Попытки увеличить срок службы древесины путем вымачивания ее в холодных или горячих антисептиках проводились на протяжении многих десятков лет, но не дали и не могли дать удовлетворительных результатов.
При погружении древесины не создается побудительных причин для продвижения маслянистых жидкостей в глубь лесоматериалов. При вымачивании в водных растворах антисептических солей, продвижение последних во внутренние слои древесины требует недель и даже месяцев.
Рассматриваемый нами способ обработки древесины в горяче-холодных ваннах ни в носи мере не связан с методом вымачивания лесных сортиментов, а основан на создании перепада давления снаружи и внутри древесины, обусловленного охлаждением паро-воздушной смеси и конденсации пара в полостях клеток. Величина этого перепада колеблется в пределах от 0,3 до 0,7 ати. Способ горяче-холодных ванн получил широкое распространение и принят для пропитки древесины в заводских условиях.
Основным оборудованием предприятий, работающих по этому способу, служат ванны для погружения обрабатываемых лесоматериалов. Пропиточный агрегат состоит обычно из двух ванн, соединенных между собой вспомогательным оборудованием и необходимыми трубопроводами: одна для выдержки древесины в горячей жидкости, другая для выдержки в холодной жидкости. Агрегат может состоять также из одной пропиточной ванны и двух маневренных резервуаров, заполненных один горячим, другой холодным антисептиком. В этом случае ванна должна попеременно заполняться из маневренных резервуаров либо горячим, либо холодным пропиточным раствором. В зависимости от мощности деревопропиточного завода на нем могут быть установлены один, два или три агрегата. Размеры ванн определяются исходя из длины пропитываемых лесоматериалов и габарита погружаемых в них пакетов. На стационарных установках ванны, как правило, изготовляются из бетона, на передвижных— из листового железа. Ванны оборудуются погружающими и прижимными устройствами, препятствующими всплыванию материала при обработке. Для поддержания требуемой температуры пропиточного состава ванны и маневренные резервуары снабжаются нагревательными устройствами. На предприятиях, имеющих паровые установки, для обогрева ванн применяются змеевики и калориферы, на передвижных установках электрические нагреватели и простейшие топки, гарантирующие пожарную безопасность.
Лесоматериалы со склада к установке и на склад после обработки перемещаются по рельсовой колее или бетонированной дороге, проложенной вдоль пропиточных ванн. Пакеты или контейнеры с лесоматериалами над ваннами подымаются и опускаются кранами, тельферами или другими подъемными приспособлениями. Башенные краны выполняют как транспортные, так и подъемные операции.
Деревопропиточные установки должны иметь вспомогательное оборудование для предварительного обогрева и слива поступающих цистерн с масляными антисептиками; резервуары для разведения и смешения антисептиков; резервуары для хранения пропиточных составов; жидкостные насосы и контрольно-измерительную аппаратуру.
В горяче-холодных ваннах удобно обрабатывать столбы и другие сортименты, не требующие сплошной пропитки, путем частичного их погружения. В этом случае ванны делаются в форме вертикальных открытых сверху цилиндров.
Пропитывать древесину в ваннах можно водорастворимыми или маслянистыми антисептиками. В горячей пропиточной жидкости лесные материалы или строительные детали прогреваются на значительную глубину, при этом нагревается и воздух, заключенный в порах древесины. Нагреваясь, воздух расширяется и частично удаляется, что можно наблюдать по выделяющимся из жидкости пузырькам. Одновременно, во время прогрева лесоматериалы теряют некоторую долю содержащейся в них влаги.
Таким образом, основное назначение горячей ванны — удаление части воздуха и паров воды из древесины, но не пропитка последней. По окончании прогрева лесоматериалы возможно быстрее переносят в холодный пропиточный состав или же горячий состав заменяют холодным, не вынимая древесину из ванны. При замене жидкости древесина остывает, пары воды в полостях ее клеток конденсируются, а сохранившийся воздух резко уменьшается в объеме, и в порах и капиллярах создается вакуум, обеспечивающий засасывание пропиточной жидкости.
При переносе лесоматериалов из горячей ванны в холодную происходит контакт их с воздухом. Это отрицательно влияет на качество пропитки, так как вакуум в полостях клеток прогретой древесины падает за счет засасывания наружного воздуха. Это нежелательное явление можно нейтрализовать, заменяя горячий состав на холодный без выгрузки пакета. Для этого холодный состав подается в ванну насосом снизу, а горячий удаляется через верхнюю сливную трубу.
Температура водных растворов антисептиков в горячей ванне должна быть 95—98°, в холодной 15—20°, а масляных антисептиков в горячей ванне 90—95°, в холодной 40—60°. Избыточное давление, образующееся в древесине при пропитке, пропорционально разности температур горячей и холодной ванн. С этой точки зрения нужно стремиться к максимальной температуре горячей и минимальной температуре холодной ванны. Практически это ограничивается температурой кипения воды, что относится не только к водорастворимым, но и к масляным антисептикам, ибо находящееся в них хотя и небольшое количество воды вызывает сильное вспенивание пропиточного состава. Температура холодной ванны лимитируется ростом вязкости жидкости.
