李熠詩(shī)

（中建科技集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

2020 年 9 月，中國(guó)提出碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)?！吨泄仓醒腙P(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中指出，加快推動(dòng)低碳發(fā)展，發(fā)展綠色建筑，降低碳排放強(qiáng)度。在建筑的全生命周期內(nèi)，木結(jié)構(gòu)的碳排放量低于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)［1，2］。但長(zhǎng)久以來(lái)，木結(jié)構(gòu)發(fā)展受其耐久性限制，提高木結(jié)構(gòu)耐久性有助于木結(jié)構(gòu)建筑的進(jìn)一步推廣。木結(jié)構(gòu)耐久性研究相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有特殊性，實(shí)際工程中受溫度、濕度、太陽(yáng)輻射、腐朽等自然因素和生物因素的綜合影響［3，4］。合理的防護(hù)措施能延長(zhǎng)木結(jié)構(gòu)的使用壽命，并使其在一定時(shí)期保持良好外觀，在結(jié)構(gòu)與美學(xué)方面均具有良好的耐久性［5］。在實(shí)際工程中通過(guò)涂刷防護(hù)漆、藥劑處理及其他構(gòu)造措施等方法達(dá)到防水防潮、防腐、防蟲(chóng)、防紫外線等目的。本文總結(jié)了影響木結(jié)構(gòu)耐久性的因素，并結(jié)合我國(guó)木結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施進(jìn)行概述，提出我國(guó)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)防護(hù)工程中存在的問(wèn)題及改進(jìn)建議。

1 木結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素

1.1 自然環(huán)境因素

自然環(huán)境對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的作用機(jī)理比較復(fù)雜，包括日照、風(fēng)、雨、溫度等。太陽(yáng)輻射是影響木結(jié)構(gòu)建筑耐久性的重要原因之一。日照使木材發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，木材中的木質(zhì)素、纖維素及半纖維素發(fā)生降解。木材的光老化最初表現(xiàn)為表面褪色，繼而穩(wěn)定性降低，使木結(jié)構(gòu)在外觀與強(qiáng)度上均受到影響［6-8］。

木材的含水率受溫度、降水、風(fēng)等諸多因素影響，木構(gòu)件的含水率控制十分重要。木材具有濕脹干縮的特點(diǎn)，干縮形變?nèi)菀滓鹉静拈_(kāi)裂、連接失效、氣密性保溫性降低，進(jìn)而影響構(gòu)件強(qiáng)度，使木材易于腐朽發(fā)霉等，因此影響木結(jié)構(gòu)的耐久性［9］。濕脹形變一般由施工過(guò)程中的受潮引起，通常設(shè)置濕脹縫以避免平面外失穩(wěn)。此外，木材的腐朽和蟲(chóng)蛀均與木材含水率有較強(qiáng)的相關(guān)性。

1.2 生物因素

影響木結(jié)構(gòu)耐久性的生物因素包括霉菌引起的表面污染、以木腐菌為主的真菌引起的腐朽和蟲(chóng)蛀［10］。木材腐朽需要具備氧氣、一定的溫度和水分三個(gè)條件。腐朽常見(jiàn)于室外接近土壤的位置和室內(nèi)濕度大的位置，比如柱腳、屋蓋陰溝等，或由冷凝水引起的墻體內(nèi)腐朽［11］。解決木材腐朽的根本方法是干燥通風(fēng)。我國(guó)木結(jié)構(gòu)的蟲(chóng)害來(lái)源主要為白蟻蛀蝕。在高溫潮濕的南方地區(qū)，白蟻分布更為廣泛，危害更嚴(yán)重。

除了自然因素與生物因素外，木材本身的材料性質(zhì)也有差異。不同樹(shù)種的防腐性能、干縮程度、耐磨性、耐腐性以及對(duì)蟲(chóng)害抵抗力均有差別。同一樹(shù)種的心材都比邊材耐久性高［12］。

