CC BY
35
5. SHahova, L.D. Tekhnologiya penobetona: teoriya i praktika: [monografiya]/ L.D. SHahova. - M.: Associaciya stroitel'nyh vuzov, 2010. - 246s.;
6. Penobeton: [monografiya]/ L.V. Morgun. - Rostov-na-Donu: Rost. gos.stroit. un-t, 2012. -
154s.;
7. Pena i pennye plenki/ Kruglyakov P.M., Ekserova D.R. - M.: Himiya, 1990. - 432s.
8. Peny. Teoriya i praktika ih polucheniya i razrusheniya/ V.K. Tihomirov. - M.: Hi-miya, 1983. - 264 s.
9. Ruzhinskij, S.I. Vse o penobetone/ S.I Ruzhinskij, A. Portik, A. Savinyh. - SPb: OOO «Strojbeton», 2006. - S. 139.
10. Vliyanie komponentnogo sostava na reologicheskie i drugie tekhnologi-cheskie svojstva penocementnyh smesej: avtoreferat diss...kand. tekhn. nauk/D.V. Tverdohlebov. - Belgorod, 2006. -21 s.
11. Strukturno-tekhnologicheskie osnovy polucheniya «sverhlegkogo» peno-betona: avtoreferat diss. kand. tekhn. nauk/ V.V. Kondrat'ev. - Kazan', 2003. - 21s.
Машкин Николай Алексеевич - доктор технических наук, профессор кафедры строительных материалов, стандартизации и сертификации Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск, E-mail: [email protected].
Mashkin Nikolaj - doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of construction materials, standardization and certification of the Novosibirsk State Architectural University (Sibstrin), Novosibirsk, E-mail: [email protected].
Бартеньева Екатерина Александровна - аспирант кафедры строительных материалов, стандартизации и сертификации Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск.
Barten'eva Ekaterina - graduate student of construction materials, standardization and certification of the Novosibirsk State Architecture and Construction University (Sibstrin), Novosibirsk.
УДК 674.048.5
СОСТАВЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОДЛЕНИЯ СЛУЖБЫ СТАРИННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ ЗДАНИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Машкин Н.А., Крутасова И.Б., Крутасов Б.В. Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет,
Новосибирск
COMPOSITION AND TECHNOLOGY OF SERVICE EXTENSION OF OLD WOODEN BUILDINGS IN WESTERN SIBERIA
Mashkin N.A., Krutasova I.B., Krutasov B.V. Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering, Novosibirsk
Рассмотрены вопросы защиты памятников деревянного зодчества Сибири с использованием технологий модифицирования древесины. В качестве эффективных защитных средств для древесины исследованы защитные составы на основе
кремнийорганических соединений, наносимые на поверхность древесины методом пульверизации.
Ключевые слова: памятники деревянного зодчества, модифицирование древесины, кремнийорганические соединения, атмосферостойкость, долговечность.
The problems of the protection of monuments of wooden architecture in Siberia using wood modification technology is studied. As effective protective agents for wood protection the compositions based on organosilicon compounds applied to the wood surface by pulverization are investigated.
Key words: monuments of wooden architecture, wood modification, organosilicon compounds, weatherability, durability.
Самым большим и уникальным заповедником народного деревянного зодчества в России является Русский Север. Однако, богаты архитектурными памятниками и другие русские города, такие как Суздаль, Томск, Иркутск. Новосибирск является достаточно молодым городом и имеет небольшое количество памятников деревянного зодчества. Но и для него актуальной является проблема спасения того немногого, что еще осталось от деревянного зодчества (рис. 1-3).
Рис. 2. Спасо-Зашиверская церковь (около 1700 г., Новосибирск). Академгородок.
Музей под открытым небом Основной задачей сохранения памятников деревянного зодчества является увеличение долговечности сроков службы древесины, сохранения ее механических свойств. В условиях переменной влажности и при отсутствии надлежащего своевременного ремонта памятники постепенно разрушаются. Разрушение древесины под действием окружающей среды и микроорганизмов может быть приостановлено с помощью различных консервирующих средств.
Известно большое количество консервантов древесины, а также технологий консервирования: диффузионными способами, использованием консервирующих газов, пропиткой элементов после предварительной разборки зданий [1]. В каждом конкретном случае выбирается способ и составы наиболее целесообразные для сохранения памятников с учетом экологических проблем не только прямой, но и косвенной экологической безопасности материала для памятника.
