Vybrané současné techniky ochrany a konzervace dřeva (část 2.)
Tam, kde nestačí tradiční techniky ochrany dřeva, jeho přirozená trvanlivost a schopnost zachovat si původní strukturu a technické vlastnosti v různých expozicích, především ve vlhkém prostředí, nastupují modernější techniky. Článek navazuje na první část, která se týkala vybraných tradičních technik ochrany a konzervace dřeva, zde pokračujeme technikami a způsoby, které se používají v současnosti. Tím se uzavírá téma Ochrany dřeva v památkách zpracované v rámci spolupráce se Společností pro technologie ochrany památek (STOP).
Foto: Pexels
Přirozená trvanlivost dřeva je jeho schopnost zachovat si původní strukturu a technické vlastnosti v různých expozicích, především ve vlhkém prostředí, kde může být napadeno biologickými škůdci. Trvanlivost dřeva se v současnosti vůči dřevokazným houbám hodnotí podle normy ČSN EN 350 [15], a to zařazením do 1. až 5. třídy trvanlivosti. Uvedené se týká pouze jádrového dřeva. Bělové dřevo se vždy považuje za netrvanlivé. Pětistupňová stupnice je pro dřevokazné houby basidiomycetes a mikroskopické houby způsobující měkkou hnilobu. Trvanlivost dřeva vůči dřevokaznému hmyzu se dle normy ČSN EN 350 třídí dle dvoustupňové stupnice, a to pro hmyz typu Hylotrupes bajulus, Anobium punctatum, Lyctus brunneus a Trichoferus holosericeus. Konstrukční dřevo musí mít dostatečnou pevnost, tvrdost, rozměrovou stabilitu nebo barevnou stálost. Nedostatečná přirozená trvanlivost méně odolných dřevin jako například smrku, jedle, borovice nebo buku se v praxi zvyšuje různými technologiemi.
Přirozenou trvanlivost méně odolných dřevin v současnosti zvyšujeme:
- konstrukční ochranou, tedy dobře zvoleným detailem, který chrání dřevo ve stavbách, dále způsobem opracování dřeva, volbou dřeviny na místa se zvýšenou vlhkostí apod.;
- chemickou ochranou, trvanlivost dřeva se zvyšuje chemickými látkami, které mají definovaný směrový účinek (fungicidní látky vůči hnilobě a zbarvení, insekticidní látky vůči dřevokaznému hmyzu, retardéry hoření na snížení hořlavosti apod.);
- ochranou pomocí tepelných metod, jde už o metody sanační, likvidující zjištěné biotické poškození dřevěných prvků v konstrukcích. Metody využívají buď sálavého tepla, nebo vysokofrekvenčního elektromagnetického pole v pásmu mikrovlnného záření;
- modifikováním struktury dřeva, dochází ke zvyšování trvanlivosti dřeva zásahem hlavně do jeho ligninosacharidové matrice pomocí chemických, enzymatických nebo termických úprav.
Konstrukční ochrana dřeva
Cílem konstrukční ochrany jsou opatření, která zamezí zvýšení vlhkosti ve dřevě. Tím dochází k eliminaci napadení dřeva dřevokazným hmyzem, houbami a plísněmi. Důležitá je ochrana proti dešťové vodě, odstřikující vodě, proti vedení vlhkosti, proti kondenzování vlhkosti, proti vlhkosti, která může vzniknout v průběhu užívání stavby apod. Heslem konstrukční ochrany zabudovaného dřeva je sucho a dostatečné větrání.
Chemická ochrana dřeva
Chemická ochrana dřeva je v současnosti jednou z nejvíce využívaných metod ochrany dřevěných prvků v konstrukcích (obr. 7). Řídí se normou ČSN 49 0600-1 [16]. Ta definuje způsoby ochrany pro jednotlivé třídy ohrožení dřeva v konstrukci, typové označení chemických látek, požadovaný účinek chemických ochranných prostředků na dřevo v závislosti na třídě ohrožení. Dále způsoby aplikace chemických prostředků, požadované hloubky jejich vniku do dřeva až po atest, který prokazuje kvalitu provedené ochrany. Při chemickém ošetření je nutné dodržovat všechna bezpečnostní a hygienická opatření, předepsaná v příslušném bezpečnostním listu použitého biocidního prostředku a v dalších závazných bezpečnostních předpisech.