2 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)防護(hù)措施

2.1 防水防潮

設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)與生產(chǎn)控制都可以在一定程度上減緩濕度對(duì)木材的不利影響。不同的構(gòu)件種類(lèi)和不同的使用地區(qū)對(duì)含水率的要求有所差別。通常情況下，層板膠合木（GLT）的含水率設(shè)計(jì)取值為 15 % 以下，正交膠合木（CLT）的含水率設(shè)計(jì)取值為 12 % 左右［13-15］。木材順紋和橫紋的收縮率相差很大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要考慮橫紋方向的變形。通過(guò)構(gòu)件出廠含水率與木結(jié)構(gòu)所在地區(qū)的平衡含水率可計(jì)算含水率之差，從而計(jì)算變形的影響。

在施工過(guò)程中主要通過(guò)構(gòu)造措施達(dá)到排水通風(fēng)的目的。GB 50005－2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和GB 55005－2021《木結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》作出了木結(jié)構(gòu)建筑防水防潮的一般規(guī)定，適用于輕、重木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)有效利用周?chē)貏?shì)、環(huán)境，減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境中的暴露，并采取構(gòu)造措施減緩濕度對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞。木結(jié)構(gòu)防水包括屋面防水、樓地面防水、外墻防水和細(xì)節(jié)防水，采用合理的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、防水透氣膜（呼吸紙）及耐候漆等耐久性材料，可以達(dá)到排水、通風(fēng)、提高氣密性的效果。木結(jié)構(gòu)防水防潮的通用做法總結(jié)為以下幾點(diǎn)。

1）利用建筑物外形、泛水材料、坡度設(shè)計(jì)等避免積水，使雨水偏離建筑物表面，促進(jìn)局部排水，例如屋面挑檐和集水裝置的設(shè)計(jì)。

2）不應(yīng)將木構(gòu)件與土壤、砌體、混凝土直接接觸。在桁架和大梁支座下、木結(jié)構(gòu)構(gòu)件與混凝土等的接觸面應(yīng)設(shè)置防潮層，木柱下設(shè)置柱墩或墊板，不應(yīng)將木構(gòu)件直接封閉在墻體中、澆筑在混凝土或砌入砌體中。

3）木結(jié)構(gòu)隱蔽部位應(yīng)設(shè)置通風(fēng)孔洞。

GB/T 50708－2012《膠合木結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了膠合木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的構(gòu)造措施，主要包括防潮層或預(yù)留縫隙的設(shè)置、懸挑屋面坡度、外露結(jié)構(gòu)構(gòu)件的金屬蓋板保護(hù)或防腐處理等。DG/TJ08－2059－2009《輕型木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)規(guī)程》（上海市工程建設(shè)規(guī)范）對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)的防水防潮構(gòu)造作出規(guī)定，包括基礎(chǔ)、地下室、架空層、墻體、門(mén)窗、屋面、屋頂露臺(tái)及陽(yáng)臺(tái)防水。GB/T 50772－2012《木結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行樓蓋、屋蓋、節(jié)點(diǎn)等細(xì)節(jié)補(bǔ)充。GB 50206－2012《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定了木材含水率的檢驗(yàn)方法。

