ВСЕ О КОРРОЗИИ   Знать - значит победить

Коррозия (разрушение) древесины

Содержание:

Все о древесине

Свойства древесины

Коррозия древесины

 Коррозия древесины – это разрушение древесины под воздействием внешней агрессивной среды. Коррозия древесины может протекать с различной скоростью. Скорость коррозии (разрушения) древесины зависит от факторов окружающей среды: биологических (поражения различными  микроорганизмами, насекомыми, грибами и т.п.) и климатических (влияние влажности воздуха, ультрафиолетового излучения, колебаний температуры, кислорода воздуха, осадков).

Все о древесине

Древесина – это волокнистый материал с ярко выраженной анизотропией. У всех пород древесины механические характеристики очень отличаются поперек и вдоль волокон. Более распространенное определение – это внутренняя часть дерева, т.е. лежащая под корой. Древесина состоит из клеток, различных по форме и размерам, но тесно срощенных между собой. Изначально (в молодых побегах) клетка дерева отличается довольно высокой эластичностью, а ее оболочка легко пропускает воду. Со временем  прочность оболочки значительно увеличивается, а влагопроницаемость уменьшается.  Образуются органические высокомолекулярные соединения: лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза. Лигнин в древесине играет роль отвердителя, т.е. придает древесине жесткость. Целлюлозная оболочка пропитывается лигнином, происходит явление одеревенения. В состав древесины, кроме лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы, входят еще масла, смола, воск и др. Клетки древесины подразделяются на три группы: проводящие (трахеи и сосуды), механические (либроформовые волокна) и запасающие (паренхимные).  

У некоторых пород древесины на поперечном срезе ствола хорошо различимы годичные кольца, сердцевинные лучи, даже кольцевые полости (т.е. сосуды, по которым происходит движение влаги по стволу). Они более характерны для лиственных пород. В зависимости от расположения проводящих клеток все породы древесины подразделяются на: рассеянно-сосудистые и кольцесосудистые. У рассеянно-сосудистых пород сосуды равномерно распределены по годичному слою (ольха, береза, граб, осина и др.).  К кольцесосудистым породам относятся клен, ясень и др. Крупные сосуды у них образуют сплошное кольцо на поперечном срезе ствола и располагаются  в ранней зоне годичных колец. Сосуды  могут занимать до 40% от общего объема и обеспечивают газо- и влагопроницаемость древесины. Основной составной частью любой древесины являются волокна либроформа, которые занимают около 70% объема.

Химический состав различных пород практически ничем не отличается. Углерод занимает большую часть – почти 51%,  43% кислорода, 6,4% водорода и 0,1 азота.

Рассмотрим характеристики некоторых пород древесины.

Береза – достаточно твердая  порода. Отличается хорошей вязкостью и упругостью. Березу часто использую в качестве сырья для изготовления фанеры. Основной недостаток данной породы древесины – склонность к короблению при периодическом или постоянном воздействии повышенной влажности (особенно тонких листов пиломатериала).

Сосна обладает относительно небольшой объемной массой, малым количеством сучков и хорошими физико-механическими свойствами. Древесина сосны хорошо обрабатывается резанием. Кроме того, она пропитана смолистыми веществами, которые оказывают консервирующее воздействие (менее подвержена коррозии древесины, в сравнении с некоторыми другими породами, меньше впитывает влагу). Ствол сосны идеален для использования при постройке домов «со сруба», т.к. по своей природе ровный,  не требует больших усилий при обработке и обладает рядом ценных свойств.

Лиственница отличается высокой водостойкостью (устойчива к воздействию влаги и воды). Древесина лиственницы одна из самых прочных и твердых, кроме того, чрезвычайно устойчива к гниению и короблению. Отличается высокой плотностью, поэтому имеет достаточно большой вес. При попадании в воду сразу же  тонет. Благодаря своей высокой устойчивости к процессам гниения, древесина лиственницы часто используется в районах с повышенной влажностью, из нее могут быть изготовлены сваи, паркетные, половая доски. По внешнему виду при должной обработке внешне похожа на  ясень.

Ель по своим характеристикам  значительно уступает сосне. В первую очередь, на стволе этого дерева достаточно большое количество сучков, которые не позволяют быстро и аккуратно обработать древесину. При воздействии повышенной влажности со временем загнаивается и разрушается, т.е. подвергается коррозии древесины. Среди достоинств еловой древесины можно отметить те, что материал  несколько теплее, по сравнению с сосной, т.к. имеет более рыхлую структуру.

Дуб благодаря своим хорошим физико-механическим свойствам широко используется в различных видах промышленности и в мебельном производстве. Имеет высокую прочность и твердость. Древесина устойчива к возникновению гнилостных процессов. Но при пониженных температурах стает довольно хрупкой  и начинает растрескиваться. Дуб хорошо обрабатывается и пропитывается, довольно легко гнется  и отличается красивой текстурой.

Свойства древесины

Древесина – это анизотропный материал, т.е. имеет различные свойства в зависимости от расположения волокон.
Все свойства данного материала можно разделить на: физические, механические и химические.

