СЕЗОННА ПОВЕДІНКА ДЕРЕВИНИ

Гігроскопічність деревини — це її здатність поглинати та віддавати вологу з навколишнього середовища. Ця властивість є ключовою для розуміння сезонної поведінки матеріалу. Деревина прагне досягти рівноважної вологості з повітрям, що оточує її. В умовах України, де сезонні коливання вологості та температури є значними (від 30% взимку до 90% влітку), деревина постійно адаптується. При поглинанні вологи вона розбухає, а при її віддачі — всихає, що призводить до зміни її розмірів та форми.

Анізотропність, у свою чергу, означає, що властивості деревини, включаючи деформацію від зміни вологості, відрізняються залежно від напрямку волокон. Найбільші зміни розмірів відбуваються в тангенціальному напрямку (до 10%), менші — в радіальному (до 5%), і практично відсутні вздовж волокон (до 0.1-0.3%). Ці відмінності в деформаціях можуть спричиняти внутрішні напруження, жолоблення та розтріскування, якщо матеріал не був належним чином підготовлений або якщо конструкції не передбачають компенсації цих рухів. Наприклад, для сосни звичайної (Pinus sylvestris) коефіцієнт тангенціальної усадки може сягати 0.25-0.3% на кожен відсоток зміни вологості, тоді як радіальної — 0.15-0.2%. Стандарт ДСТУ Б В.2.6-189:2013 'Дерев'яні конструкції. Загальні положення' вимагає врахування цих деформацій при проєктуванні. Неправильне врахування гігроскопічності та анізотропності може призвести до структурних дефектів, зниження експлуатаційних характеристик та скорочення терміну служби будівлі.

Це особливо критично для зовнішніх елементів будівель, таких як монтаж даху, де перепади температур та вологості найінтенсивніші. Відповідно, вибір правильного типу деревини та її обробки, а також інженерно-продумане проєктування вузлів, що здатні 'дихати', є ключовими для забезпечення стабільності та довговічності дерев'яних конструкцій. Контроль початкової вологості деревини (оптимально 12±2%) перед монтажем значно знижує ризики подальших значних деформацій.

Клеєний брус, або Glued Laminated Timber (GLT), класу міцності GL24h, є одним з найбільш ефективних рішень для мінімізації сезонної поведінки деревини. Його виробництво відбувається згідно з європейським стандартом EN 14080:2013 'Дерев'яні конструкції. Клеєний ламінований брус. Вимоги'. Ця технологія передбачає склеювання окремих ламелей (струганих дощок) у паралельно-волоконному напрямку під високим тиском з використанням водостійких клеїв (наприклад, меламіно-сечовино-формальдегідних або поліуретанових). Кожна ламель перед склеюванням проходить ретельний відбір, сушку до контрольованої вологості (зазвичай 10-12%) та калібрування.

Основна перевага клеєного бруса полягає у його значно вищій стабільності розмірів порівняно з цільною деревиною. Завдяки багатошаровій структурі та різноспрямованому розташуванню річних кілець ламелей, внутрішні напруження, що виникають при зміні вологості, ефективно компенсуються. Це мінімізує ризики жолоблення, розтріскування та усадки. Клас GL24h вказує на мінімальну характеристичну міцність на вигин 24 Н/мм², що підтверджує його високі несучі здібності. Коефіцієнт лінійного розширення клеєного бруса в поперечному напрямку при зміні вологості може бути в 2-3 рази меншим, ніж у суцільної деревини, що робить його ідеальним для будинків з клеєного бруса, де важлива геометрична стабільність.

Процес сушки ламелей до низької вологості значно знижує подальші зміни розмірів під впливом експлуатаційних умов. Крім того, завдяки відсутності великих дефектів (сучків, тріщин) та гомогенності матеріалу, клеєний брус демонструє вищу стійкість до біологічного руйнування та дозволяє створювати елементи великих перерізів та довжини без необхідності використання стовбурів великого діаметра. Це значно розширює архітектурні можливості та забезпечує довговічність конструкцій. Застосування клеєного бруса GL24h є еталонним рішенням для сучасного дерев'яного будівництва, особливо в регіонах з вираженими сезонними змінами.

Правильне проєктування вузлів кріплення є критично важливим для забезпечення структурної цілісності та довговічності дерев'яних конструкцій, особливо в контексті сезонних змін деревини. Оскільки деревина розширюється та стискається, статичні, 'жорсткі' вузли можуть створювати надмірні напруження, що призводять до розтріскування, деформацій та ослаблення з'єднань. Тому сучасні підходи до проєктування передбачають використання 'дихаючих' або деформаційних вузлів, які дозволяють елементам вільно рухатись у певних напрямках, компенсуючи зміну розмірів.

