Древесина как строительный материал. Часть 4. Факторы разрушения древесины.

****Классификация поражающих древесину факторов

На древесину в процессе эксплуатации воздействует целый ряд факторов окружающей среды, приводя к её старению и разрушению.

Среди них:

климатические (УФ излучение, влажность, ветровые нагрузки, кислород воздуха) и

биологические (грибные поражения, поражения насекомыми, бактериями, водорослями).

Процесс деструкции заложен самой природой для поддержания экологического равновесия, поэтому в естественных условиях древесина, с течением времени, разрушается до углекислого газа и воды – самых простых химических соединений

Биологические факторы разрушения

Механизм биодеструкции древесины

Так как древесина является естественным продуктом органического происхождения, то при определённых значениях температуры и влажности подвержена биологическому разрушению.

Биологические факторы, или агенты биоразрушения древесины – это живые организмы, способные оказывать на древесину разрушающее воздействие, среди них:

• грибы
• насекомые
• бактерии
• водоросли
• моллюски и ракообразные

Грибы являются самыми безжалостными истребителями древесины в природе.

Споры грибов находятся повсеместно в окружающей нас среде. Заразить древесину споры могут ещё в лесу, при распиловке, транспортировке незащищенной древесины, а также при эксплуатации в строениях. В период зрелости гриб вырабатывает миллионы спор в сутки, и хотя много их погибает, но и много переносят животные, насекомые и ветер, эти споры заражают незащищённую древесину. Заражение может произойти и через грибницу, если заражённая часть соприкасается со здоровой древесиной. Стоит спорам грибов попасть в благоприятные условия, как они начинают бурно расти и портить древесину.

Одна из распространенных ситуаций – стройматериалы заготовлены зимой («зимний лес» считается наиболее здоровым), а его использование начинается только летом. Для хранения древесину сложили в штабель и накрыли полиэтиленом. Вроде бы всё правильно. Вот только не учли парникового эффекта. А этот эффект – просто благодать для плесени. Тепло и влага – этого достаточно, чтобы грибы размножились и окрасили древесину.

Развитию грибных поражений древесины способствуют теплые (5-30ºС) и влажные условия (W более 22%) окружающей среды, отсутствие воздухообмена.

Грибы, поражающие древесину, отличаются большим разнообразием – от плесени, окрашивающей древесину поверхностно до дереворазрушающих грибов, проникающих в толщу древесины, и разрушающих её практически полностью.

Сплетение очень тонких грибных нитей (гиф) образует плодовое тело (грибницу, или мицелий). Споры зреют в специальных носителях – конидиях (такие грибы называют деревоокрашивающими и плесневыми), или в плодовых телах – такие грибы называют дереворазрушающими.

Грибы представляют большую и своеобразную группу одноклеточных и многоклеточных микроорганизмов. Общее число их видов, описанное к настоящему времени, составляет, по мнению различных авторов, от 10 до 250 тыс. Они широко распространены в природе во всех районах земного шара. В материале из очагов поражения выделяют мицелиальные грибы самых различных родов, но чаще других порчу материалов вызывают представители двух родов: Aspergillus и Penicillium.

Грибы имеют вегетативное тело мицелиального строения. Оно представляет собой систему разветвлённых нитей – гиф, толщина которых колеблется от 2 до 30 мкм. Гифы растут только в длину, и рост их практически не ограничен. Скорость роста колеблется от 0,1 до 6 мм/час и зависит от скорости поступления питательных веществ. Мицелий начинает своё развитие из спор, прорастающих при определённой температуре и влажности. Сначала спора набухает, поглощая влагу из окружающей среды, затем оболочка её разрывается, и появляется одна или несколько ростовых трубок, являющихся началом нового мицелия. Первое время развитие гиф идёт за счет запасных веществ споры, в дальнейшем – путём адсорбции питательных веществ из субстрата, подверженного биоповреждению.

В зависимости от характера роста различают субстратный и воздушный мицелий. Субстратный мицелий располагается на поверхности материала или пронизывает его вглубь. В этом случае повреждение имеет вид концентрического, прижатого к субстрату образования. Воздушный мицелий свободно поднимается над субстратом, соприкасаясь с ним только в отдельных точках. На нём обычно образуются органы размножения. В этом случае поврежденное место напоминает вату. Характер роста одного и того же гриба может меняться в зависимости от условий среды (состав питательных веществ, влажность и др.). Грибы размножаются либо частью мицелия, которая даёт начало новому организму, либо спорами, образующимися на специальных гифах мицелия. Грибы образуют очень большое число спор.