Физические свойства древесины

К физическим свойствам древесины относятся: тепловые показатели, влажность материала и свойства, обусловлены изменением влажности,  внешний вид (цвет, блеск текстура), электрические и звуковые.

Тепловые свойства древесины обуславливаются ее теплопроводностью, теплоемкостью, тепловым расширением и температуропроводностью. Именно благодаря своим тепловым свойствам древесина является настолько ценным материалом. Ее используют в различных отраслях промышленности. Из нее изготавливают мебель, множество строительных материалов, используют для постройки домов.

Теплопроводность, как, впрочем, и все другие свойства, во многом зависит от породы дерева. Но, в сравнении со многими другими строительными материалами,   теплопроводность древесины незначительна. Это объясняется тем, что материал имеет множество пор, каждая из которых внутри заполнена воздухом. Зависит величина теплопроводности от ее влажности, плотности и направленности волокон (теплопроводность вдоль волокон практически в 2 раза выше, чем поперек).

Влажность древесины очень важна и является одним из основных показателей ее качества и долговечности. Под влажностью древесины подразумевается отношение массы влаги к сухой массе, выраженное в процентах. Вода в дереве может находиться в двух состояниях: связанном и свободном. Связанная влага входит в состав стенок клеток, а свободная – заполняет межклеточное пространство и сами клетки. Различают мокрую древесину или сплавную (влажность которой составляет 60-100%), недавно срубленную (45-50%), воздушно-сухую (20-30%), комнатно-сухую (7-18%), абсолютно сухую (0%).  С изменением влажности могут быть связаны следующие свойства и способности древесины: коробление, влагопоглощение, усушка, плотность, разбухание,  проницаемость.

Данный строительный материал обладает способностью передавать, проводить сквозь свою толщу звук, т.е. звукопроводностью.

Электропроводность древесины напрямую зависит от ее влажности. Сухой материал является диэлектриком, т.е. изолятором и ток не пропускает, а во влажной среде ток проходить может.

Внешний вид древесины характеризуется ее цветом, текстурой, блеском и макроструктурой. Цвет зависит от породы дерева, места его произрастания, воздуха и других факторов.  По цвету, наличию вкраплений в некоторых случаях можно судить о состоянии и качестве материала. Хорошая древесина не должна обладать достаточно однородным цветов. Вкрапления могут свидетельствовать о протекании гнилостных процессов, биокоррозии.  Каждая порода отличается своей неповторимой текстурой, рисунком, который возникает в результате развития и роста ствола (сосуды, годичные кольца и т.п.).

Механические свойства древесины

Широкое использование древесины определяется во многом ее механическими свойствами: износостойкостью, прочностью, деформативностью, эксплуатационными характеристиками, способностью удерживать крепления и др.

Данное вещество достаточно прочное  и твердое. Благодаря своей износостойкости и тепловым характеристикам (особенно при правильной обработке), применяется для постройки домов, различных сооружений, изготовления мебели. Важным, даже уникальным,  показателем считается способность древесины удерживать различные  крепления: гвозди, скобы, шурупы и др. Благодаря этому материал удобен в использовании, детали легко и быстро скрепляются между собой.

Древесина, не смотря на свой относительно небольшой вес, очень прочный материал. Но прочность при сжатии и растяжении очень отличается, в зависимости от того, в каком направлении идет нагрузка. Прочность вдоль волокон больше, чем поперек. Прочность древесины в значительной степени зависит от ее влажности. Полностью сухой материал более крепок, в сравнении с влажным.

Большинством механических свойств лиственных пород  выше, чем у хвойных. Но испытания на статический изгиб и сжатие показали превосходство хвойной древесины.

Химические свойства древесины

Химические свойства древесины обуславливаются ее элементарным составом. Полностью сухое вещество содержит в своем составе около 49 - 49,5% углерода, 44 - 44,2% кислорода, 6 – 6,3% водорода и около 0,1 – 0,3% азота. Именно эти химические элементы формируют органические сложные соединения, такие как: лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза (в абсолютно сухой древесине данных соединений 90-95% от общей массы). Остальную массу представляют смолы и дубильные вещества, которые можно извлечь из древесины при помощи растворителей (эфиры, вода, спирты). Также в состав данного строительного материала входят неорганические компоненты, получаемые из золы, после того, как лесоматериал сгорит.  

В химической промышленности древесину используют в качестве сырья лесохимическая, целлюлозно-бумажная и гидролизная отрасли. Из древесины вырабатывают целлюлозу, из которой затем изготавливают бумагу, лакокрасочные материалы (на нитроцеллюлозной основе), пластические массы и др.  Непродолжительное нагревание целлюлозы до температуры 200°С не оказывает пагубного влияния, опасны только температуры выше 274°С. Целлюлоза определяет такие свойства лесоматериала, как механическая прочность и упругость. Лигнин оказывает влияние на твердость и жесткость, является коллоидом и может оказывать связующее воздействие.