Obr. 7: Chemická ochrana dřevěných prvků konstrukcí. Aplikace chemické látky airless stříkáním na povrch dřeva. (Foto: firma Krovservis)
Ochrana pomocí tepelných metod
Sanace dřeva horkým vzduchem
Likvidace dřevokazného hmyzu horkým vzduchem je proces, který se řídí normou DIN 68 800, část 4 [17]. Vlivem dostatečně vysoké teploty napříč celým průřezem dřeva jsou usmrcena veškerá vývojová stadia hmyzu, který se ve dřevě nachází (vajíčka, larvy, kukly i dospělí jedinci). Pro úspěšnou likvidaci hmyzu je nutné dřevo ohřát na teplotu 55 °C a tuto teplotu udržovat po dobu 60 min. Při této teplotě a v tomto čase dochází ke koagulaci bílkovin hmyzu a jeho usmrcení [17]. Prohřátí středové části dřeva, kde je teplota nižší než na jeho povrchu, probíhá pomocí vedení tepla, které je významně závislé na objemové hmotnosti dřeva [18]. Vzhledem k tomu probíhá samotný proces v řádu hodin. Dosažení sterilizační teploty v sanovaných konstrukčních prvcích je monitorováno termoelektrickými snímači (obr. 8). Ty jsou umístěny v geometrických středech vybraných prvků. Jejich počet je závislý na velikosti sanovaného prostoru. Kromě teploty dřevěných prvků jsou měřeny i teploty vzduchu v sanovaném prostoru tak, aby bylo možné optimalizovat samotný proces sterilizace v závislosti na charakteru proudění horkého vzduchu, složitosti konstrukce a okrajových podmínkách prvků konstrukce (počáteční vlhkosti, povrchové úpravě apod.). Celý objekt je monitorován v průběhu sanace proti nežádoucím únikům tepla pomocí infračervené termovizní kamery. Technicky je horký vzduch o teplotě 100–120 °C generován ve výkonných mobilních horkovzdušných agregátech. Prostřednictvím skládaného hliníkového potrubí je pak vháněn do sanovaného prostoru zpravidla střešními otvory nebo průniky ve střešním plášti (obr. 8). K izolaci prostor jsou použity termoizolační fólie nebo ovčí vlna.
Obr. 8: Ukázka horkovzdušné sanace dřevěných prvků krovu. Vlevo stroje a vynesení hliníkového skládaného potrubí, vpravo termoelektrický snímač v měřeném prvku. (Foto: A. Nasswettrová)
Sanace dřeva mikrovlnným zářením
Podstatou MW ohřevu je skutečnost, že při frekvenci 2,45 GHz se ohřívají výhradně molekuly vody, které jsou vysoce polárními látkami ve srovnání s ostatními elementy struktury dřeva. Stručně řečeno, mikrovlny neúčinkují na zcela suché oblasti této struktury. Přímým ozářením dřeva napadeného dřevokazným hmyzem tak dochází k rotaci polárních částic, vody v těle brouka a k jeho usmrcení. S touto skutečností se váže významná otázka, a to hloubka umístění larvy, protože hloubka vniku elektromagnetické vlny jako sterilizačního média je přímo úměrná vlhkosti materiálu. Při vlhkosti dřeva 30 %, tedy stavu, kdy jsou buněčné stěny zcela nasyceny vodou, je reálná hloubka vniku okolo 5–8 cm, oproti možné teoretické hloubce 12,25 cm vycházející z dané frekvence 2,45 GHz [18]. V této hloubce dochází k razantnímu útlumu amplitudy a úbytku kinetické energie, tím se neúměrně prodlužuje čas a účinnost záření. Výhodou mikrovlnného záření je skutečnost, že gradienty vlhkosti a teploty jsou shodné, tzn. že dochází k rychlejšímu nárůstu teplot, přičemž okolní struktura dřeva je zahřívána pouze sekundárně, vedením od vzniklé vodní páry. Výraznou nevýhodou mikrovlnného záření je nehomogenita elektromagnetického pole, při níž vznikají místa s vyšší a nižší intenzitou, tzv. „hot and cold spots“. Tento efekt výrazně ovlivňuje rozložení teplot v průřezu materiálu, a tím jeho výsledný ohřev a sterilizaci [18]. Technicky se zařízení pro mikrovlnnou sanaci skládá ze zdroje mikrovlnné energie a aplikátoru s magnetronem. Magnetron je v těchto zařízeních chlazený vzduchem a pracuje na frekvenci 2,45 GHz, s vlnovou délkou 12,25 cm. Anténa pro usměrnění toku energie má pyramidální tvar o různých rozměrech (obr. 9).
