MATERIÁLY NA BÁZI DŘEVA
Petr Kuklík, Anna Kuklíková
Dřevo je materiál, který vykazuje v různých směrech k vláknům výrazně rozdílné vlastnosti. Během života stromu ve dřevě vznikají také suky, smolníky a jiné růstem podmíněné prvky, které narušují homogenitu a ovlivňující vlastnosti dřeva. Vyřízneme-li z prken např. suky a prkna slepíme, nebo rozdělíme-li dřevo na menší částice a ty rovněž slepíme, vzniká materiál na bázi dřeva, u kterého vliv růstových charakteristik dřeva potlačíme.
V současné době existuje několik druhů materiálů na bázi dřeva: překližované desky; vláknité desky; třískové desky a OSB desky; lepené lamelové dřevo; vrstvené dřevo; zhuštěné dřevo; modifikované dřevo. V tomto článku se zaměříme především na ty nejprogresivnější materiály na bázi dřeva, které jsou také dokladem obrovského potenciálu dřeva jako stavebního materiálu budoucnosti.
VLÁKNITÉ DESKY
Vláknité desky je společný název pro sedm různých typů desek s výrazně odlišnými vlastnostmi. Tyto desky se člení podle jejich hustoty a způsobu výroby (viz tab. 1). Mezi uvedenými typy desek nabývají na významu vláknité desky vyráběné suchým procesem (desky MDF), neboť jejich výroba je přijatelnější pro životní prostředí proti mokrému procesu (klasické vláknité desky). Při suchém výrobním postupu se vláknitý materiál přepraví proudem vzduchu na místo, kde se navrství surová matrace. Aby se vlákna dobře slepila, obalují se různými práškovými syntetickými lepidly, která tvoří přibližně 10 % hmotnosti desky. Surová matrace se nejprve předlisuje, aby se odstranil vzduch. Potom se délkově upraví a lisuje se za horka na jednotlivé desky, které mají na obou stranách jemný povrch. Desky MDF se vyrábějí v tloušťkách od 1,8 mm až do více než 45 mm. Některé MDF desky byly vyvinuty jako paropropustné, které se hodí pro konstrukce střešních a obvodových plášťů.
OSB DESKY
OSB desky neboli desky z orientovaných plochých třísek se vyrábějí z velmi kvalitních dřevin (např. borovice lesní). Ploché třísky mají délku 50 až 75 mm a šířku, která je menší než polovina jejich délky. Krajní vrstvy desky obsahují třísky orientované v zásadě rovnoběžně s podélným směrem desky, zatímco třísky středové vrstvy, která zpravidla tvoří až 50 % objemu, jsou uspořádány kolmo k podélnému směru, nebo náhodně. Desky jsou běžně lepeny fenolformaldehydovou pryskyřicí, jejíž hmotnost se na hmotnosti celé desky podílí přibližně 2,5 % (je-li v práškové formě). Tloušťky desek jsou v rozmezí 6 až 25 mm. Jakost povrchu se zlepšuje broušením. OSB desky pro své velmi dobré užitné vlastnosti, nízkou objemovou hmotnost proti překližkám a třískovým deskám a dobrou opracovatelnost nacházejí široké uplatnění ve stavebnictví, kde postupně nahrazují především překližky. OSB desky potažené speciální fólií a s boky zatmelenými vodotěsným polyuretanovým tmelem splňují nejnáročnější požadavky na betonářské bednění.
LEPENÉ LAMELOVÉ DŘEVO
Lepené lamelové dřevo se u nás vyrábí již od roku 1952, ale v současnosti se používá na stále větší konstrukční prvky, které již dosahují rozměrů: šířka 0,24 m, výška 2,5 m a délka 35,0 m. Tyto prvky mají vynikající požární odolnost. Rychlost zuhelnatění prvků z lepeného lamelového dřeva je 0,5 až 0,7 mm za minutu bez ztráty únosnosti (viz obr. 1). Proto se lepené lamelové dřevo s oblibou používá na konstrukce, kde se shromažďují lidé - sportovní haly, výstavní pavilony atd. Pro svou pevnost při nízké objemové hmotnosti se používá i na stavby, jejichž prvky musí být přepraveny na větší vzdálenosti. Stále více se lepené lamelové dřevo též používá na konstrukce lávek pro pěší a cyklisty. Pro zvýšení únosnosti prvků z lepeného lamelového dřeva je lze vyztužit pomocí pásů s vlákny vysoké pevnosti o tloušťce přibližně 2 mm.
VRSTVENÉ DŘEVO
Vrstvené dřevo je materiál podobný překližce, u kterého se většina nebo všechny dýhy lepí v souběžné orientaci vláken. V Evropě se vrstvené dřevo vyrábí ve Finsku pod označením KERTO. Vyrábí se ze smrkových dýh tlustých 3,2 mm (po zalisování 3,0 mm), které se poskládají podélně za sebou s krátkými překrytími, a to v několika vrstvách a zalisují se. Vznikají tak prvky o maximálních rozměrech: délka 26,0 m, šířka 1,80 m a tloušťka od 21 do 75 mm. Tyto prvky potom lze rozřezat podle potřeby na prvky menších rozměrů.
