Древесина осины как материал для устройства кровли

Условия произрастания на влажных и переувлажненных почвах и биологические характеристики древесины осины формируют основные ее свойства как сырья для использования в строительстве и в других целях [8]. Это безъядровая спелодревесная порода, имеющая однородное строение, для которой характерны быстрый рост, увеличение массы, малая сбежистость, повышенная стойкость к воздействию воды [2]. Древесина осины мягкая, легкая, белого цвета, однородная, имеет небольшое количество сучков в массиве, мало подвержена растрескиванию и короблению, технологична в обработке, хорошо поддается пропитке. Из-за невысокой плотности легко лущится и мало нагревается даже при самых высоких температурах. Ввиду условий произрастания осина довольно часто поражается различными болезнями и гнилью.

Малый выход пиломатериала предопределяет низкую рентабельность древесины этой породы. Традиционно осина использовалась в качестве материала для устройства кровель. В настоящее время ее применение в строительстве ограничивается в основном отделкой влажных помещений и производством древесно-стружечных плит. Возможности использования ее в качестве конструкционного кровельного материала подвержены многочисленным сомнениям и не реализуются в полной мере [13].

Существует несколько видов деревянных кровельных конструкций – тес, лемех, гонт, шиндель, дранка. По характеру использования и устройству они очень похожи, поэтому часто возникает путаница и подмена понятий. Тем не менее эти конструкции различны по месту появления, территории распространения, способу обработки сырья, виду материала и технологии монтажа.

Тес – необрезные доски, получаемые путем продольной распиловки бревна. Длина теса варьируется от 4 до 6,5 м, толщина от 19 до 45 мм, ширина 160–200 мм [4] (рис. 1).

Лемех – небольшие деревянные дощечки, 16– 22 см в ширину, изготавливаемые преимущественно из осины, по форме обычно напоминающие лопатку или плоскую уступчатую пирамидку, «городок». Вытесываемый топором, вручную, лемех традиционно применялся в русском деревянном зодчестве для покрытия преимущественно глав церквей, а также барабанов, шатров и других частей здания [4] (рис. 2).

Гонт (польск. gont) – пиленые дощечки клинообразного сечения, соединяемые по принципу «шип – паз» (рис. 3). Благодаря этому при монтаже гонтового покрытия соседние дощечки объединяются в сплошной ряд. Размер гонта в длину 50–60 см при ширине 6–14 см и толщине до 15 мм [5]. Основным материалом для изготовления является древесина твердых пород, таких как дуб или сибирская лиственница, благодаря

Рис. 1. Схема устройства тесовой кровли             Рис. 2. Лемех свойствам которых гонт приобретает высокую прочность и устойчивость к биохимическому воздействию окружающей среды. При изготовлении гонта используется сырье только высокого качества, что заметно сказывается на стоимости строительства.

Рис. 3. Схема устройства гонтовой кровли

Шиндель (лат. scindula – раскалывать) – «деревянная черепица», представляющая собой небольшие колотые дощечки клинообразной формы, укладываемые внахлест в шахматном порядке. Размеры дощечек: длина 20–80 см, ширина 6–25 см, толщина 7–15 мм. Древесина, применяемая при изготовлении, – дуб, канадский красный кедр, лиственница [5]. Традиционная европейская технология лучше всего представлена в современной Германии. С первыми европейскими поселенцами получила широкое распространение в Америке, со временем дала название современной гибкой черепице – шингласу [13] (рис. 4).

Рис. 4. Схема устройства кровли из шинделя

Дранка по характеру монтажа очень сходна с деревянной черепицей, но представляет собой тонкие дощечки, фактически щепу, шириной 7–12 см, толщиной 3–4 мм, длиной 30–50 см, и поэтому укладывается не в 2–3 слоя, как у шин-деля, а в 4–5 слоев. При этом верхние детали на 2/3 закрывают нижележащие (рис. 5). Гидроизоляцию под дранку на обрешетку класть не следует. В этом случае древесина начнет гнить, поскольку будет ограничена вентиляция подкровельного пространства. Изготавливалась дранка, как правило, из осины или древесины хвойных пород и использовалась сразу без какой-либо предварительной сушки [4]. Дощечки необходимых габаритов получали путем раскалывания небольших обрезков ствола.

Рис. 5. Схема устройства кровли из дранки

Конструкция драночной (щеповой) кровли в России получила широкое распространение во второй половине XIX века. Относительная простота конструкции и монтажа, небольшой вес и низкая стоимость сырья способствовали повсеместному использованию дранки в качестве кровельного материала для крыш скатных конструкций. При регулярном обслуживании – периодической обработке дегтем с целью улучшения водоотталкивающих свойств, такие крыши могли эксплуатироваться до 25 лет [1].

Свойства древесины осины определили основной принцип ее использования в конструкции кровли – при увлажнении дощечки разбухают, увеличиваясь в размерах, плотно закрывая все возможные щели и трещины. При улучшении температурно-влажностных условий они, высыхая, слегка изгибаются, обеспечивая полное проветривание подкровельного пространства и отвод влаги [9]. В отличие от других деревянных кровельных покрытий дранка быстрее высыхает и лучше вентилируется ввиду своей небольшой толщины, что является, с одной стороны, преимуществом, а с другой – существенным недостатком. Попадание малейшей искры на сухую, хорошо проветриваемую конструкцию из щепок приводило к немедленному ее воспламенению. В 80-х и 90-х XIX века в России наблюдались всплески пожаров, справиться с которыми помог только комплекс мер, направленных на «огнестойкое» строительство. Предписания по использованию огнеупорных материалов в строительстве привели к запрету покрывать крыши дранкой или соломой [11; 160].