2.2 防腐

木結(jié)構(gòu)的防腐主要根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限、使用環(huán)境及木材材料性質(zhì)確定是否使用防腐木、防腐劑種類(lèi)及處理方法。目前，市場(chǎng)上的防腐木材主要有三種：化學(xué)防腐木、深度炭化木和純天然防腐木。其中，大多數(shù)木材采用化學(xué)防腐，它通過(guò)破壞造成木材腐爛的細(xì)菌及蟲(chóng)類(lèi)的生存環(huán)境，達(dá)到防腐的效果。常用的防腐劑包括銅鉻砷（CCA）防腐劑、氨溶烷基胺銅（ACQ）防腐劑、銅唑（CA）防腐劑等，其中，CCA 防腐劑由于含有砷、鉻等成分，毒性較大，現(xiàn)已被歐盟、美國(guó)等國(guó)家禁用，目前全球使用最廣泛的防腐劑是 ACQ 防腐劑［16，17］。木材防腐處理方法分為常壓法和壓力浸注法。常壓法又針對(duì)干燥與未干燥木材分為涂刷法、噴霧法、噴淋法、浸漬法、冷熱槽法及擴(kuò)散法。根據(jù)使用環(huán)境不同，按載藥量與透入度的要求采取相應(yīng)的處理方法［18］。在處理前構(gòu)件應(yīng)加工成最終尺寸，并進(jìn)行去皮、干燥、刻痕等預(yù)處理，以保證防腐效果。

GB 50005－2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了防腐木的應(yīng)用場(chǎng)景，并提出應(yīng)避免防腐劑引起金屬連接件的腐蝕，采用熱浸鍍鋅或不銹鋼產(chǎn)品。GB 55005－2021《木結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》除了對(duì)防腐木應(yīng)用的環(huán)境條件做出明確規(guī)定外，還對(duì)木結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)連接件、緊固件的鍍鋅層厚度、質(zhì)量等防腐保護(hù)做出具體規(guī)定。GB/T 27654－2011《木材防腐劑》規(guī)定了藥劑配方和技術(shù)指標(biāo)，適用于木材防腐劑的生產(chǎn)及使用。GB 50206－2012《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)防腐木中藥劑的保持量和透入度作出規(guī)定。LY/T 3228－2020《加壓防腐處理膠合木》彌補(bǔ)了防腐膠合木質(zhì)量管理的欠缺，將防腐加壓處理膠合木使用環(huán)境分為五類(lèi)，對(duì)含水率、載藥量、透入度等作出明確規(guī)定。

2.3 防蟲(chóng)蛀

白蟻的防治應(yīng)以“預(yù)防為主，防治結(jié)合，綜合治理”為原則。GB 50005－2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》根據(jù)木結(jié)構(gòu)建筑白蟻危害程度將不同地區(qū)分為四個(gè)危害區(qū)域等級(jí)，根據(jù)不同區(qū)域等級(jí)采取不同措施。JGJ/245－2011《房屋白蟻預(yù)防工程技術(shù)規(guī)程》對(duì)白蟻預(yù)防工程的構(gòu)造設(shè)計(jì)、施工方法、檢測(cè)控制作出了技術(shù)規(guī)定。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)木結(jié)構(gòu)防護(hù)的研究?jī)?nèi)容包括光穩(wěn)定劑、保護(hù)涂層、無(wú)機(jī)金屬化合物和生物基防水劑處理木材、木材的化學(xué)改性、木材熱改性及木材與木材表面熱固性樹(shù)脂、糠醇和 DMDHEU 的改性等［19，20］。在大體量工程中能夠成熟應(yīng)用的技術(shù)還很有限，因?yàn)樾碌募夹g(shù)應(yīng)用涉及成本核算、環(huán)境影響評(píng)估、規(guī)?；a(chǎn)可行性研究等多方面因素［21］。目前仍以表面涂刷耐候漆及傳統(tǒng)防腐劑防腐防蟲(chóng)處理為主，并加以維護(hù)。

