná vrstva podlahy o vysokém difúzním odporu žádoucí). Zde jsou ohroženy stropní trámy, prkna podhledu či záklopu, polštáře. Tento případ nastává zejména v důsledku dodatečného provedení podlahové vrstvy z materiálu jako například PVC, linoleum, syntetický nátěr apod.).

Kondenzace vodní páry v konstrukci podlahy situované na terénu – pokud jsou v podlaze obsaženy dřevěné prvky. Příčinou bývá zpravidla neodborný návrh skladby podlahy. Zatékání vody unikající z rozvodů technických zařízení budov v důsledku poruchy do dřevěné konstrukce (např. trámového stropu, stěny u dřevostavby apod.). Jedná se o vodu, která uniká z vodovodu, kanalizace nebo ústředního vytápění v důsledku poruchy. Tento únik se může projevit jako náhlá havárie či nepatrné úniky.

Vliv chemické degradace dřeva

Impregnace dřeva a vliv chemické degradace povrchových vrstev na mechanické vlastnosti dřeva, toto bylo cílem výzkumu zjištění vlivu chemické degradace povrchových vrstev dřevěných konstrukčních prvků na jejich mechanické vlastnosti a hloubky, do které toto poškození zasahuje. Degradaci povrchových vrstev dřeva konstrukčních prvků způsobily chemické reakce některých sloučenin obsažených v protipožárních nátěrech v minulosti opakovaně aplikovaných na dřevěné konstrukce historických objektů. K takovým chemikáliím patří např. síran amonný a fosforečnan amonný.

Impregnace dřeva a různé druhy nátěrů pro ochranu dřeva proti ohni jsou užívány již od starověku. Jejich stopy nacházíme na povrchu některých historických konstrukcí různého stáří. Výzkum chemických sloučenin a rozvoj chemického průmyslu v průběhu 20. století umožnil vývoj a pozdější masivní aplikaci nových retardérů hoření na dřevěné prvky stavebních konstrukcí. Byly používány tekuté prostředky nanášené na konstrukční prvky obvykle postřikem nebo nátěrem. Aplikace prostředků na dřevěných konstrukcích staveb probíhala opakovaně, a to většinou po uplynutí doby jejich garantované životnosti.

Impregnace dřeva

Průzkumem v minulosti ošetřených dřevěných konstrukcí bylo zjištěno, že některé chemikálie (obsažené v použitých přípravcích) vyvolávají chemické reakce, které poškozují polymery dřeva – celulózu, hemicelulózy a lignin. Příkladem může být aplikace retardérů hoření na bázi síranu amonného a fosforečnanů amonných, kterými byly v minulosti v České republice opakovaně ošetřovány krovy různých stavebních objektů, např. objekt administrativní budovy v ulici U Půjčovny v Praze (Obr. 1). Působení prostředků s obsahem těchto látek způsobilo poškození povrchu dřeva běžně označované jako „povrchové rozvláknění“ nebo chemická koroze.

Z makroskopického pohledu se rozvláknění projevuje „chlupacením“ povrchu dřeva (Obr. 2), které vede k výraznému poklesu jeho soudržnosti a mechanických vlastností. Rozvlákňování dřeva je v současné době považováno převážně za estetický defekt. Způsobuje ztrátu informací z povrchu dřeva, zejména stop po opracování nástroji. Protože však dochází také k narušování struktury dřeva, mohlo by rozvlákňování postupně vést k významnému snížení pevnostních parametrů dřevěných prvků a ohrozit tak bezpečnost a spolehlivost dřevěných stavebních konstrukcí.

V současné době se poškození konstrukčního dřeva rozvlákněním „sanuje“ tak, že se nejprve mechanicky odstraní rozvlákněné vrstvy (až na kompaktní dřevo) a poté se aplikuje postřik neutralizačním roztokem. Jak se ukázalo, tento způsob konzervace dřevěných konstrukcí problém koroze dřeva neřeší. Již několik málo let po jejich neutralizaci dochází k opětovnému rozvláknění dřeva. Tato technologie odstraňování protipožárních nátěrů je z těchto důvodů, především pro historické a památkově chráněné konstrukce, považována za nevhodnou.

Na základě provedených zkoušek mechanických vlastností dřeva lze konstatovat, že ke snížení měřených vlastností u prvků poškozených chemickou korozí dochází pouze v tenké povrchové vrstvě (dle našich zkoušek maximálně do hloubky 5 až 7 mm).

Impregnace dřeva

Výrazněji se snížení mechanických vlastností dřeva v poškozené povrchové vrstvě projevilo především při zkoušce v tahu podél vláken, kde pevnost poklesla až o 50 % proti hodnotám zjištěným u nepoškozeného dřeva. Zhoršení mechanických vlastností v rozvlákněném povrchu dřeva bylo detekováno také pomocí tvrdostních zkoušek, při zatlačování kuličky a vstřelování trnu zarážecího indentoru Pilodyn. Zkoušky tvrdosti prokázaly vliv chemické koroze pouze v povrchových vrstvách dřeva.

U zkoušek mechanických vlastností dřeva v tlaku podél vláken na standardních vzorcích se vliv povrchové rozvlákněné vrstvy prokazatelně neprojevil. U nestandardních tělísek (5 mm tloušťka) byl vliv chemické koroze již patrný. Významnější vliv na pevnost v tlaku podél vláken, který se překrýval s vlivem chemické koroze, měly změny hustoty dřeva způsobené poklesem průměrné šířky letokruhu po poloměru kmene a zvýšením procentuálního zastoupení letního dřeva v jednotlivých letokruzích.

Z hlediska mechanických vlastností běžných průřezů konstrukčního dřeva (obvykle 100×120 mm a větší) je vliv chemické koroze povrchových vrstev na únosnost a tuhost prvků nevýrazný. Vícenásobné (opakované) rozvláknění dřeva vyvolané mechanickým obroušením povrchu a neúčinná neutralizace může po čase způsobit zmenšení průřezu konstrukčních prvků, a tím mírné snížení jejich mechanických vlastností. Rozvláknění (zasolení) povrchových vrstev dřeva podporuje zvýšení vlhkosti a tím možnost vzniku napadení dřevokaznými houbami a hmyzem.