Консервирование древесины

Ежегодно американские железные дороги расходуют громадное количество лесоматериалов на содержание путей, зданий и оборудования. За пятилетний период, было пропитано всего 148 566 560 шпал, что составляет в среднем около 30 000 000 шпал в год, пропитываемых для смены на железнодорожных путях США. За это же время на всех шпалопропиточных заводах страны было пропитано около 14 500 мг переводных брусьев.
Совершенно очевидно, что, кроме шпал, дорогам требуется огромное количество бревен и свай для постройки и ремонта причалов, эстакад, мостов и зданий. Анкета по шпалам, разосланная Комитетом AREA, показала, как это видно из полученных ответов, что на 70 железных дорогах 1-го класса протяжение эстакад составляло всего 1780 214 лг, или 2 780 км. Кроме того, железным дорогам нужен лес на сваи, столбы для оград, вагонные брусья и для многих других целей.
Значение проблемы продления срока службы всех этих лесоматериалов станет очевидным, если учесть, что стоимость лесопродуктов составляет самую большую статью расхода в содержании железнодорожных обустройств. Пропитка древесины является единственно практически возможным средством предохранения ее от гниения, от порчи насекомыми или морским древоточцем.
Вместе с тем широко применяется и обработка леса для предохранения его от возгорания. Одни и те же химические составы обычно содержат вещества, одновременно предохраняющие древесину от гниения и порчи термитами. Обработке для предохранения от возгорания подвергаются балки и стропила паровозных депо и других зданий, где в связи с характером их использования может возникнуть опасность пожара.

Продление срока службы шпал.

На железнодорожных линиях первой категории в США и Канаде протяжением 505 306 км было уложено всего 1 136 230 346 шпал. Для ежегодной смены требуется в США 29 409 740 шпал и в Канаде — 7 000 000 шпал. Более 98% шпал, укладываемых в США для замены негодных, пропитаны в соответствии с типовой технологией пропитки, рекомендованной AREA. Примерно такой же процент пропитанных шпал укладывается на железных дорогах Канады.
Количество сменяемых шпал на железных дорогах США за пятилетний период,  составило в среднем 56 шт. на 1 км пути в год. Иначе говоря, за тот же пятилетний период было заменено около 3% всего количества шпал, лежащих в пути. Из этих цифр можно установить, что средний срок службы шпал на железных дорогах США составляет около 30 лет.
Гниение шпал стало иметь менее важное значение. Пропитка шпал для предохранения от гниения оказалась настолько эффективной, что в настоящее время на хорошо содержимом пути лишь незначительный процент шпал выходит из строя по гнилости. Т. А. Блэр (Т. A. Blair), главный инженер железной дороги Санта-Фе, в своем докладе  на заседании Американского общества по консервированию древесины, привел результаты проведенного управлением этой дороги исследования причин выхода шпал. Общее количество шпал, изъятых из пути за один год, составило 80 362 шт. Причины замены этих шпал были тщательно изучены; их можно подразделить следующим образом:

