В результате современных экологических и экологически рациональных тенденций строительства становится все больше строений из древесины, как единственного возобновляемого строительного материала. В соответствии с этими тенденциями, деревянные элементы часто остаются необработанными.
Целью настоящей статьи является характеристика и сравнение деградации необработанной древесины в результате выветривания. Определить характеристики выветривания хвойных и лиственных пород (ель, сосна, пихта Дуглас, лиственница, дуб, клен, тополь и ольха) в течение двенадцати месяцев в климатических условиях Центральной Европы.
Древесина всех пород характеризовались сменой цвета и блеска, а также повышенной шероховатостью. Самое низкое обесцвечивание наблюдалось у дуба и самое высокое - у еловой древесины соответственно. Самые низкие изменения шероховатости наблюдались у ольхи, самые высокие - у еловой древесины. Глубина изменения цвета была относительно одинаковой для хвойных пород деревьев. Что касается лиственных пород деревьев, то они более разнообразны. Значения суммарных изменений цвета имели значительную корреляцию со значениями глубины этих изменений. Образцы клена, ольхи и тополя характеризовались наличием плесени и сине-зеленых грибов. Древесина пихты Дуглас оказалась наиболее подвержена образованию трещин.
В настоящее время тенденция экологического строительства становится все более прогрессивной. Древесина как возобновляемый материал отличается рядом очевидных преимуществ, связанных с ее природным происхождением при соблюдении принципов экологического развития. Количество древесины, используемой как внутри, так и снаружи, растет с каждым днем. Деревянные конструкции и элементы чаще обрабатываются натуральным способом или даже остаются необработанными.
При использовании древесины на открытом воздухе возникают некоторые серьезные проблемы, которые необходимо учитывать, чтобы уменьшить влияние атмосферных явлений на деградацию древесины.
- Во-первых, рекомендуется использовать древесные материалы с более высокой естественной прочностью в соответствии со стандартом EN 350-2 (1994).
- Во-вторых, требуется соответствующее конструктивное решение (оптимальная форма деревянного элемента, покрытие торцевых частей, перекрытия крыш, вентиляция, расстояние от земли и т.д.).
- В-третьих, обработка поверхности может быть использована для продления срока службы древесины.
В случае соблюдения вышеуказанных шагов деградация затрагивает только поверхностные слои древесины, что проявляется в изменении цвета, с последующим образованием трещин и повышенной шероховатостью образцов.
Наиболее значимыми погодными факторами, влияющими на темпы деградации, являются солнечная радиация и вода, которые действуют синергически. Однако существуют и другие факторы, способствующие деградации поверхности, такие как температура, частицы пыли, кислотные дожди и потоки воздуха. В основном ультрафиолетовое излучение инициирует фотохимические реакции, которые вызывают разложение лигнина, экстрактивных веществ и частично даже гемицеллюлозы. Деградировавшие соединения выщелачиваются из дерева водой. В результате древесина меняет цвет, некоторые породы становятся желтыми или коричневыми, в конечном итоге они становятся серыми, что часто обусловлено ростом грибов и плесени и частиц пыли в воздухе, проникающих в пористую структуру древесины.
После выщелачивания продуктов распада ультрафиолета нижележащие слои клеток подвергаются воздействию и подвергаются дальнейшей эрозии. Эрозия протекает быстрее в менее плотной молодой древесине, чем в старой, что приводит к неровной и шероховатой поверхности. Образование трещин, вызванных изменениями влажности и температуры, также приводит к ощутимой шероховатости поверхности.
Многие исследования были направлены на оценку свойств древесины, обработанной или модифицированной каким-либо защитным составом после естественного выветривания или ускоренного выветривания. В этих исследованиях после выветривания поверхность стала более шероховатой и темной по сравнению с начальной стадией. Общее изменение цвета увеличивается с увеличением времени экспозиции при естественном выветривании.
Несмотря на современные экологические тенденции, значительно меньше исследований посвящено характеристикам выветривания необработанной древесины. Образцы необработанной древесины демонстрировали более высокие изменения цвета за более короткое время. Изменения цвета были зафиксированы строго как поверхностное явление, они произошли на глубине всего 0,05-2,5 мм.
Измерение шероховатости поверхности уже использовалось в ряде исследований в качестве инструмента для анализа влияния выветривания на деревянные поверхности. В этих исследованиях прослеживается тенденция увеличения значения шероховатости. Скорость деградации обычно зависит от интенсивности света и длины волн, времени облучения, видов древесины и климатических факторов, возникающих при воздействии на нее.
Результаты эксперимента описывают процесс деградации поверхности хвойных и лиственных пород древесины в течение 12 месяцев естественного выветривания в Чешской Республике (Центральная Европа). Было подтверждено, что свойства поверхности древесины, такие как шероховатость, цвет и образование трещин, зависят от конкретных климатических условий уже на начальной стадии выветривания.
Однако структурные различия древесины по-прежнему являются наиболее важными факторами. Все цветовые изменения были быстрыми и заметными за очень короткое время, около 1 месяца для всех исследуемых видов. Значения шероховатости увеличились во время экспозиции на открытом воздухе для всех исследованных пород древесины, наибольшие значения наблюдались для образцов ели (высокая разница между плотностью молодой и старой древесины). Рост плесени и синих пятен грибов наблюдался у тех пород древесины, которые не устойчивы к грибковому воздействию (клен, ольха и тополь). Пихта Дугласа была определена как наиболее подверженная образованию трещин.