KERTO-S je standardní provedení, u kterého jsou všechny dýhy orientovány vlákny souběžně ve směru délky prvku. KERTO-Q je speciální provedení, u kterého je většinou každá pátá dýha orientována vlákny kolmo ke směru délky prvku. Parametry pevnosti a tuhosti vrstveného dřeva jsou velmi dobré. Charakteristická pevnost v ohybu v rovině desky u vrstveného dřeva KERTO-S je 51 MPa a průměrná hodnota modulu pružnosti je 14 000 MPa. Z vrstveného dřeva lze realizovat ty nejnáročnější inženýrské konstrukce, jako je např. zastřešení haly v Oulu ve Finsku o rozpětí 115 m (viz obr. 2).
Parallam a Intrallam
Zvláštním případem vrstveného dřeva jsou Parallam a Intrallam, materiály, pro které ještě ani neexistují české názvy. Parallam se vyrábí z dýh, které se nařežou na pásky široké 20 až 30 mm a dlouhé až 2400 mm. Pásky se po nanesení lepidla souběžně zalisují v kontinuálním lisu a vytvrdí pomocí mikrovlnného ohřevu. Tak lze vyrábět prvky téměř rovnocenné prvkům ze železobetonu (viz obr. 3). Konstrukční prvky dosahují rozměrů: výška 500 mm, šířka 300 mm a délka 20 m. Pevnost Parallamu v ohybu je přibližně stejná jako u vrstveného dřeva, v tlaku a ve smyku je jeho pevnost vyšší.
Intrallam se od Parallamu liší tím, že místo dýhových pásků se vyrábí z velkých třísek dlouhých až 300 mm, širokých až 30 mm a má deskový charakter (2,44 x 10,6 m při tloušťce až 140 mm). Pevnost Intrallamu v ohybu je porovnatelná s lepeným lamelovým dřevem. Intrallam i Parallam se dají řezat na prvky menších rozměrů. Výhodou prvků, které vznikají vrstvením dřeva je vysoká únosnost a požární odolnost. Jsou tak použitelné pro všechny druhy a typy stavebních konstrukcí.
ZHUŠTĚNÉ DŘEVO
Je obecně známé, že s růstem objemové hmotnosti roste pevnost materiálu. Nízká objemová hmotnost dřeva je dána jeho strukturou. Chceme-li proto u dřeva jeho objemovou hmotnost výrazně zvýšit, musíme strukturu dřeva změnit. Jednou z možností je dřevo slisovat přibližně na poloviční objem při teplotě 140 až 160 C a tlaku 10 až 15 MPa. Rychlost lisování je přitom okolo 1 mm za minutu. Vznikne tak nový materiál zhuštěné dřevo. Zhuštěné dřevo je v současnosti nejvíce rozšířené v podobě zhuštěných překližek, které mají objemovou hmotnost okolo 1 400 kg.m-3. Tyto překližky se používají nejvíce jako tenké příložky a vložky do exponovaných spojů dřevěných konstrukcí.
MODIFIKOVANÉ DŘEVO
Velkou nevýhodou dřeva je, že s ohledem ke svému organickému původu může být napadeno dřevokaznými houbami a hmyzem. Chceme-li tomuto nebezpečí zabránit, musíme dřevo držet trvale v suchu nebo zabránit tomu, aby enzymy dřevokazných hub mohly dřevo rozkládat. Jestliže v molekulární struktuře dřeva nahradíme hydroxylové skupiny OH většími methylovými skupinami CH3, je dřevo velmi odolné proti dřevokazným houbám a dále nebobtná a ani nesesychá. Např. bukové dřevo upravené touto technologií má stejnou trvanlivost jako dřevo azobé, které je jedním z nejkvalitnějších afrických dřev. Modifikované dřevo je vhodné na výrobu oken, okenic, lepených prvků pro mostní konstrukce apod. (viz obr. 4).
ZÁVĚR
Materiály na bázi dřeva mají v současnosti příležitost, aby se staly významnými stavebními materiály vzhledem k celé řadě objektivních důvodů, mezi něž patří zejména tyto:
1. Používání materiálů na bázi dřeva pomáhá zachovat zbývající zdroje vyčerpatelných surovin.
2. Dřevařský průmysl způsobuje relativně malé znečištění životního prostředí, které dále redukuje modernizace výrobních procesů.
3. Pro stavební materiály jsou stále významnější aspekty jejich životního cyklu od těžby surovin na jejich výrobu až po jejich likvidaci.
4. Vyvíjejí se stále progresivnější technologie zpracování dřeva.
5. Pro výrobu materiálů na bázi dřeva je všeobecně zapotřebí málo energie.
Tento článek vznikl za podpory výzkumného záměru ČVUT v Praze JN MSM 210000004 “Experimentální výzkum stavebních materiálů a technologií”.
Adresa autorů:
Doc. Ing. Petr Kuklík, CSc.;
Ing. Anna Kuklíková
Stavební fakulta ČVUT v Praze
Thákurova 7, 166 29 Praha 6