Це досягається за допомогою декількох інженерних рішень: використання спеціальних металевих кріплень з овальними отворами для болтів або шпильок, що дозволяють незначні лінійні переміщення; застосування пружинних елементів або компенсаційних прокладок; а також впровадження прихованих кріплень, які візуально не порушують естетику, але функціонально забезпечують рухливість. Наприклад, у вертикальних елементах, таких як стійки з клеєного бруса, можна використовувати розсувні опори, що дозволяють контрольовану усадку. Для з'єднань балок та колон часто застосовують кріплення типу 'ластівчин хвіст' або металеві пластини з подовженими прорізами, які забезпечують необхідний люфт.

Прикладом детального розбору вузла може слугувати з'єднання стіни з фундаментом або з'єднання кроквяної системи з мауерлатом. У цих вузлах важливо передбачити не тільки міцність, але й можливість контрольованого ковзання або обертання елементів. Для зовнішніх вузлів, що піддаються прямому впливу опадів, необхідно використовувати спеціальні гідроізоляційні мембрани або герметики, що зберігають еластичність протягом усього терміну служби. ДБН В.2.6-161:2010 'Конструкції будинків і споруд. Дерев'яні конструкції' містить вимоги до проєктування вузлів, що враховують температурно-вологісні деформації. Вибір типу кріплення та його конструкції повинен базуватися на розрахункових навантаженнях, розмірах елементів, типі деревини та очікуваному діапазоні температурно-вологісних змін в регіоні, наприклад, для будинків у стилі Фахверк, де деревина відіграє ключову естетичну та структурну роль.

Повітронепроникність оболонки будівлі, що вимірюється показником n50 (кратність повітрообміну за 1 годину при перепаді тиску 50 Па), є одним з найважливіших параметрів для забезпечення енергоефективності та комфорту внутрішнього мікроклімату. Сезонна поведінка деревини, зокрема її усадка та розбухання, може суттєво впливати на цей показник. Усадка деревини в холодний, сухий період року призводить до утворення мікрощілин у стиках та вузлах, що раніше були герметичними, тоді як розбухання у вологий період може призвести до надмірного стиснення ущільнювачів та їх пошкодження або, навпаки, закриття щілин.

Це особливо актуально для традиційних дерев'яних будинків з масиву дерева або профільованого бруса, де велика кількість стиків є потенційними шляхами для неконтрольованого проникнення повітря. В будівлях з клеєного бруса, завдяки його високій геометричній стабільності, ці ризики значно знижуються, але не усуваються повністю. Навіть незначні деформації можуть порушити цілісність паро- та повітроізоляційних шарів, збільшуючи показник n50 та призводячи до значних втрат тепла через інфільтрацію.

Для досягнення високих стандартів повітронепроникності, таких як показник для будівель класу Passive House (n50 < 0.6 h⁻¹), критично важливо використовувати комплексний підхід. Це включає застосування високоякісних паро- та повітронепроникних мембран, ретельне проклеювання стиків та швів спеціальними стрічками, а також використання еластичних ущільнювачів у всіх деформаційних швах та вузлах. Важливим етапом є проведення аеродинамічних випробувань (Blower Door Test) після завершення теплового контуру для виявлення та усунення всіх можливих витоків. Забезпечення високої повітронепроникності дозволяє ефективніше працювати системам рекуперації тепла, таким як система вентиляції з рекуперацією, що є основою для будівництва енергоефективних будівель в Україні.

Український клімат характеризується значними сезонними коливаннями температури та вологості, що створює особливі виклики для дерев'яного будівництва. Для забезпечення довговічності та стабільності конструкцій необхідно інтегрувати комплексні заходи на всіх етапах життєвого циклу будівлі.