3 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)防護(hù)在工程中存在的問(wèn)題

大多數(shù)情況下，膠合木構(gòu)件無(wú)需加壓防腐處理。但當(dāng)使用環(huán)境容易使構(gòu)件腐朽時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行加壓防腐處理。加壓防腐膠合木處理方法分為兩種，即先將層板構(gòu)件膠合然后防腐，或先防腐處理，干燥后再進(jìn)行膠合。采用先膠合后防腐時(shí)，橋梁、室外大跨構(gòu)筑物等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐處理容易受設(shè)備的限制，且采用水性防腐劑時(shí)構(gòu)件處理后很容易變形。GB/T 50708－2012《膠合木結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)使用水溶性防腐劑時(shí)，不得采用先膠合后處理的方式。我國(guó)防腐木企業(yè)銷(xiāo)售的防腐膠合木大多數(shù)是對(duì)進(jìn)口膠合木進(jìn)行防腐處理，因此大多數(shù)為先膠合后處理。采用先防腐后膠合時(shí)，防腐效果更好，但加工成本高，工序較復(fù)雜。防腐劑種類(lèi)、木材種類(lèi)、膠黏劑種類(lèi)及處理工藝會(huì)影響膠合木的界面粘結(jié)性能［22-25］，同時(shí)影響力學(xué)性能［26］。LY/T 3228－2020《加壓防腐處理膠合木》對(duì)膠合木的防腐質(zhì)量作出具體要求，對(duì)規(guī)范防腐膠合木的行業(yè)發(fā)展具有積極作用。

國(guó)外對(duì)防腐木工程中的五金件尤其是緊固件防腐的研究較早，在 CCA 防腐劑被禁用后，緊固件等的腐蝕問(wèn)題更加突出。緊固件的腐蝕會(huì)降低連接強(qiáng)度，同時(shí)還會(huì)使其周?chē)静膹?qiáng)度降低［27］。已有研究針對(duì)不同防腐劑處理的木材，在 PH 值、氧氣、水分、溫度及鹽類(lèi)物質(zhì)等為控制條件下，比較不同類(lèi)型緊固件的腐蝕反應(yīng)，提出防腐木金屬緊固件的使用壽命模型和設(shè)計(jì)程序［28－31］。預(yù)測(cè)氣候條件的影響，提出適用于現(xiàn)代可靠性工程設(shè)計(jì)規(guī)范的木結(jié)構(gòu)金屬緊固件設(shè)計(jì)方法，并對(duì)五金件或防腐劑新產(chǎn)品的評(píng)估提出了電化學(xué)腐蝕試驗(yàn)方法等。目前，降低五金件尤其是緊固件腐蝕性的措施包括隔離法和電化學(xué)保護(hù)法。國(guó)內(nèi)開(kāi)始逐漸重視木結(jié)構(gòu)工程中五金件與含銅防腐劑間的反應(yīng)：最新發(fā)布的 GB 55005－2021《木結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》相對(duì)于 GB 50005－2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和 JG/T 489－2015《防腐木結(jié)構(gòu)用金屬連接件》對(duì)鍍鋅層的具體要求作出進(jìn)一步規(guī)定。

4 結(jié)語(yǔ)

木結(jié)構(gòu)的耐久性不良是制約其發(fā)展的重要原因之一。完善現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)，并將傳統(tǒng)建筑材料與現(xiàn)代綠色建材有機(jī)結(jié)合，是擴(kuò)展木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用的重要手段。我國(guó)加壓防腐膠合木的制作工藝仍然有待完善，高耐久性的防腐木連接件、緊固件等產(chǎn)品的深入開(kāi)發(fā)對(duì)木結(jié)構(gòu)耐久性的提升具有重要作用。對(duì)工程中的防腐膠合木與防腐木緊固件應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督管理。綠色建材在政策環(huán)境與使用需求的推動(dòng)下大力發(fā)展，包括生物質(zhì)復(fù)合材料、光伏儲(chǔ)能產(chǎn)品、綠色保溫材料、建筑節(jié)能玻璃等。利用木結(jié)構(gòu)的材料特性，使現(xiàn)代綠色建材與木結(jié)構(gòu)形成結(jié)構(gòu)、裝飾、防水、產(chǎn)能、保溫隔熱、隔聲等一體化設(shè)計(jì)，研究節(jié)點(diǎn)裝配工藝，優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)，是提高木結(jié)構(gòu)建筑接受度與推廣度的有效途徑。