На отказ от использования дранки в конструкциях кровель повлияла также ее относительная подверженность биохимическому разрушению. К последнему в большинстве случаев приводило применение гвоздей в качестве основных монтажных элементов крепления кровельного материала. Из-за перепада температуры и изменения влажности древесина периодически расширяется, отверстие от забитого гвоздя увеличивается в размере, а на поверхности металла образуется конденсат. В итоге сталь подвергалась коррозии, место соприкосновения с деревом загнивало, что впоследствии приводило к разрушению кровли.

В начале 1930-х годов предпринимались попытки по модернизации технологии использования дранки в качестве кровельного материала. Предложен и запатентован ряд технических решений. Одно из них было направлено на изменение угла укладки штучных элементов относительно друг друга по рядам, что, по мнению автора, увеличивало срок службы кровли (см.: Михайлов И. М. Авторское свидетельство на изобретение № 42288, 1935 г.). Второе относилось к решению вопросов индустриализации изготовления элементов кровли путем сколачивания дранки в щитовые конструкции на основе карка- са из деревянных брусков (см.: Жидков Л. Ф. Авторское свидетельство на изобретение № 25250, 1932 г.). В этот же временной период была предложена конструкция станка для заготовки дранки, заменяющего традиционное «махало» (см.: Вавилов С. А. Авторское свидетельство № 68634, 1947 г.). Но все эти нововведения не устраняли основных упомянутых недостатков деревянной кровли. А с появлением новых кровельных материалов и развитием технологий их производства использование дранки практически прекратилось.

В настоящее время в кровлях рассматриваемого класса наибольшее распространение получила деревянная черепица (шиндель), несмотря на высокую стоимость, которая достигается вследствие уникальности и большой трудоемкости работ по подготовке штучного материала, а также по причине использования для производства ценных пород древесины – кедра, сибирской лиственницы. В Канаде и США, Германии и Австрии кровли из дерева – обычное явление на крышах частных домов и даже общественных объектов. В России случаи использования деревянной черепицы редки. Заказчиками зачастую выступают состоятельные люди, стремящиеся к экологической безопасности своего жилья и желающие подчеркнуть индивидуальность постройки [13]. Наиболее яркими примерами общественных построек последнего времени с использованием деревянной черепицы могут служить гольф-клуб «Сколково» и офис интернет-компании «Яндекс» [12]. Архитектурная выразительность, соответствие современным экологическим требованиям и функциональность создают основания для применения деревянных типов кровель в объектах инфраструктуры туризма [7].

Недорогую и простую в устройстве дранку в настоящее время можно встретить лишь в глухих деревнях или музеях деревянного зодчества.

Применение новых композитных материалов увеличивает возможности строителей, однако, как показывает практика, они не способны полностью заменить древесину как кровельный материал [12]. Конкурентоспособность деревянных кровель может быть повышена в случае применения современных технологий изготовления, монтажа и предварительной обработки кровельных материалов из древесины. Так, для фиксации элементов используются оцинкованные гвозди или скобы, устанавливаемые с помощью пневмостеплера. Слой цинка на стальных элементах фиксации препятствует загниванию древесины, увеличивая срок ее эксплуатации. Существующие нетоксичные и экологически безопасные импрегнаты позволяют поддерживать желаемый цветовой оттенок кровли, защищать древесину от возгорания, гниения и воздействия насекомых на длительный срок. Доступный комплекс мер может увеличить срок ее службы до ста лет и более [9]. Кроме того, основным сырьем для изготовления драночной кровли, подвергающимся дальнейшему раскалыванию на станке, являются короткомерные остатки ствола дерева длиной от 40 до 100 см. В большинстве случаев при изготовлении пиломатериалов такие элементы отбраковываются. Воссоздание и модернизация технологии драночных кровель может в существенной мере расширить возможности использования древесины осины.

Таким образом, становится возможным создание конструкции, обладающей экологичностью, относительной долговечностью и устойчивостью к агрессивному воздействию окружающей среды, морозоустойчивостью, отсутствием конденсата в подкровельном пространстве, высокой шумо-изоляцией и теплоизоляцией, небольшой стоимостью и высокой ремонтопригодностью.

В данной связи представляется актуальным проведение дополнительного исследования по оптимизации технологии применения дранки в качестве кровельного материала, направленного на решение задач по определению наиболее рациональной формы и размеров поперечного сечения отдельных элементов, способов их крепления, обработке антисептирующими составами и антипиренами, совершенствованию технологии применения древесины осины как кровельного материала.

Решение данных вопросов будет способствовать совершенствованию деревообрабатывающего производства в области заготовки и глубокой переработки древесины осины, рациональному использованию короткомерного материала и других отходов лесопромышленного комплекса [3] с учетом экономических условий [6]. Тем самым будут созданы новые возможности, реализация которых позволит дополнить региональный рынок современным материалом для малоэтажного домостроения, отвечающим требованиям экологичности и ресурсосбережения, основным преимуществом которого по отношению к другим (рулонные материалы, металлочерепица, гибкая черепица, ондулин и т. д.) будут относительно небольшие затраты на производство при сопоставимых эксплуатационных характеристиках [10]

* Работа выполнена при поддержке Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012-2016 гг.

ASPEN WOOD AS ROOF CONSTRUCTION MATERIAL