Dřevo a jeho schopnost propouštět kapaliny

Úvod do problematiky

Z pohledu bionomie hmyzu a jeho účinné likvidace je významná hloubka penetrace a doba působení organických látek obsažených v impregnační látce. Vzhledem ke skutečnosti, že dřevěné prvky v krovových konstrukcích jsou v převážné většině ze dřeva jedle (Abies alba) nebo smrku (Picea abies), lze předpokládat napadení dřevokazným hmyzem jak z čeledi Anobiidae, tak i Cerambycidae. Dřevo jedle a smrku je z technologického hlediska považováno za těžko impregnovatelné (dle ČSN EN 350-2: bělové dřevo smrku – 3. třída = těžko impregnovatelné; vyzrálé dřevo smrku – 4. třída = extrémně těžko impregnovatelné) [1]. Významným činitelem ovlivňujícím tento fakt je propustnost dřeva, která je vysoce variabilní v závislosti na struktuře dřeva, a to především na počtu a velikosti vodivých elementů. Dřevo se stává propustným za podmínek daných jeho pórovitostí a spojením volných prostor do kapilárního systému. Tyto podmínky jsou dány strukturou dřeva na mikroskopické a submikroskopické úrovni, anatomickým směrem, vlivem jarního a letního dřeva, ale rovněž úpravami, kterým bylo dřevo vystaveno před umístěním do konstrukce. Těmito úpravami je myšleno zejména přirozené a umělé sušení dřeva. Rovněž je nutné přihlédnout ke změně struktury dřeva na buněčné úrovni dané stářím dřeva zabudovaného v konstrukcích staveb. Samotné chemické složení dřeva se v čase mění charakteristickým způsobem. V důsledku degradačního procesu na chemické úrovni během procesu stárnutí kombinovaného s mechanickým zatížením dochází k rozpadu parenchymatických buněk dřeňových paprsků a ke kolapsu ztenčenin buněčných stěn, čímž dochází k uzavření přístupových cest do lumenů buněk a buněčných stěn kapilár a nemožnosti dalšího průniku ochranné látky do struktury dřeva. Ze zákonitostí struktury dřeva jako kapilárního systému a samotné hloubky penetrace tekutiny do dřeva spolu s dobou jejího působení je nutné předpokládat, že hloubka penetrace při aplikaci injektáže je ve směru vedení látky napříč vláken v řádu milimetrů. Větší hloubky penetrace je možné dosáhnout při máčení dřeva, kde je látka difuzně tlačena do kapilár podél, nikoli napříč vláken, nebo tlakovou impregnací v tlakových nádobách, kde je cyklus navíc kombinován s podtlakem (vakuum) i přetlakem umožňujícím odstranění vzduchu z lumenů buněk a jeho nahrazení impregnační látkou. Uvedené metody však není možné aplikovat na již zabudované dřevěné prvky v konstrukci.

Technologický postup nízkotlaké injektáže

Tlaková injektáž dřeva je jedním ze způsobů chemické ochrany (sanace) dřevěných prvků krovových konstrukcí. Vzhledem k anatomické struktuře napadeného dřeva a samotným technickým parametrům mobilního zařízení se zpravidla jedná o nízkotlaké injektáže s použitím tlaků v rozmezí 2–8 barů stlačeného vzduchu. Tlakovou injektáží se ošetřují již napadené prvky konstrukce za předpokladu, že je napadení aktivní. Tlakové injektáže byly navrženy k likvidaci dřevokazného hmyzu, a to zpravidla z čeledi Cerambycidae, nejčastěji zastoupené tesaříkem krovovým (Hylotrupes bajulus L.), a z čeledi Anobiidae, zastoupené červotočem proužkovaným (Anobium punctatum L.). Tlaková injektáž se provádí pomocí vývrtů různých průměrů a hloubek, v závislosti na průřezu ošetřovaného dřeva. Nejčastěji však je průměr vývrtů 6 až 8 mm. Samotné rozmístění vývrtů po délce prvku je zpravidla šachovnicové, přičemž snahou je zasáhnout co největší oblast po délce prvku. Nástavce na vpravení impregnační látky do struktury dřeva jsou různých rozměrů a také z různých materiálů, buď neperforované po své délce, nebo s perforací umožňující vhánění látky i v hloubce vývrtu a nikoli jen na jejím konci. Do takto připravených vývrtů s nástavcem je ve většině případů vpravena třikrát náplň pomocí předem určeného tlaku. Při práci je nutné sledovat rychlost průniku a možný únik impregnační látky výsušnými trhlinami ve dřevě. Injektáž insekticidním prostředkem je také často aplikována do výletových otvorů předcházející generace dřevokazného hmyzu.

