XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование современных средств защиты древесины от воздействия влаги

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Калюжин Р.К. 1

---

1МБОУ"СШОШ№1"

Балмачеев И.В. 1

---

1МБОУ"ШСОШ1"

Работа в формате PDF

588 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В условиях современной жизни, плотной застройкой городов жилыми комплексами, заводами и фабриками, большой загазованностью воздуха, многие жители нашего региона стараются переехать за город.

Сейчас люди предпочитают строить дома из экологически чистого материала. Таким материалом, очевидно, является и древесина. Однако для строений из древесины существует множество опасностей:

Опасность № 1 – это огонь. Порой от неправильно зажжённой спички выгорают не только дома, но и целые поселки. Этому способствуют высокая температуры воздуха, отсутствие осадков. В современном строительстве используют различные пропитки, которые предотвращают возгорание древесины.

В то же время, огонь может не только вредить, но и защищать дерево от других воздействий окружающей среды. Опытным путем я постараюсь проверить его эффективность.

Опасность № 2 – это атмосферные осадки (влага). Повышенная влажность древесины приводит к ее быстрому разрушению. Сперва влажное дерево гниёт, подвергается воздействию плесени и грибка, затем может потрескаться при высыхании, становится неровным, теряет свои не только внешние, но и эксплуатационные свойства. Для строительных работ рекомендуют максимальное содержание влаги в древесине не более 15%. При этом, погода и климат, например, северо-западных регионов, где я сам проживаю, таковы, что без обработки дома из древесины нуждаются в постоянном уходе и ремонте.

Таким образом мой проект будет посвящён исследованию средств защиты древесины именно от влаги. На сегодняшний день разработаны различные средства для обработки древесины, многие из которых лишают древесину ее главного преимущества – натуральности самого строительного материала.

В связи с этим целю проекта является определение оптимального средства защиты древесины от воздействия влаги, с учетом сохранения экологичности строительного материала.

Для достижения поставленной цели мне необходимо решить ряд следующих задач:

1. Изучить способы защиты древесины от воздействий в прошлом и современности;

2. Выделить и подобрать для сравнения способы и средства защиты древесины;

3. Опытным путем определить влияние влаги на изменение характеристик древесины, обработанной выбранными средствами и способами;

4. По результатам проведенных опытов дать рекомендации по выбору средств защиты.

Информационный обзор

1. Немного теории

1. 1. Способы обработки древесины от вредных воздействий

Древесина плохо переносит любое внешнее воздействие. В природе дерево защищает кора, а строительные материалы в форме бревен, бруса или досок никакой защиты не имеют. Разные породы дерева имеют разную устойчивость к внешним воздействиям, по этим характеристикам выбирают древесину для производства различных изделий.

Древесина, которая используется в строительстве часто подвергается воздействию ветра, влаги воздуха, солнечных лучей, осадков, то есть не только дождя, но снега и града. К воздействиям на древесину относят и вред, причиняемый насекомыми, бактериями, грибками, мхом и другими созданиями живой природы.

В прошлом, древесину защищали разными способами, например промасливанием. Обработка дерева подсолнечным или льняным маслом известна почти со времен получения такого масла. Существовали способы обработки дерева смолой или покрытие воском, таким образом наши предки стремились запечатать свойства дерева. Достоинством такой обработки являлось то, что средства обработки оставались столь же натуральными, как сама древесина. К недостаткам обработки можно отнести невысокий эффект от них и длительность обработки.

Обработка дерева маслом производилась в несколько слоев, после каждой обработки приходилось длительное время ждать высыхания масла, чтобы работа достигла цели. При этом, многие пропитывающие средства, такие как деготь являются пожароопасными, и, защитив дерево от влаги, приходилось думать над тем, как защитить его от солнца и открытого огня. [4]

Можно обработать дерево медным купоросом, он отлично защищает древесину от гниения на многие годы. Но сам химикат является ядовитым, после использования постепенно выделяет токсины, поэтому его использование для строительства жилых домов практически невозможно.

С глубокой древности древесины обрабатывали огнем. Действительно, можно заметить, что после лесных пожаров некоторые обугленные стволы деревьев могут сохраняться в течение долгих лет, даже среди нового леса. Обжиг огнем нужно проводить так, чтобы толщина обожжённого слоя достигла хотя бы 3 мм, иначе эффект от действия будет не таким заметным. При большем слое сгорания есть опасность повредить саму структуру доски, а самые первые слои просто превратятся в золу и будут осыпаться. Получается, что обжиг огнем требует большой сноровки, второй раз его не сделать, при современных ценах на древесину этот способ можно назвать сложным. [9]

Современным методом защиты древесины от воздействия влаги является пропитка ее антисептиком. Антисептик – это пропитка, которая придает древесине дополнительные свойства. Чем глубже она проникает в древесину, тем лучше защищает ее от плесени, грибка и насекомых. Срок службы современного антисептика составляет до 25 лет, даже если он сделан на водной основе.