Рис. 3. Фасад деревянного здания в городе Томске
Данная проблема представляет важность и для памятников деревянного зодчества города Новосибирска, особенностью которых является достаточно высокая степень сохранности, так как они имеют возраст около 100 лет.
В НГАСУ (Сибстрин) проводятся многолетние исследования методов защиты памятников деревянного зодчества с использованием технологий модифицирования древесины синтетическими полимерами (фенолоформальдегидными, эпоксидными и
др.) [2].
Значительный опыт модифицирования древесины с целью повышения ее стойкости и долговечности в различных средах позволил в качестве основных гидрофобизаторов-модификаторов древесины архитектурных памятников
рекомендовать составы на основе этилсиликата калия (АКВАСИЛ) и бутадиен-стирольного латекса СКС-65 ГП [3, 4, 6, 7].
Этилсиликаты калия относятся к поверхностно-активным веществам, молекулы которых, благодаря дифильному строению, способны, адсорбируясь на гидрофильной поверхности, ориентироваться к ней своей полярной группой. Гидрофобная группа, чаще всего органический радикал,при этом обращена в сторону неполярной среды -воздуха. Благодаря этому, гидрофильная ранее поверхность материала становится гидрофобной. Стойкость гидрофобного эффекта зависит от прочности связи гидрофобизирующего вещества с поверхностью материала: наиболее надежная фиксация обеспечивается в случае химической связи молекул гидрофобизатора с поверхностью. Такими свойствами обладают гидрофобизаторы на основе кремнийорганических соединений (КОС), что обусловлено комплексом специфических свойств, связанных с особенностями строения их молекул, отличными от органических соединений [4].
Защитные составы на основе кремнийорганических соединений являются более эффективными, чем их органические аналоги, и их характерными свойствами являются высокая реакционная способность, малая зависимость физико-механических свойств от температуры, высокая стойкость к термической и термоокислительной деструкции, морозостойкость. Кремнийорганические соединения обладают достаточной стойкостью к действию слабых кислот и щелочей, многих растворителей, топлив и минеральных масел [5].
Как показали исследования, наиболее экономичными и технологически удобными для поверхностной обработки материалов деревянных конструкций являются метилсиликонаты щелочных металлов (МСК) - водорастворимые кремнийорганические соединения, которые не требуют использования органических растворителей или приготовления эмульсий, применяются в виде сильно разбавленных водных растворов и являются самыми дешевыми из всех кремнийорганических продуктов [4, 6, 7]. Побочными продуктами, образующимися в результате реакции карбонизации щелочи углекислым газом воздуха, являются нетоксичные соединения - карбонаты калия. Катализатором химических процессов гидролиза и поликонденсации этих кремнийорганических соединений является углекислый газ воздуха, поэтому метилсиликонаты щелочных металлов можно назвать достаточно универсальными гидрофобизаторами-модификаторами древесины.
Древесину модифицировали составом, включающим бутадиен-стирольный латекс СКС-65 ГП (сухой остаток более 47 %, вязкость по ВЗ-4 - 24 с) - 10-12 % и 35-45%-ный водный раствор метилсиликоната калия - АКВАСИЛ (ТУ 6-02-1824) -88-90 %. Для сравнения использовались также и традиционные фенолоспирты [2]. Пропитку древесины осуществляли по методу «вакуум - атмосферное давление» и методом пульверизации по ГОСТ 24329 «Древесина модифицированная. Способы модифицирования».
Физико-механические свойства гидрофобизированной (модифицированной) древесины (прочность при сжатии и изгибе, деформации набухания, степень пропитки, плотность) определяли по методике ЦНИИСК им. В.В. Кучеренко на
образцах размером 10х10х150 мм. Свойства модифицированной древесины (при сквозной пропитке) представлены в табл. 1.
Табл. 1. Свойства модифицированной древесины
Древесина Степень пропитки, % Средняя плотность кг/м3 Прочность при радиальном сжатии, МПа Прочность при статическом изгибе, МПа Ударная вязкость кДж/м2
Береза натуральная - 650 11,0 145,2 55,0
Сосна натуральная - 510 7,5 94,3 58,0
Береза, модифицированная фе- 23,7 732 15,8 148,1 41,5
нолоспиртами
Сосна,
модифицированная фенолоспиртами 27,2 721 15,6 110,8 43,2
Береза, модифицированная латекс- 34,0 750 19,1 164,3 45,4
кремнийорганическим модификатором
Сосна,
модифицированная латекс- 37,3 739 18,7 180,5 49
кремнийорганическим модификатором
Достоверность результатов оценивали методом статистической обработки по ГОСТ 16483.0 «Древесина. Методы испытаний. Общие требования».