Грибы, развивающиеся на древесине (ксилофилы, ксилотрофы), практически все принадлежат к трём классам высших грибов, имеющих разделённые на клетки (септированные) гифы. Это аскомицеты (Ascomycetes, сумчатые грибы), дейтеромицеты или несовершенные грибы (Deuteromycetes, Fungi imperfecti), и базидиомицеты (Basidiomycetes) — наиболее сильные разрушители.

На первой стадии поражения на древесине появляются грибы, питающиеся соками живого дерева. Это такие плесневые грибы, как Penicillium, Aspergillus, живущие на поверхности древесины. Затем в подготовленных плесневыми грибами оптимальных условиях начинают размножаться деревоокрашивающие грибы. Завершают разрушение древесины складские и дереворазрушающие грибы. Они вызывают сильное гниение древесины, приводящее к появлению продольных и поперечных трещин, а затем и минерализации древесины.

Плесневые грибы

У плесневых грибов поверхностная часть грибницы развивается на поверхности древесины и образует на ней налёт в виде скопления окрашенных спор, мицелия и органов спороношения. Под плесневым налётом древесина обычно не меняет цвета, хотя и пронизана гифами этих грибов. Отсутствие краски обусловлено тем, что находящиеся в древесине гифы бесцветны и не выделяют пигмента. На древесине обычно встречается плесень зеленоватая и белая, но иногда розовая, жёлтая или тёмная. Оптимальная влажность для развития плесневых грибов – 60-100%, при влажности 40% их рост замедляется. Плесневые грибы развиваются в температурном диапазоне 24-30ºС. При температуре выше 80 ºС и ниже -10 ºС гибнут грибы, находящиеся в вегетативной стадии развития.

Скорость развития плесени зависит от водопоглощения покрытия и влажности воздуха. Питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде, поэтому для нормального развития грибов окружающая среда должна содержать большой процент воды. Плесневые грибы являются возбудителями окислительного брожения. В качестве промежуточных продуктов этого биохимического процесса образуются органические кислоты, такие как глюконовая, фумаровая, винная, яблочная, щавелевая, янтарная и лимонная. Эти кислоты разъедают органические материалы, т.е. древесину. Плесневение материалов приводит к ухудшению внешнего вида древесины, снижающего сортность и стоимость пиломатериалов. Основные виды плесневых грибов: Sporotrichum, Trichoderma, Penicillium, Mucor, Thamnidiu, Cladosporium.

Рис. Плесневые грибы
а) колонии
в) под микроскопом
с) на древесине

Деревоокрашивающие грибы

Деревоокрашивающие грибы вызывают специфическую синевато-серую окраску заболони, называемую «синевой». Согласно общемировой практике, скидка за древесину пораженную синевой составляет от 20 до 50%. В России же нередко можно встретить ситуацию, когда древесину с дефектами синевы продают фактически по цене дров.

Макроскопические признаки поражения древесины этими грибами в виде окраски обычно проявляются уже на 2-3 сутки после инфицирования. Это обусловлено тем, что молодой мицелий бесцветен и начинает выделять типичный пигмент не сразу. На поверхности древесины может развиваться воздушный мицелий и органы спороношения в виде пушистого или порошкообразного окрашенного налета. В зависимости от характера заражения и распространения в древесине гиф грибов различают поверхностную и глубокую синеву. Поверхностное окрашивание проникает в глубь древесины не более чем на 2 мм. Оно часто имеет вид мелких округлых или слегка вытянутых вдоль волокон пятен диаметром 10-20 мм. Глубокие окрасы проникают в древесину более чем на 2 мм. Глубокая синева в зависимости от условий и времени может распространяться на всю толщину заболони. Очень коварна подслойная синева, она образуется во внутренних слоях древесины, и не видна на поверхности.

Деревоокрашивающие грибы оптимально развиваются в диапазоне влажности 50-90%. В древесине, насыщенной водой, деревоокрашивающие грибы не способны развиваться из-за отсутствия кислорода. Для прорастания грибов этой группы необходима высокая влажность и аэрация.