Однако и здесь есть свои проблемы: большинство из таких антисептиков содержат вредные вещества, которые не должны становиться частью нашей жизни. А еще, отмечается, что не существует единого антисептика, подходящего для всех условий, всех типов дерева и защищающего от всех воздействий. Пропитывание же домов несколькими антисептиками может усилить вредные свойства каждого из них. [6]

1. 2. Составы антисептиков

В продаже можно увидеть различные антисептики. Цена их довольно высока и начинается от 500 рублей за литр. В среднем, на 100 м² поверхности деревянного дома уходит около 20 литров пропитки. При указанной стоимости, пропитка такой поверхности обойдется в 10-12 тысяч рублей, что является уже немаленькой суммой. Площадь поверхности всего дома намного больше и полная обработка выйдет значительно дороже.

Существуют рецепты самодельных пропиток, которые можно легко обнаружить в интернете. Например, такой рецепт от пользователя:

«Пропорции для большого объема. Нужно довести до кипения 80 литров воды. Лучше это сделать на костре в бочке. Далее в 20 л холодной воды развести 9 кг ржаной муки. Добавляем в холодную воду 8 л льняного масла (или олифы, произведенной на основе льняного масла). Туда же 4 кг медного или железного купороса. Смешать все миксером и добавить в кипящую воду в бочке. В зависимости от желаемого цвета – после возобновления кипения добавить 16 кг пигмента в порошке (для бетона). Помешивая палкой, варим смесь час.» [8]

Автор блога рассчитал стоимость такой пропитки как 50 рублей за литр, то есть в десять раз меньше, чем стоимость готовой. Другой рецепт, который автор называет финским, для дерева в объеме 10л выглядит примерно так:

• мука ржаная (или пшеничная) - 720 гр.

• железный или медный купорос - 1560 гр.

• поваренная соль - 360 гр.

• сухой известковый пигмент - 1560 гр.

• вода - 9 л. [8]

Можно заметить, что компонентами пропиток являются те же вещества, о которых было сказано раньше: медный купорос, льняное масло, вода, то есть это пропитки на водной основе. К сожалению, точно сказать, что эти пропитки будут хорошо работать трудно, неизвестно, как и кто проверял именно такие рецепты покрытий.

Что же касается магазинных пропиток, они дороже, скорее всего качественнее, скорее всего работают как надо, но и это невозможно проверить. Многие товары бытовой химии подделываются производителями для уменьшения их стоимости. Такие товары не только ненадежны, но даже опасны, так как состав может содержать какие угодно добавки. При покупке пропиток, заранее узнать состав нельзя, большинство производителей не раскрывают его или пишут в общем виде: транспарентные нано-пигменты, биоцидные компоненты и т.д.

Если начинать разбираться в вопросе, то оказывается, что биоцидными компонентами являются такие группы веществ, как пестициды и гербициды, а многие из них являются ядовитыми для человека.

В итоге, я вернулся к вопросу, не стоит ли отказаться от применения таких пропиток и вернуться к проверенным и безопасным методам? Проводя свое независимое исследование, я хотел понять, насколько эффективность современных средств окажется больше их опасности для окружающей среды и человека. Для этого я решил сравнить результаты воздействия влаги на образцы древесины, обработанные разными способами. Если современные средства создадут намного более сильную защиту от воздействия влаги на дерево, тогда их использование можно считать необходимым и оправданным. Но, может быть, прежние способы и самодельные рецепты окажутся не только эффективней, но и дешевле, чем новые.

Практическая часть

2. Подбор образцов древесины

Основными видами древесины для строительства в нашем регионе являются сосна и осина. Поэтому для проведения экспериментов я выбрал именно сосну и осину.

В качестве образцов я подготовил по пять брусков каждого вида древесины.

Образцы (1.1), (1.2), (1.3), (1.4), (1.5) – сосна.

(рис. 1)

Все пять брусков из сосны имеют квадратное сечение со стороной 28 мм и высотой 45 мм.

(рис. 2)

Образцы (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5) – осина.

(рис. 3)

Образцы брусков из осины также имеют квадратное сечение 28 мм на 45 мм.

(рис. 4)

Образцы каждого вида древесины изготовлены с одного спила каждого вида, поэтому имеют одинаковую плотность и волокнистость.

Таким образом зная три величины (длина - сторона А, ширина – сторона В, высота – сторона С) я могу вычислить объем (V) образцов.

V=A*B*C

V=28*28*45=35280 мм³ или 35,28 см³.