При реставрации памятников деревянного зодчества может возникнуть необходимость замены части деревянного сруба, особенно его нижних венцов, пришедших в полную негодность. В этом случае можно применить термомодифицированную древесину (термодревесину) [8].
Термодревесина - это особый вид строительного материала, оптимальные физические характеристики которого достигаются путем термической обработки древесины по специальным технологиям. Возможность использования термодревесины при реставрации памятников деревянного зодчества обусловлена ее высокими показателями надежности и долговечности при относительно доступной цене. Кроме того, в процессе ее изготовления не требуется применения дополнительных химических добавок, что делает его экологичным и безопасным для здоровья.
Рис. 4. Установка для высокотемпературной сушки бревен
В процессе производства термодревесины под воздействием высокой температуры меняется клеточная структура древесины. Изначально древесные волокна состоят из:
• целлюлозы (40-58%) - определяет эластичность и прочность дерева;
• лигнина (20-50 %) - обеспечивает одревеснение на клеточном уровне;
• гемицеллюлоз (15-38 %) - оказывают цементирующее воздействие на стенки древесных клеток;
• экстрактивных веществ (0,8-6,9%) - определяют ароматические, цветовые и т.д. характеристики древесины.
Продолжительное воздействие на древесину высокой температуры (+135-240°С) приводит к распаду гемицеллюлоз, благодаря чему древесина несколько уменьшается в объеме и меньше впитывает влагу, но и становится маловосприимчивой к воздействию бактерий и грибов. При дальнейшем увеличении температуры происходит изменение целлюлозной структуры, благодаря чему термодревесина не деформируется даже при многолетней эксплуатации в среде с повышенным показателем влажности.
Ранее нами было установлено также [2], что в результате термомодифицирования древесины происходит частичная деструкция гемицеллюлоз (при 1700С) и целлюлозы (при 230 0С), с последующей дополнительной сшивкой продуктов деструкции с увеличением доли кристаллических участков в них по отношению к более активным аморфным, что подтверждается снижением концентрации активных групп (ОН, СН3 и др.) с 6,5 до 3,5^1016 г-1 (по данным электронного парамагнитного резонанса ЭПР) [2].
Недостатком термодревесины является ее хрупкость, что ограничивает применение такой древесины в качестве несущих конструкций. Термодревесина при использовании в нижних венцах реставрируемых зданий должна быть надежно гидроизолирована от фундаментов.
В настоящее время Новосибирском ООО «РОСТ» и в НГАСУ (Сибстрин) начаты лабораторные исследования по разработке энергосберегающей технологии высококачественной высокотемпературной сушки (термомодифицирования)
крупноразмерного сортимента лесо- и пиломатериалов без трещинообразования, с повышенной формостабильностью и эксплуатационной стойкостью при атмосферных воздействиях, для использования в малоэтажном строительстве и при сохранении памятников деревянного зодчества.
Заключение
В результате проведённых исследований установлено, что при применении для модифицирования древесины составов на основе силиконата калия достигается значительный уровень повышения физико-механических свойств древесины, сопоставимый с применением традиционных фенолоспиртов.
При реставрации памятников деревянного зодчества можно также использовать термомодифицированную древесину (термодревесину) при необходимости замены части деревянного сруба, особенно его сильно изношенных нижних венцов.
Библиографический список
1. Покровская, Е.Н. Химико-физические основы увеличения долговечности древесины. Сохранение памятников деревянного зодчества с помощью элементоорганических соединений. -М: АСВ. 2009. - 136с.
2. Машкин, Н.А. Эксплуатационная стойкость модифицированной древесины в строительных изделиях. Новосибирск: НГАСУ, 2001. - 260 с.
3. Машкин, Н.А. Разработка и исследование структурных моделей модифицированной древесины / Н.А. Машкин, Б.В. Крутасов // Строительные материалы (приложение № 7 - Наука) - 2006. - № 3. - С.35-36.
4. Машкин, Н.А. Защитная обработка строительных материалов кремнийорганическими гидрофобизаторами. Монография. / Н.А. Машкин, С.Г. Ершова, Б.В. Крутасов, А.Г. Маньшин// НГАСУ (Сибстрин). - Новосибирск: НГАСУ. 2013. - 204 с.