Tlaková injektáž vs. anatomická struktura dřeva

Obr. 1: Zobrazení tvaru mikroskopického místa tzv. ztenčenin – dvojteček, které umožňují pohyb tekutin mezi buňkami

Metoda tlakové injektáže je přímo úměrně závislá na propustnosti dřeva, na dřevině a zejména na anatomickém směru, ve kterém je látka do dřeva vpravována. Propustnost dřeva je dána objemovým tokem tekutin vyvolaným gradientem vnějšího statického (tento případ) nebo kapilárního tlaku. Měřítkem propustnosti je pórovitost dřeva, která definuje obtížnost pohybu toku tekutin přes porézní strukturu dřeva. Podmínkou propustnosti je spojení prostor do kapilárního systému, což je u dřeva jehličnanů dosaženo pouze tzv. ztenčeninami (dvojtečkami) buněčných stěn (obr. 1) nebo křížovými poli dřeňových paprsků. Právě tyto anatomické útvary umožňují propustnost kapaliny dřevem v příčném směru (radiální a tangenciální). V podélném směru jsou pro kapaliny vodivými cestami samotné lumeny kapilár, kterými se volná voda pohybuje [2].

Propustnost také výrazně ovlivňuje hustota, která je úměrně závislá na pórovitosti, vlhkosti dřeva a zejména na předcházející úpravě sušením. V konstrukcích je zpravidla dřevo vysušené uměle nebo přirozeně (v závislosti na stáří dřeva), nicméně jeho vlhkost byla nebo je pod hranicí 30 % vlhkosti. I za předpokladu, že dřevo je napadené dřevokaznou houbou a vlhkost prvku se výrazně zvětšila, je nutné přihlédnout k faktu, že při samotném použití do stavby vykazovalo dřevo vlhkost nižší než 30 % (cca < 20 %). Uvedené snížení vlhkosti vede k aspiraci ztenčenin, tedy jejich uzavírání, což výrazně snižuje jejich propustnost. K uzavírání ztenčenin dochází z důvodu tahového napětí v lumenu buněk během odstranění volné vody. Obecně platí, že uzavírání ztenčenin jehličnatých dřev je navíc rozdílné u jarního a letního dřeva. K uzavření jarní ztenčeniny (dvojtečka v jarní kapiláře) je nutné navodit tlak 5 MPa, kdežto u letní kapiláry až 50 MPa. Dosáhnout tlaku 50 MPa není možné během žádného sušicího procesu, proto ztenčeniny v letních kapilárách zůstávají propustné. Odolnost ztenčenin letního dřeva proti aspiraci je vysvětlována větší tloušťkou membrány (torus) a menším průměrem dvojtečky. Pro dosažení optimální propustnosti jsou důležité jarní, vodivé kapiláry dřeva, které mají velký lumen a tenčí buněčnou stěnu. Ty zůstávají otevřené po skácení stromu, s poklesem vlhkosti však roste podíl uzavřených ztenčenin [2, 3].

Aplikace tlakové injektáže

Pro určení rozsahu penetrace impregnační látky pomocí tlakové injektáže bylo použito jedlové dřevo (Abies alba) z historických konstrukcí zámku Rychvald. Jednalo se o vazné a stropní trámy, které vykazovaly aktivní činnost dřevokazného hmyzu z čeledi Cerambycidae. Dva vzorky – trámy označeny čísly 4 a 5 v délkách 880 mm a 960 mm byly podrobeny tlakové injektáži při tlaku 2 barů do předem vyvrtaných otvorů. Určení vzdáleností pro injektory a samotné injektování látky provedla realizační firma s chemickým prostředkem značky Bochemit s inhibiční zelenou barvou (obr. 2). Po aplikaci chemické látky byly vzorky podrobeny akustické detekci aktivity larev dřevokazného hmyzu, RTG diagnostice poškození biologických struktur a mikroskopické analýze struktury po impregnaci látky. Následně byly vzorky rozřezány ve svých příčných rozměrech na výřezy. Řezy byly vedeny vždy v těsné blízkosti injektáže, tak aby byla přesně dokumentována hloubka a rozsah penetrace tekutiny strukturou dřeva. Před vlastním pořezem byla změřena vlhkost vzorků v místě vstupů pro tlakovou injektáž [4].

Obr. 2: Fotodokumentace realizace tlakové injektáže a schéma systému rozmístění vstupů pro injektování (Thermo Sanace s.r.o.)

Ukázka výsledků účinnosti tlakové injektáže

RTG diagnostika poškození dřevní struktury dřevokazným hmyzem

Obr. 3a: RTG diagnostika stavu vnitřní struktury trámů po aplikaci tlakové injektáže chemickou látkou na trámu č. 4 (Thermo Sanace s.r.o.)

Obr. 3b: RTG diagnostika stavu vnitřní struktury trámů po aplikaci tlakové injektáže chemickou látkou na trámu č. 5 (Thermo Sanace s.r.o.)

Akustická aktivita larev dřevokazného hmyzu

Obr. 4a: Akustická detekce aktivity larev hmyzu systémem Acoustic Pack – trám č. 5 (Thermo Sanace s.r.o.)

Obr. 4b: Akustická detekce aktivity larev hmyzu systémem Acoustic Pack – trám č. 4 (Thermo Sanace s.r.o.)