Далее с помощью электронных весов я измеряю массу каждого из образцов. [1]

Масса образцов из сосны составила 13 грамм (0,013 кг.)

Так как размеры образцов (1.1), (1.2), (1.3), (1.4), (1.5) одинаковы, следовательно масса их будет одинакова.

Масса образцов из осины составила 14 грамм (0,014 кг.)

Размеры образцов (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5) также одинаковы, масса их будет одинакова.

3.Выбранные методы и средства защиты

3.1 Защитное средство №1, 2-В-1

Защитный антисептический состав №1 2-в-1  предназначен для защиты деревянных конструкций, стен, дверей, оконных рам и террас. Защищает древесину от атмосферных воздействий и биологических повреждений, подчеркивает структуру рисунка древесины.

Состав: уайт-спирит, алкидный лак, биоцид, пигменты, сиккативы, технологические добавки. [2]

3.2 Защитное средство№2

Основное применение такой жидкости – защита деревянных поверхностей от гниения и паразитов, отчего продлевается срок жизни изделий.

Ее полный состав содержит около 55% уплотненного подсолнечного масла и 45% летучих растворителей.

3.3 Защитное средство№3, моторное масло

Применение в бытовых условиях отработанного машинного масла, его эффективность связана с тем, что изначальный состав его достаточно универсален. Так «отработка» эффективно защищает деревянные конструкции от гниения, разрушения.

В состав отработки входят нефтепродукты, которые содержат частички минералов, глины, песка и воды.

3. 3. Защитное средство№4, обжиг огнем

А вот самая лучшая и долговременная защита древесины от гниения, плесени, грибков и насекомых — это обжиг древесины! Этот способ пришел из глубокого прошлого. Наши предки заметили, что обгоревший во время лесного пожара лес — практически не гниёт. Кроме того, обгоревшая, но не сгоревшая полностью в костре, древесина может годами лежать на земле или в земле и не гнить. Для долгосрочной защиты применяется довольно глубокий обжиг древесины, при котором образуется обугленный слой с толщиной не менее 3 мм. Внешне такая древесина выглядит, как изображено на фото ниже.

(рис. 5)

4.Исследование опытным путем воздействие влаги на древесину

после использования защитных средств

Приступим непосредственно к проведению исследования по воздействию воды на древесину.

Образцы (1.1.) и (2.1.) я оставлю без покрытия;

Образцы (1.2.) и (2.2.) я покрою защитным составом BIOTEKS 2-B-1;

Образцы (1.3.) и (2.3.) я покрываю составом

Защитное средство№2

Образцы (1.4.) и (2.4.) я покрываю отработанным машинным маслом.

Образцы (1.5.) и (2.5.) я обжигаю огнем.

Пропитку образцов я проводил в два слоя. Второй слой был нанесен через 24 часа после первого (05 октября).

Обжиг образцов (1.5.) и (2.5.) я проводил до образования обугленного слоя толщиной в 1мм.

После пропитки образцы были оставлены в сухом помещении до полного впитывания и высыхания на 14 дней.

(рис. 16)

19 октября

Прошло 14 дней после нанесения второго слоя пропитки. Все образцы полностью высохли. Пришло время поместить все бруски в воду.

Образцы: (1.1), (1.2), (1.3), (1.4), (1.5) – сосна.

(рис. 7)

Образцы: (2.1), (2.2), (2.3), (2.4), (2.5) – осина.

(рис. 8)

Все образцы я поместил в воду на 60 дней. Этого времени я считаю достаточно, чтобы древесина напитала максимальное количество влаги, поскольку образцы полностью либо большей частью погружены в воду. Это отличает их от обычной ситуации, когда между осадками проходит время сухих и солнечных дней, за время которых древесина может подсыхать.

(рис. 9)

19 декабря я извлеку их из емкостей с водой и проведу замеры массы и объема каждого образца по отдельности. В результате этого эксперимента я увижу, как изменились масса и объем не покрытых и пропитанных образцов и сделаю вывод кокой из видов защиты является наиболее эффективным.

19 декабря

Спустя два месяца я извлек образцы из жидкой среды и сделал замеры сторон и массы. Полученные результаты я сформировал в таблицах.

Таблица № 1

Изменение массы брусков сосны (в граммах)

Таблица № 2

Изменение объема брусков сосны (см³)

Таким образом сравнивая полученные результаты я выяснил что для сосны наилучшими средствами защиты от воздействия влаги является Защитное средство №1 и Защитное средство №2.

Таблица № 3

Изменение массы брусков осины (в граммах)

Таблица № 4

Изменение объема брусков осины (см³)

С этими образцами все выглядит, наоборот. Современные синтетические средства защиты повели себя не лучшим образом. А вот народные средства, которые использовали наши отцы и деды показали достойный результат.