Коррозия древесины

Коррозионная стойкость древесины имеет очень большое значение, т.к. материал широко используется во многих отраслях народного хозяйства. Изделия эксплуатируются как внутри помещений, так и на открытом воздухе. В некоторых случаях важна долговечность данного строительного материала, например, при строительстве домов со сруба.

Коррозия (разрушение) древесины протекает под воздействием многих факторов. В естественных условиях материал стареет и разрушается в результате влияния климатических явлений и биологических факторов. Целостность структуры древесины нарушается и при воздействии на материал механических нагрузок, различных химических соединений.

Древесина  поддается коррозии (разрушению) при воздействии на нее солей, щелочей, кислот и других соединений, находящихся  в любом агрегатном состоянии (газ, жидкость, твердое вещество). Газообразные агенты оказывают агрессивное влияние только на тот слой материала, который пропитан влагой (образуются химические растворы). Частицы некоторых солей осаждаются в порах древесины, приводя к ослаблению и дальнейшему разрушению связей между волокнами материала.

Скорость коррозии древесины в основной степени определяется температурой, концентрацией и степенью агрессивности разрушающей ее среды, а также ее породой. При воздействии некоторых сильных неорганических кислот или их солей разрушается одна из основных составляющих древесины – целлюлоза. В результате гидролиза целлюлозы древесина теряет свою прочность. Среди всех составляющих целлюлоза отличается наибольшей стойкостью. На целлюлозу практически не оказывают агрессивного воздействия большинство растворителей (эфир, ацетон, спирт), разбавленные растворы щелочей и минеральных кислот, органические кислоты.  При воздействии на материал щелочей и их растворов, происходит постепенное разрушение лигнина, и, частично, целлюлозы (сернокислые соли высоких концентраций, соли цинка, железа и алюминия оказывают подобное влияние на древесину).

Слабые растворы минеральных кислот (с концентрацией до 5%)  и пыль солей калия  оказывают лишь незначительное агрессивное воздействие на поверхностный слой древесины, не разрушая ее структуры и не оказывая пагубного влияния на прочность материала. В подобных условиях использование древесины более целесообразно, по сравнению с металлом, бетоном либо железобетоном, т.к. она обладает химической стойкостью. При повышении концентрации и температуры минеральных кислот, древесина  уже поддается коррозии более активно, и скорость разрушения растет с увеличением данных показателей. Под воздействием минеральных кислот дерево  сначала меняет окрас (постепенно темнеет), затем происходит разрушение основных составляющих и потеря связей между волокнами. Прочность значительно уменьшается.

В очень слабых коррозионных средах древесина обладает хорошей стойкостью. Лиственные породы химически менее устойчивы, в сравнении с хвойными. Это обусловлено наличием в составе хвойных пород смолистых веществ. Благодаря смолам древесина не разрушается при воздействии нейтральных солей любых концентраций и их растворов, бария, аммиака, гидроокисей кальция, слабо концентрированных соляной, уксусной, плавиковой и фосфорной кислот.

Кислород не приводит к коррозии древесины. Достаточно долговечен материал на воздухе и под водой (при условии отсутствия значительных колебаний температуры и влажности). Древесина обладает высокой стойкостью к атмосферной коррозии,  но со временем разрушается при попадании на нее прямых солнечных лучей (происходит деструкция лигнина и материал сереет), резких колебаниях влажности и температуры. Меняется окраска, волокна разрыхляются, постепенно уменьшается масса материала, создаются благоприятные условия для обитания насекомых и грибов.

Процесс коррозии древесины ускоряет биологический фактор. Различные грибы, бактерии, водоросли и растения разрушают древесину изнутри. Для многих источником питания являются лигнин, целлюлоза и другие составляющие компоненты. Наиболее безобидными считаются бактерии, они причиняют косвенный ущерб древесине, а вот насекомые и грибы непосредственно разрушают структуру и целостность материала. Различают три основные группы грибов, поражающих древесину: дереворазрушающие, плесневые и деревоокрашивающие.

Благоприятными условиями для поселения в поверхностных слоях древесины плесневелых грибов является повышенная температура и влажность. Появление плесени свидетельствует о неблагоприятных условиях хранения и эксплуатации пиломатериалов. Продуктами жизнедеятельности плесневых грибов являются кислоты (фумаровая, винная, глюконовая и др, которые разрушают их среду обитания, т.е. древесину.

Деревоокрашивающие грибы поселяются и проявляются на древесине при ее медленном высыхании. Поражение характеризуется изменением естественной окраски материала.

Дереворазрушающие – самый опасны вид грибов. Они поселяются на влажной, сырой и живой древесине и изделиях из нее, разрушают структурные компоненты (целлюлозу, лигнин, гемицеллюлозу и пр.).

Часто биологическую коррозию древесины, вызванную теми или иными факторами, можно определить визуально либо по запаху. Синеватая окраска хвойных пород древесины может свидетельствовать о начале гнилостных процессов. Об этом говорит и  затхлый стойкий запах прелой листвы.

Контакты