Obr. 4c: Akustická detekce aktivity larev hmyzu systémem Acoustic Pack – záznam (Thermo Sanace s.r.o.)

Měření vlhkosti dřeva

Obr. 5: Měření vlhkosti v místech injektorů vpichovým dielektrickým vlhkoměrem (Thermo Sanace s.r.o.)

Mikroskopická analýza struktury

Obr. 6: Ukázka mikroskopické struktury dřeva po aplikaci chemické látky (Thermo Sanace s.r.o.)

Analýza rozsahu průniku látky do dřeva – pořez

Obr. 7a: Dokumentace průniku chemické látky po tlakové injektáži na trámu č. 4 – celkový pohled (Thermo Sanace s.r.o.)

Obr. 7b: Dokumentace průniku chemické látky po tlakové injektáži na trámu č. 4 – jednotlivé výřezy (Thermo Sanace s.r.o.)

Obr. 8a: Dokumentace průniku chemické látky po tlakové injektáži na trámu č. 5 – celkový pohled (Thermo Sanace s.r.o.)

Obr. 8b: Dokumentace průniku chemické látky po tlakové injektáži na trámu č. 5 – jednotlivé výřezy (Thermo Sanace s.r.o.)

Z výsledků je zřejmé, že metoda tlakové injektáže nepostihne celý průřez prvku. Propustnost dřeva u jehličnatých dřevin je z hlediska jejich anatomické struktury nevhodná pro tlakové injektáže, tedy metoda této sanace dřevěných prvků nevede k efektivní sterilizaci dřevokazného hmyzu. Hloubka penetrace je velmi malá a pouze lokální. Z mikroskopické a RTG analýzy je patrné, že se tekutina nedostane ani do všech larvárních chodeb a že ani lokální destrukce dřevokaznou houbou neumožňuje vyšší průnik látky dřevem. Výsledky akustické analýzy dokonce prokázaly, že dřevokazný hmyz je v prvku č. 4 ještě aktivní (senzor 3 a 4) (obr. 4). Fotodokumentace pořízená po destrukčním pořezu jednotlivých prvků jasně prokazuje, že penetrace látky do dřeva je pouze lokální. Při zvýšení tlaku nebo hustší síti rozmístění vstupů lze předpokládat stejné výsledky, navíc by došlo k lokální destrukci dřevní hmoty až na hranice mechanické funkce prvku a ztráty integrity. Z výsledku jednoznačně vyplývá, že anatomická struktura jehličnatých dřevin (malé rozměry vodivých elementů, malý počet ztenčenin, aspirace velké části ztenčenin, hustota, vlhkost a anatomický směr vedení injektáže) neumožňuje účinnost uvedené metody sanace dřevěných prvků.

Slovo závěrem

V článku jsou uvedeny výsledky účinnosti tlakové injektáže na dřevěné prvky konstrukce. Jako vzorky dřeva byly použity trámy z konstrukce zámku, které měly vlhkost a strukturu starého dřeva odpovídající reálným podmínkám dřeva v konstrukci. Výsledky potvrdily teoretická fakta, že vpravování látek do dřeva napříč vláken je nemožné a neefektivní a vedení podél vláken není v konstrukcích technicky možné. Dále že malé rozměry vodivých elementů, malý počet otevřených ztenčenin a aspirace velké části ztenčenin v jarních vodivých elementech jsou pro průnik látek dřevem zásadní. Uvedené skutečnosti výrazně ovlivňují propustnost jehličnatých dřevin a odpovídají závěrům a ustanovením normy ČSN EN 350-2 [1]. Nezodpovězenou otázkou také zůstává difundování použitých organických látek do okolního prostředí a nízká schopnost navázání látky na strukturu dřeva. Tato fakta nás vedou k závěru, že aplikace tlakové injektáže nezaručuje likvidaci aktivních larev v již napadeném dřevě.

Původní verze článku byla otištěna ve Zpravodaji Společnosti pro technologie ochrany památek STOP 1/2020. Pro portál TZB-info upravena s respektováním návrhů recenzenta.

Použité zdroje

1. ČSN EN 335-2: Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva – Definice tříd použití – Část 2: Aplikace na rostlé dřevo (2007).
2. Požgaj, A., Chovanec, D., Kurjatko, S., Babiak, M., 1997: Štruktúra a vlastnosti dreva. Bratislava: Príroda a. s., s. 485. ISBN 80-07-00960-4.
3. Babiak, M., Kurjatko, S., Hudec, J., 2001: Výskum priepustnosti dreva pre tekutiny na Katedre náuky o dreve Drevárskej fakulty vo Zvolene. In: Drevo – štruktúra a vlastnosti. Technická univerzita vo Zvolene. s. 9–16.
4. Nasswettrová, A., Křivánková, S., Šmíra, P. 2014: Výsledky experimentu: Tlaková injektáž, napadení dřeva dřevokazným hmyzem. Laboratoř Sanace dřeva společnosti Thermo Sanace s.r.o., 2014, s. 28.