Если делать выводы и обобщения, можно сказать, что опыты подтвердили невозможность эффективного использования одного и того же способа защиты древесины для разных пород дерева. Таким образом, поиск лучшего решения для каждой породы по-прежнему следует проводить опытным путем, для различных конструкций.

Отмечу, что во всех случаях старинные или народные средства защиты хорошо себя показали. Учитывая, что стоимость этих средств обычно в несколько раз ниже, чем стоимость искусственных пропиток, стоит задуматься о том, чтобы поискать оптимальные соотношения веществ среди тех, которые считаются экологически чистыми. Небольшие добавки синтетических средств могу усилить свойства натуральных пропиток, при минимальном вреде окружающей среде.

Отказаться полностью от химических средств защиты будет неправильно, для некоторых пород деревьев они являются почти единственной надежной защитой от влаги. Однако их применение следует сократить в пользу народных средств и использовать только в определенных случаях и областях промышленности и хозяйства.

Заключение

Подводя итоги моих опытных исследований, я не могу сделать однозначный вывод какое средство наиболее качественно защищает древесину от воздействия влаги. В одном случае хороший результат показали средства, произведенные в заводских условиях, в другом совсем наоборот.

В своем проекте я использовал всего два вида древесины и четыре вида средств защиты. В природе разновидностей древесины, которые человек использует для своих нужд очень большое количество. Поэтому можно сделать вывод, что для каждого вида древесины необходимо подбирать свое средство защиты от воздействия атмосферных явлений. Этот процесс является сложным из-за большого количества возможных вариантов. Поэтому, я считаю, что мои исследования и похожие работы постепенно расширяют знания людей в этой области.

Несмотря на неоднозначность вывода, я считаю, что цель работы была достигнута. Для каждого вида древесины можно определить то средство защиты, которое показывает наилучший результат. Так, если мне понадобится строить из сосны, я бы выбрал пропитку химическими реагентами, производимыми в промышленности, даже если это будет стоить дороже, ведь ремонт поврежденных участков деревянных строений является очень затратным. Наоборот, изделия из осины можно пропитать составом, приготовленным самостоятельно и такое строение будет защищено от влаги на долгое время.

Что касается обжига огнем, то сделать это оказалось легче, чем я думал вначале. У меня не было навыка работ такого рода, но мне удалось добиться хорошего результата с первого раза. Думаю, что результат обжига можно было бы улучшить, постепенно набираясь опыта.

В ходе выполнения работы я много узнал о способах обработки древесины, а также убедился, что различные породы деревьев серьезно отличаются своими свойствами и это необходимо учитывать при обработке. Кроме того, я изучил различные составы, с помощью которых древесину защищают от влаги.

В данной работе я не рассматривал самодельные составы пропиток, с которыми познакомился во время изучения теории вопроса. Многие компоненты таких составов мне стали понятны по мере выполнения работы, однако пропорции компонентов и некоторые добавки вызвали вопросы о цели их использования. Некоторые рецепты мне и вовсе показались случайными, особенно если говорить о количестве веществ. Дальнейшее изучение физики и химии должно помочь мне разобраться в принципах составления подобных рецептов, а исследование их эффективности может стать продолжением данной работы.

Вопрос поиска средств защиты деревянных строений не закрыт до тех пор, пока человек продолжает использовать дерево как строительный материал, значит и моя работа остается актуальной и значимой сточки зрения практического использования.

Считаю, что выполнил поставленные в данной работе задачи и цель работы достигнута.

Список используемой литературы.

1. 1. 1. 1. Учебник физики 7 класс/ А.В. Перышкин. – 5 изд.., стереотип. – М. : Дрофа, 2016. – 224 с.;

         2. Инструкция по применению и меры предосторожности BIOTEKS 2-B-1 – (указано на упаковке);

         3. Инструкция по применению и меры предосторожности ОЛИФА защитная влагостойкая (указано на упаковке);

         4. Дерево и старинные рецепты обработки его поверхностей: Персональные записи в журнале Ярмарки Мастеров (livemaster.ru);

         5. Защита дерева от влаги и гниения - народные средства и современные пропитки (zavoddveri.ru);

         6. Как защитить деревянные конструкции на улице (domamo.ru);

         7. Народные средства защитной обработки древесины: вареные краски, руслагенский махагон, соль, известь и многое другое: Хитрости и советы / Lifehack в журнале Ярмарки Мастеров (livemaster.ru);

         8. Рецепты пропиток для дерева. Стоимость изготовления – от 20 рублей/литр | Блог самостройщика | Дзен (dzen.ru);

         9. Узнал, как староверы обрабатывают доски, чтобы они не гнили 50 лет | Стеклянная сказка | Дзен (dzen.ru).