Таким образом, пропитанные шпалы выходят главным образом вследствие механического износа, а не по гнилости. Более того, пропитка уменьшает механический износ шпал и количество изломов, так как здоровая древесина сохраняет свою первоначальную прочность, тогда как при загнивании, даже в ранней стадии, когда его невозможно обнаружить по внешним признакам, всегда нарушается прочность древесины.
Продление в результате пропитки срока службы шпал и деревянных конструкций приносит дорогам значительную экономию. В. И. Бартон (W. J. Burton) в докладе, озаглавленном «Пропитка древесины на ж. д. Миссури — Тихоокеанская» и представленном Американскому обществу по консервированию древесины, указывает, что эта дорога экономит более 2 млн. шпал в год и более 2,5 млн. долларов в год на применении только пропитанных шпал.
Срок службы непропитанной шпалы, изготовленной из пород леса, применяемых в настоящее время для заготовки шпал, составляет, по-видимому, не более 5 лет, а во многих случаях и менее. Таким образом, пропитанная шпала служит в 5 раз дольше непропитанной. Более того, посредством пропитки сберегается не только древесина, расходуемая в противном случае для более частой замены шпал, но также и стоимость рабочей силы на четырехкратную замену. Пропитка оказалась также мощным средством сбережения леса, поскольку одно дерево выполняет работу взамен нескольких.
Другим преимуществом, получаемым при пропитке, является возможность экономичного применения леса мягких пород, которые без пропитки могли бы применяться только для временных сооружений. Многие из этих пород леса обладают прекрасными строительными качествами, но, будучи непропитанными, они теряют в длительности срока службы и не могут гарантировать возможность их применения в местах, где дерево подвергается гниению или действию других агентов, разрушающих древесину. Однако они хорошо поддаются пропитке и при правильном ее применении оказываются значительно более долговечными, чем наиболее прочные породы леса, применяемые без пропитки.
Когда железные дороги начали впервые применять пропитку древесины, леса было в разных районах страны много и древесина была дешева. Поэтому не было особого стимула в применении пропитки, поскольку она предназначалась для продления срока службы шпалы или элементов мостовых конструкций. Тем не менее необходимость снижения затрат на рабочую силу, требующуюся для частой замены шпал, полностью оправдывала применение пропитки. По мере того, как возможность пополнения запасов древесины становилась все более ограниченной, задача продления срока службы древесины делалась более важной.

Экономия, получаемая при применении пропитанной древесины.

Относительная экономия, получаемая при применении двух различных материалов, определяется сравнением ежегодных затрат на содержание изготовленных из них изделий. Ежегодные затраты слагаются из годовых отчислений, необходимых для покрытия суммы, израсходованной на приобретение изделия, с учетом процентов на затраченный капитал, рассчитанных на количество лет, соответствующих сроку службы изделия. Иначе говоря, это годовая стоимость содержания изделия, когда сумма, затраченная на его приобретение и установку, взята под проценты и исчисляется по следующей формуле:

где А — ежегодные затраты на капитал;
Р — стоимость изделия в деле;
г — размер процентных отчислений;
п — ожидаемый срок службы в годах.
В приведенной ниже таблице даются вычисленные по этой формуле размеры ежегодных затрат на каждый доллар капиталовложений для различных сроков службы изделий, исчисленные по трем шкалам процентных отчислений.
Ежегодные затраты на единицу капиталовложений на изделие в деле (в долларах)

Расчет ежегодных затрат показан на следующем примере.
Предположим, что пропитанная креозотом шпала стоит с укладкой на место 5 долларов и имеет срок службы 30 лет, а процентные отчисления на капитал составляют 4%.
Ежегодные затраты на 1 доллар капиталовложений в этом случае составят, как видно из таблицы, 0,0578 доллара, или на капитал в 5 долларов в 5 раз больше, т. е. 0,29 доллара.
Цифры в приведенной выше таблице можно получить также, применяя следующую формулу И. Д. Маклина (J. D. Mack-Lean) , позволяющую вычислить увеличение стоимости в процентах непропитанной древесины, срок службы которой продлен на определенный заданный промежуток времени:
где Р'—стоимость в % непропитанной древесины, ожидаемый срок службы которой продлен вместо т до т' лет;
Аи — ежегодные отчисления в течение m лет;
At — ежегодные отчисления в течение т' лет.

Возможный срок службы шпал.