Основными возбудителями синевы на хвойных породах являются грибы из класса Ascomycetes: Ophistoma coerulea, O. piceae, O. pini, Endoconidiophora sp. и из класса Deuteromycetes: Hormonema dematiodes, Trichosporium tingens, Claosporium herbarum, а так же грибы следующих групп: Stemphulium, Cladosporium, Alternaria, Sporodesmium, Phialophora, Aposhaeria, Discula, Burgoa, Leptographium, Sortaria, Verticillium, Fusarium, Aspergillius, Penicillium, Paecilomyces, Trichoderma, Chaetomium, Trichosporium, Pullularia. Эти грибы вызывают разрушения древесины по типу «умеренной гнили».

Причём разные грибы, вызывая разрушения анатомически различного характера, в разной степени снижают механические свойства древесины. Глубина поражения этими грибами составляет 0,5-3 мм. Особые деструктирующие гифы способны поражать стенки паренхимных клеток серцевинных лучей и смоляных ходов, что приводит к увеличению скорости водо- и влагопоглощения древесины. Вследствие чего понижается сопротивление её к ударному изгибу.

Рис. Деревоокрашивающие грибы
а) колонии
в) под микроскопом
с) на древесине

В зависимости от вида плесневого гриба, характера и условий заражения и распространения гиф грибов в древесине различают окраску поверхности и глубокую окраску.

Рис. Плесневые и деревоокрашивающие грибы под электронным микроскопом

Грибы плесени и синевы, портят внешний вид, снижая сортность древесины, увеличивают водопоглощение и продуцируют миллионы спор, которые могут вызвать аллергические заболевания человека. Деревоокрашивающие грибы – это только начало процесса, способного привести к тотальному поражению древесины более страшными врагами – дереворазрушающими грибами, представляющими реальную опасность для деревянной конструкций.

Дереворазрушающие грибы

Некоторые классы грибов могут разрушать клеточные стенки древесины и существенно изменять её физико-механические свойства. Такой процесс называют гниением древесины, а вызывающие его грибы дереворазрушающими. Гниение является основной причиной разрушения древесины.

Наиболее сильными разрушителями являются грибы, относящиеся к классу базидиомицетов. Ксилотрофные базидиомицеты – это грибы, образующие крупные плодовые тела (карпофоры), спорообразующий слой которых называют гименофором. На поверхности древесины они помимо воздушного мицелия образуют и другие вегетативные мицелиальные структуры.

Дереворазрушающие грибы способны увлажнять древесину в процессе освоения за счёт воды, образующейся при разложении целлюлозы. Возбудители биоповреждений древесины, относятся в основном к следующим группам грибов: Coniophora, Tyromyces, Zentinus, Serpula, Gloeophyllum, Trametes, Pleurotus, Schizophyllum.

Ярким представителям класса дереворазрушающих грибов является Coriolus sinuosus – белый домовой гриб.

Характер гниения зависит от того, какими ферментами гриб воздействует на древесину, какие компоненты клеточных оболочек и в какой последовательности он разрушает.

Рис. Дереворазрушающие грибы на древесине
А) так они портят древесину
Б) колонии Serpula lacrimans

Вид гниения древесины может быть охарактеризован типом образующейся гнили:

Белая гниль разрушает все структурные компоненты древесины, приводя к появлению характерного волокнообразного и бледного внешнего вида. Это основной вид гнилостных грибов, приводящих к гниению лиственных пород, не имеющих контакта с землей.

Бурая гниль «раскалывает» целлюлозу, что вызывает расщепление древесины. Участок дерева, поражённый такой гнилью, становится коричневым. Дерево темнеет, трескается и рассыпается. Гриб разрастается катастрофически быстро, особенно в постройках из мягкого дерева; древесина сосны и дуба повреждается домовым грибом меньше. Поражение такими грибами деревянных сооружений наносит существенный вред несущим конструкциям, не говоря уже об эстетических характеристиках дома.

Мягкая гниль. Гниение здесь в основном затрагивает древесину, контактирующую с почвой и находящуюся в морской среде. Сильнее всего поражает древесину с высоким содержанием влаги.

Другие агенты биоповреждений

Насекомые древоточцы

Древесину повреждают различные насекомые – жуки (усачи, златки, короеды, долгоносики, дровосеки, точильщики), рогохвосты, термиты, муравьи и другие. Некоторые из них проделывают ходы только в коре, а многие углубляются в древесину.

Личинки насекомых проделывают в древесине ходы и отверстия – червоточины. Находясь в древесине, древоточцы способны прогрызать ходы до 40 метров в длину.

Поражения насекомыми бывают настолько значительными, что части дерева теряют свою прочность. Часто при незначительном числе наружных отверстий древесина бывает полностью разрушена внутри.