5. Соболевский, М. В. Карбофункциональные органосиланы и органосилоксаны / М. В. Соболевский, Г. В. Моцарев, В. Р. Розенберг. - М. : Химия, 1990. - 236 с.
6. Машкин, Н.А., Крутасов, Б.В., Бернацкий, А.Ф., Крутасова, И.Б., Ларичкин, В.В. Применение кремнийорганических модификаторов для защиты памятников деревянного зодчества. Известия ВУЗов. Строительство. - 2013. - № 10. - С. 11-17.
7. Крутасова, И.Б., Машкин, Н.А., Руссу, И.В. Сохранение памятников деревянного зодчества путем модифицирования древесины. Сб. науч. трудов по матер.междунар. конфер. «Инновационные разработки и новые технологии в строительном материаловедении», Новосибирск: НГАУ, ТГАСУ, РАЕН, 2014, - с. 173-176.
8. Интернет-ресурсы по термодревесине: http://www.termo-wood.ru/, http://www.woodtrade.ru/, http://www.bestreferat. ru/, http://forums.wood.ru/, http://www.reznoe.ru/ .
Bibliograficheskij spisok
1. Pokrovskaya, E.N. Himiko-fizicheskie osnovy uvelicheniya dolgovechnosti drevesiny. Sohranenie pamyatnikov derevyannogo zodchestva s pomoshch'yu ehlementoorganicheskih soedinenij. -M: ASV. 2009. - 136s.
2. Mashkin, N.A. EHkspluatacionnaya stojkost' modificirovannoj drevesiny v stroi-tel'nyh izdeliyah. Novosibirsk: NGASU, 2001. - 260 s.
3. Mashkin, N.A. Razrabotka i issledovanie strukturnyh modelej modificirovannoj drevesiny / N.A. Mashkin, B.V. Krutasov // Stroitel'nye materialy (prilozhenie № 7 - Nauka) -2006. - № 3. - S.35-36.
4. Mashkin, N.A. Zashchitnaya obrabotka stroitel'nyh materialov krem-nijorganicheskimi gidrofobizatorami. Monografiya. / N.A. Mashkin, S.G. Ershova, B.V. Krutasov, A.G. Man'shin// NGASU (Sibstrin). - Novosibirsk: NGASU. 2013. - 204 s.
5. Sobolevskij, M. V. Karbofunkcional'nye organosilany i organosiloksany / M. V. Sobolevskij, G. V. Mocarev, V. R. Rozenberg. - M. : Himiya, 1990. - 236 s.
6. Mashkin, N.A., Krutasov, B.V., Bernackij, A.F., Krutasova, I.B., Larichkin, V.V. Primenenie kremnijorganicheskih modifikatorov dlya zashchity pamyatnikov derevyannogo zodchestva. Izvestiya VUZov. Stroitel'stvo. - 2013. - № 10. - S. 11-17.
7. Krutasova, I.B., Mashkin, N.A., Russu, I.V. Sohranenie pamyatnikov derevyannogo zod-chestva putem modificirovaniya drevesiny. Sb. nauch. trudov po mater. mezhdunar. konfer. «Innovacionnye razrabotki i novye tekhnologii v stroitel'nom materialovedenii», Novosibirsk: NGAU, TGASU, RAEN, 2014, - s. 173-176.
8. Internet-resursy po termodrevesine: http://www.termo-wood.ru/, http://www.woodtrade.ru/, http://www.bestreferat.ru/, http://forums.wood.ru/, http://www.reznoe.ru/.
Машкин Николай Алексеевич- доктор технических наук, профессор кафедры строительных материалов, стандартизации и сертификации Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск, E-mail: [email protected].
Mashkin Nikolaj - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of construction materials, standardization and certification of the Novosibirsk State Architecture and Construction University (Sibstrin) Novosibirsk, E-mail: [email protected].
Крутасова Ирина Борисовна - аспирант кафедры строительных материалов, стандартизации и сертификации Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск.
Krutasova Irina - graduate student of construction materials, standardization and certification of the Novosibirsk State Architecture and Construction University (Sibstrin) Novosibirsk.
Крутасов Борис Валентинович - кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геологии, оснований и фундаментов Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), г. Новосибирск.
KrutasovBoris- Ph.D., associate professor of the department of engineering geology, bases and foundations of the Novosibirsk State Architecture and Construction University (Sibstrin) Novosibirsk.