Бревна, столбы, брусья и другие длинные сортименты перед погружением собирают в пакет или пучок без прокладок и зажимают специальными устройствами или связывают цепями и вместе с прижимным грузом опускают в горячую ванну. Под действием выталкивающих сил бревна стремятся всплыть, чем ослабляют плотность укладки пакета и обеспечивают омывание антисептиком каждого сортимента.
Строительные детали и короткие сортименты перед погружением укладываются в специальные контейнеры рядами, с прокладками толщиной 20—25 мм. В один контейнер укладываются детали одного сечения, одной породы и примерно одной влажности. Инструкция (И 119—56) требует перед погружением новой партии лесоматериалов проверять ареометром концентрацию раствора в ванне и сличать показания прибора с контрольным раствором заданной концентрации, который приготовляется в лаборатории весовым методом.
Рекомендуемый метод контроля не дает точных результатов и требует много времени. В 1959 году студентом дипломантом АЛТИ Фейгенбергом Б. Л. и электриком Поткиным П. А. сконструирован оригинальный прибор для измерения концентрации водорастворимых антисептиков. Прибор разработан в двух вариантах: переносном и стационарном.
Прибор состоит из двух частей: датчика и измерительного узла. Датчик исполнен в виде двух стальных пластин, к которым припаяны концы двухжильного провода. Пластинки закреплены на трубке из винилопласта, а внутри ее размещен провод. Провод датчика при помощи вилки соединен с корпусом прибора. В качестве измерительного устройства использован миллиамперметр на 1500 ма, снабженный специальной шкалой. Действие прибора основано на измерении силы тока, протекающего через растворы различной концентрации.
Шкала прибора тарируется путем подбора нагрузочных сопротивлений водных растворов антисептиков с концентрацией раствора от 0 до 3 или 5%, через каждые 0,1%.
Прибор испытывался на измерении концентрации раствора ГР 48-ф и показал вполне удовлетворительные результаты. Принципиальная схема прибора может быть применена для контроля многих минеральных и комбинированных антисептиков при наличии нескольких сменных шкал.
Количество поглощаемых водных растворов или маслянистых антисептиков зависит главным образом от содержания заболонной древесины, которая может быть пропитана на всю толщу. Ядровая и спелая древесина может быть пропитана с боковых поверхностей только на глубину 1—3 мм и с торцов 3—4 см.
Пропитка в горяче-холодной ванне допускается при влажности древесины не более 35%. При необходимости пропитывать древесину с влажностью более 35%, но не более 80% время выдержки в горячей ванне увеличивается на 1 час на каждые 20% влажности, сверх влажности древесины в 35%.
Минимальные пределы выдержки в горяче-холодной ванне и соответствующие нормы поглощения антисептиков, а также режим III антисептирования сортиментов крупных сечений установлены для элементов конструкций, подвергающихся только случайным кратковременным поверхностным увлажнениям, например для балок междуэтажных и чердачных перекрытий, прогонов стропил и т. п. Максимальные пределы выдерживания и соответствующие нормы поглощения антисептиков, а также режим IV с наколом древесины установлены для крупных элементов конструкций, подвергающихся длительным глубоким увлажнениям, например, закапываемых в грунт и соприкасающихся с влажным грунтом.
Древесные породы, у которых переводные коэффициенты поглощения менее 0,7, пропитываются антисептиками недостаточно и не могут считаться надежно защищенными от гниения. Для этих пород следует применять максимальную выдержку в ваннах, а древесину ели и пихты обязательно пропитывать с предварительным наколом.
Древесина дуба и лиственницы имеет незначительную ширину и объем заболони, а ядровая часть устойчива против гниения, поэтому эти породы можно пропитывать без накола. Пропитывать по этому способу буковые сортименты разрешается только длиной не более 0,75 м.
В рекомендованных режимах пропитки нормы поглощения водорастворимых антисептиков установлены для фтористого натрия в концентрации 3,5%.
При поглощении заболонными породами сухих солей антисептика более 3,6 кг на 1 м3 древесины концентрацию можно уменьшить до 3 или 2% с тем, чтобы суммарная норма поглощения солей была не менее 3,5 кг.
Операция накалывания осуществляется на станках специальными ножами у сортиментов толщиной до 25 мм на глубину 5—10 мм, а у более толстых и круглых на глубину 15—20 мм. Расстояние между наколами не более двойной глубины. Наколы перерезают древесные клетки и позволяют антисептику проникать не поперек, а вдоль волокон. Наколы располагают по всей поверхности, подлежащей глубокой пропитке. При пропитке телеграфных столбов или воздушных опор наколы делают только на той части, которая закапывается в землю.