Отдельной проблемой, связанной с международной торговлей древесиной, является ввоз тропических видов, уже поражённых насекомыми.

Рис. Дереворазрущающие насекомые

Из вредителей наиболее опасен мебельный точильщик. Он проделывает в древесине многочисленные ходы диаметром до 2 миллиметров, разрушая мебель, а так же конструктивные элементы и части зданий и сооружений, превращая древесину в пылеобразную массу под сохранившимся тонким наружным слоем.

Бактерии

Бактерии разрушают древесину ограниченно, они размножаются делением клеток и не могут продвигаться в древесине, за исключением той, которая находится под водой. Бактерии имеют тенденцию создавать колонии в клетках древесины, используя белки в качестве источников питания. Бактерии способны разрушать полисахариды и лигнин. Воздействие бактерий ограничивается заболонной древесиной, компоненты ядровой древесины устойчивы к этому воздействию.

Водоросли

Водоросли обычно выглядят как зелёные наросты, в особенности на северной стороне деревянных фасадов. Их рост является следствием слишком высокого содержания поверхностной влаги.

Сами по себе водоросли не вызывают гниения, но являются показателем повышенного содержания влаги в древесине, а это увеличивает риск повреждения грибами.

Ракообразные и моллюски

Ракообразные и моллюски поражают древесину, находящуюся в морской воде. Взрослые особи и их личинки сверлят древесину и поедают её. Ходы корабельного червя сначала идут перпендикулярно поверхности на глубину 10-30 мм, затем поворачивают и идут по годичным слоям вверх и вниз, при этом отдельные ходы никогда не пересекаются и не сливаются. Повреждения портовых сооружений и судов морскими древоточцами-моллюсками и ракообразными относят к трухлявой червоточине.

Климатические факторы разрушения

При эксплуатации в постройках древесина испытывает на себе постоянное влияние природных факторов, которые в совокупности с агентами биоразрушения приводят к ухудшению внешнего вида, старению и разрушению древесины.

Ветер, пыль, осадки, перепады температур, приводят к усушке, набуханию, образованию трещин, короблению, накоплению влаги, увеличению риска биологического поражения древесины.

Солнечная радиация приводит к химическому изменению целлюлозы, разрушению лигнина, древесина приобретает сероватый оттенок и ворсистость.

Наибольший вред древесине приносит изменение влажности и солнечное излучение.

Содержание влаги

При постоянно меняющихся погодных условиях содержание влаги в древесине будет изменяться, что ведёт к усушке, или разбуханию. Со временем в древесине образуются трещины, она коробится, что, в свою очередь, повышает риск попадания дождевой воды в древесину. Поскольку вода, находящаяся в жидком состоянии, может уйти из древесины только посредством (медленного) испарения, со временем повышается риск накопления влаги.

Если содержание влаги превышает 20%, опасность поражения грибами повышается. Чем дольше период, в течение которого уровень влаги держится выше 20%, тем выше риск развития грибов!

Многие виды древесины содержат цветные водорастворимые соединения, которые подвергаются выщелачиванию водой, что приводит к изменению цвета поверхности древесины.

Солнечный свет и тепло

Солнечный свет неоднороден по своей природе, он состоит из излучений разных длин волн, каждое из которых по особому воздействует на древесину.

Инфракрасная (ИК) составляющая спектра, с длиной волны более 720 нм, при взаимодействии с древесиной нагревает её. Поскольку древесина является хорошим изолирующим материалом, нагревается только внешняя поверхность. Это означает, что на поверхности, вследствие усушки, вызванной повышенными температурами, могут образовываться трещины.

Повышенные температуры также вызывают смолотечение из сучков и отложения смолы в древесине хвойных пород, а это ведёт к проблемам при обновлении покрытий поверхности.

Видимый свет (длина волны 380-720 нм) не оказывает вредного влияния на древесину.

Ультрафиолетовая (УФ) составляющая спектра с длиной волны менее 380 нм, вызывает разрушение древесины на молекулярном уровне – деструкцию лигнина. В итоге, древесина быстро темнеет, и волокна отслаиваются и поднимаются.

Древесина приобретает серый цвет и становится ворсистой. Для сохранение первоначального цвета древесины её необходимо защищать плёнкообразующими зищитно-декоративными покрытиями содержащими УФ-фильтр. К таким покрытиям относится тонирующий антисептик «СЕНЕЖ АКВАДЕКОР».

Источник: Компания «Сенеж-препараты»