Приведенный на рис. 1 график дает возможность приближенно определить ожидаемое количество подлежащих смене шпал и возможный средний срок их службы, после того, как эти данные удалось установить для небольшой партии шпал. В течение многих лет лаборатория лесных материалов вместе с железными дорогами собирала по всей стране сведения о наибольших сроках службы шпал на опытных участках пути. График построен на основании этих данных.
Способ пользования графиком можно пояснить на следующем примере. Предположим, что 20% шпал из какой- либо партии было заменено через 21 год их службы. Горизонтальная линия, соответствующая 20% смены, пересекается с вертикальной линией, соответствующей 21 году службы, на половине расстояния по горизонтали между диагоналями, соответствующими 28 и 29 годам среднего срока службы. Точка пересечения, таким образом, соответствует среднему сроку службы в 28,5 лет.
Для вычисления объема последующей смены предположим, что вся партия состоит из 1 500 шпал и что 20% из этой партии было заменено через 21 год. Ожидаемый процент смены на 24-й год службы всей партии шпал найдется, если на вертикальной линии, соответствующей 24 годам службы, найти точку пересечения с диагоналями, соответствующими средним срокам службы в 28 и 29 лет.

Рис. 1. График для определения срока службы шпал, составленный лабораторией лесных материалов США. Диагональные линии показывают средний срок службы шпал, обозначенный соответствующими цифрами
Поделив вертикальное расстояние между этими диагоналями пополам и спроектировав полученную точку на ось эрдинат, получим объем ожидаемой смены около 34%, или 510 шпал; вычитая смененные ранее 20%, или 300 шпал, получим 210 шпал, подлежащих замене к 24-му году их эксплуатации.
Точно так же, найдя на вертикальной линии, соответствующей 28-му году эксплуатации шпал, середину расстояния между диагоналями 28 и 29 и снеся полученную точку на ось ординат, найдем, что к этому сроку подлежит замене 62% всех шпал в партии, или 930 шт. Срок выхода всех шпал в партии найдется, если на верхней оси найти точку между диагоналями 28 и 29 и спроектировать ее на ось абсцисс. Оказывается, что практически все шпалы из рассматриваемой партии со средним сроком службы в 28,5 лет будут заменены полностью только через 51,5 года.
Консервирование древесины заключается в предохранении бревен или других лесоматериалов от гниения, повреждения термитами или морским шашнем пропиткой их ядовитыми химическими веществами. Кроме того, древесине можно придать невозгораемость пропиткой ее специальными химическими составами, большинство из которых содержит в своем составе также вещества, препятствующие гниению.

РЕКОМЕНДАЦИЯ AREA

Следующие общие положения, касающиеся консервирования древесины, одобрены AREA
Все лесные материалы, подверженные гниению или повреждению организмами, разрушающими древесину, если они не имеют естественной защиты против разрушительного действия этих организмов, подлежат консервирующей обработке, что дает экономию в ежегодных затратах на содержании обработанного таким образом леса. Наибольшая экономия получается при тщательном выборе антисептиков, правильном назначении способа пропитки и при условии предохранения пропитанных изделий от повреждений. Для обеспечения хорошего качества пропитки необходим компетентный инспекторский надзор за работами.
Ядровая древесина большинства твердых лесных пород не принимает пропитывающих составов, тем не менее срок их службы заметно увеличивается после обработки химикатами, хотя глубина их проникания в дерево невелика.
Консервирующая обработка не может восстановить прочность древесины, утраченную вследствие наличия у дерева пороков любого вида: отсюда следует, что только древесина, свободная от таких пороков, которые могли бы сделать ее непригодной к употреблению, может с успехом подвергаться пропитке.
До пропитки древесина требует специальной предварительной подготовки, в результате которой она приобретает способность принимать антисептики без снижения своей прочности. Там, где это возможно, древесина подвергается воздушной сушке. Если времени для воздушной сушки недостаточно или когда пропитке подлежат крупные изделия, длительная воздушная сушка которых в некоторых районах невозможна без сильного растрескивания древесины, применяется искусственная сушка.
Прогрев паром применяется для тех пород леса, которые не подвергаются интенсивному растрескиванию или короблению под действием высоких температур. Пропаривание применяется при обработке дугласовой сосны как с побережья, так и из горных долин, западного хемлока и лиственницы только при пропитке их растворами солей.