Obr. 9: Pohled na zařízení pro mikrovlnnou sanaci dřevěných prvků konstrukcí. (Foto: firma MW-Servis)
Modifikování struktury dřeva
Snahy zvýšit trvanlivost dřeva a odstranit některé jeho nežádoucí vlastnosti vedly k modifikaci struktury s cílem potlačit některá negativa. Nejčastěji se používají změny v chemické struktuře dřeva, a to pomocí vysokých teplot nebo tlaku, či jejich kombinace. Reinprecht [12] uvádí, že už při poměrně nižší teplotě 130 °C/0,5 h vyvolaly mírné zlepšení biologické odolnosti dřeva vůči ligninotvorným dřevokazným houbám. Výsledek však zdůvodňuje mechanickým působením při lisování, a tím snížením pórovitosti dřeva a zhoršením přístupu hyf dřevokazných hub do buněčných stěn dřeva. Určité mechanické zatížení se může vyskytovat i při použití dřevěného prvku v krovové konstrukci. V důsledku degradačního procesu na chemické úrovni současně kombinovaného s mechanickým zatížením lze očekávat rozpad parenchymatických buněk dřeňových paprsků, a tedy i uzavírání nejběžnější cesty napadení dřevokaznými houbami. Těmito převážně mechanickými účinky tak mohou kolabovat ztenčeniny buněčných stěn, které tímto znepřístupňují lumen a brání šíření hub volným prostorem dřeva. Zlepšení biologické odolnosti narůstá se zvýšením teplot a dobou působení. Všeobecně je odolnost závislá na změnách v chemické struktuře dřeva daná: snížením podílu -OH skupin a zvýšením hydrofobity dřeva následkem kondenzačních a jiných reakcí. Tím se snižuje sorpční kapacita dřeva a vlhkost nutná pro existenci biologických škůdců (wmin = 10 %). Rovněž se mění podmínky pro difuzní transporty enzymů produkovaných houbami ve dřevě a dochází k odbourání určitého podílu hemicelulóz, které jsou nejpřístupnější pro houby a hmyz. Obecně je téma způsobů modifikace struktury dřeva velmi široké a dotýká se řešeného tématu okrajově, proto si článek klade za cíl pouze čtenáře s touto možností seznámit, ne ji plně vyčerpat.
Závěr
Ochrana dřeva jako soubor opatření prodlužujících trvanlivost některých dřevin byla, je a bude vždy aktuální téma. Chceme-li, aby dřevo vydrželo ve stavbách co nejdéle a v co nejlepší kondici, musíme se stále vracet k základnímu faktu – totiž ke skutečnosti, že se jedná o přírodní kompozit a jako takový bude podléhat biologickým vlivům. Důležitou roli v rychlosti degradace hraje vlhkost. Dnes se již téměř vytratil návyk pracovat s materiálem od začátku, tedy už jeho výběrem v lese. Umění vybrat dřevo pro konkrétní využití, vědět, jaké bude mít vlastnosti podle svého sociálního zařazení v porostu, mít přímý kontakt se zpracovanou kulatinou, a ovlivnit tak její využití, to je dnes už téměř nemožné. Pracujeme s materiálem anonymním, bez rodokmenu, a tudíž s neznámými vlastnostmi. Do popředí se tak dostávají jiné způsoby ochrany a sanace dřeva ve stavbách, které se stále vyvíjejí.
Použitá literatura v druhém díle
- ČSN EN 350 (490081): Trvanlivost dřeva a materiálů na bázi dřeva. Zkoušení a klasifikace odolnosti dřeva a materiálů na bázi dřeva proti biologickým činitelům (2019).
- ČSN 49 0600-1: Ochrana dřeva – Základní ustanovení – Část 1: Chemická ochrana. (1998)
- DIN 68 800-4: Ochrana dřeva – Likvidační opatření proti dřevokazným houbám a dřevokaznému hmyzu (11/1992).
- NASSWETTROVÁ, A., 2020: Sanace dřeva pomocí mikrovln a horkého vzduchu. Zkušenosti, vhodnost použití, limity. In: Zpravodaj STOP Dřevo a opravy historických budov I. Průzkumy, zjišťování poruch a opravy dřevěných konstrukcí, opracování dřeva, sanace, sv. 22, 1/2020, s. 96–102.
Články dvoudílného seriálu vycházejí z textů sborníku Společnost pro technologie ochrany památek (STOP), upraveno autorkou dle doporučení recenzenta pro TZB-info.
Where traditional wood protection techniques are insufficient, its natural durability and ability to maintain its original structure and technical properties in various exposures, especially in humid environments, more modern techniques come into play. This article follows up on the first part, which dealt with selected traditional wood protection and conservation techniques; here we continue with techniques and methods currently in use. This concludes the topic of Wood Protection in monuments prepared in cooperation with the Society for the Technology of Monument Protection (STOP).