1. Вибір матеріалу: Пріоритет слід надавати інженерним дерев'яним матеріалам, таким як клеєний брус GL24h або CLT-панелі, які мають контрольовану вологість та високу стабільність розмірів. Це знижує первинні деформації та утворення тріщин. Для України оптимальна початкова вологість деревини для несучих конструкцій становить 12±2%.
2. Проєктування та деталізація вузлів: Застосовуйте 'плаваючі' або деформаційні вузли кріплення, що дозволяють елементам незначні рухи. Використовуйте металеві кріплення з антикорозійним покриттям (гаряче цинкування, нержавіюча сталь) та обов'язково забезпечуйте захист торців деревини від прямого впливу вологи.
3. Захист деревини: Застосування системних рішень для захисту деревини включає: антисептичні просочення для захисту від біологічних уражень (грибки, комахи), вогнезахисні покриття (згідно з ДБН В.1.1-7:2016 'Пожежна безпека об'єктів будівництва') та водовідштовхувальні фінішні покриття (лаки, фарби, масла) з УФ-фільтрами.
4. Гідро- та пароізоляція: Всі зовнішні огороджувальні конструкції повинні мати безперервний контур гідро- та пароізоляції. Важливо забезпечити правильне перекриття мембран та якісне проклеювання швів спеціальними стрічками, які зберігають еластичність при температурних коливаннях.
5. Вентиляція конструкцій: Забезпечення вентильованих зазорів у стінах та покрівлях запобігає накопиченню конденсату та підтримує деревину в сухому стані. Це критично для довговічності. Зазори повинні бути не менше 20-40 мм.
6. Монтаж: Суворе дотримання технології монтажу, використання якісних кріплень та матеріалів для герметизації, а також контроль вологості деревини безпосередньо на будівельному майданчику є запорукою успіху. Наприклад, вологість клеєного бруса при монтажі не повинна перевищувати 15%.

Дотримання цих рекомендацій дозволить звести до мінімуму ризики, пов'язані із сезонною поведінкою деревини, та значно продовжити термін експлуатації дерев'яних будівель, зберігаючи їхню естетику та енергоефективність.

Для наочного розуміння переваг інженерної деревини в контексті сезонної поведінки, розглянемо порівняльну таблицю ключових характеристик традиційної суцільної деревини та клеєного бруса GL24h, що стосуються їх стабільності та деформацій.

Як видно з таблиці, клеєний брус GL24h демонструє значно вищу стабільність розмірів та меншу схильність до деформацій порівняно зі звичайною деревиною. Це досягається завдяки контрольованій вологості ламелей, багатошаровій структурі, яка нівелює анізотропність, та використанню якісних клеїв. Ці переваги безпосередньо впливають на довговічність конструкції, її теплотехнічні характеристики та здатність підтримувати високий рівень повітронепроникності протягом усього терміну експлуатації. Інвестиції в клеєний брус окупаються зниженням експлуатаційних витрат та вищим комфортом проживання.

Після завершення будівництва, сезонна поведінка деревини не припиняється, але її вплив значно зменшується завдяки правильно спроєктованим та збудованим конструкціям. Однак для підтримки оптимальних експлуатаційних характеристик дерев'яної будівлі необхідний належний догляд та регулярний моніторинг. Це особливо важливо в умовах українського клімату, де перепади температур і вологості можуть бути екстремальними.

Ключові аспекти експлуатації та догляду включають:

1. Підтримка оптимального мікроклімату: Всередині приміщення необхідно підтримувати відносну вологість повітря в діапазоні 40-60% та температуру 18-24°C. Це запобігає надмірному всиханню або зволоженню внутрішніх дерев'яних елементів. Ефективна система вентиляції з рекуперацією тепла відіграє тут ключову роль, забезпечуючи постійний обмін повітря без значних втрат енергії.
2. Регулярний огляд: Щорічний візуальний огляд зовнішніх дерев'яних поверхонь та вузлів кріплення дозволяє вчасно виявити будь-які ознаки деформацій, розтріскування або пошкоджень захисного покриття. Особливу увагу слід приділяти торцям балок, кутовим з'єднанням та ділянкам, схильним до прямого контакту з вологою.
3. Відновлення захисних покриттів: Захисні лакофарбові або масляні покриття мають обмежений термін служби. Зазвичай їх необхідно оновлювати кожні 3-7 років, залежно від типу покриття та інтенсивності впливу зовнішніх факторів. Це запобігає проникненню вологи в структуру деревини та її руйнуванню УФ-випромінюванням.
4. Захист від води: Переконайтеся, що всі водостоки, жолоби та дренажні системи функціонують належним чином, відводячи воду від стін та фундаменту. Регулярно очищайте їх від сміття та листя, щоб запобігти застою води.
5. Контроль за повітронепроникністю: Якщо були виявлені ознаки підвищеної інфільтрації (наприклад, протяги), може знадобитися повторний Blower Door Test та усунення виявлених щілин за допомогою еластичних герметиків або спеціальних стрічок. Збереження низького n50 є запорукою енергоефективності будівлі.
6. Управління навколишньою територією: Підтримуйте чистоту навколо будинку, уникайте нагромадження рослинності біля стін, що може створювати тінь та сприяти накопиченню вологи. Правильний ландшафтний дизайн також має значення для мікроклімату.

Дотримання цих простих, але ефективних рекомендацій дозволить значно подовжити термін служби дерев'яної будівлі та зберегти її початкові характеристики протягом десятиліть.