木結(jié)構(gòu)建筑用材防霉方法的現(xiàn)狀
2022年02月24日 更新
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木結(jié)構(gòu)建筑在我國有著悠久的歷史，早在3500年前[1]，我國就以木材作為主要的建筑材料，并形成了用榫卯連接梁柱的木結(jié)構(gòu)體系，僅從《阿房宮賦》中“蜀山兀，阿房出”，便可想象出我國古代木結(jié)構(gòu)的壯闊景象。十九世紀(jì)末，隨著列強(qiáng)入侵，封建制度瓦解，西方科學(xué)技術(shù)逐漸傳入我國，梁柱體系由于用料大、跨度有限、形式單一等缺點(diǎn)逐漸被鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系、磚墻支撐木桁架體系、鋼結(jié)構(gòu)體系等結(jié)構(gòu)代替[2]。20世紀(jì)80年代，我國出現(xiàn)了林業(yè)資源匾乏的狀況，可用于木結(jié)構(gòu)建筑的木材資源短缺，木結(jié)構(gòu)建筑因此停滯發(fā)展20余年。2000年以來，隨著中國加入世貿(mào)組織，優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)用材進(jìn)口成本下降，流行于北美的輕型木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)入國民視野，逐漸受到人們的關(guān)注和追捧[3]。
1 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展優(yōu)勢
1.1 材料性能優(yōu)良
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們環(huán)保意識(shí)的提高，環(huán)境問題和資源問題逐漸受到重視。建筑業(yè)是目前耗能最大的產(chǎn)業(yè)[4]，建筑節(jié)能、綠色建筑已成為建筑業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。木結(jié)構(gòu)建筑因具有使用壽命長、施工簡易、冬暖夏涼、抗震防火等特點(diǎn)，符合綠色建筑的發(fā)展要求[5]。
1.2 木結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展
隨著科技的發(fā)展，木結(jié)構(gòu)打破了自身跨度小、用材大的缺點(diǎn)，在用料和構(gòu)造方面有了很大的突破。例如，英屬哥倫比亞大學(xué)宣布將在2019年建造完成高度為53米、層數(shù)為18層的全木結(jié)構(gòu)大樓，該建筑對環(huán)保的貢獻(xiàn)相當(dāng)于每年從馬路上減少480輛車的污染。
1.3 國家政策的支持
近年來，國家開始關(guān)注木結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢，并出臺(tái)相應(yīng)政策支持木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展 [6]。2013年1月，在國家發(fā)展改革委、住宅城鄉(xiāng)建設(shè)部制訂的《綠色建筑行動(dòng)方案》中指出要切實(shí)抓好建筑的節(jié)能工作，加快綠色建筑相關(guān)技術(shù)研發(fā)推廣，大力發(fā)展綠色建材。2015年9月，工業(yè)和信息化部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)
布《促進(jìn)綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用行動(dòng)方案》，方案中明確指出大力發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑，促進(jìn)城鎮(zhèn)木結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用，推進(jìn)多層木-鋼、木-混凝土混合結(jié)構(gòu)建筑，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的農(nóng)村自建住宅、新農(nóng)村居民點(diǎn)建設(shè)中重點(diǎn)推進(jìn)木結(jié)構(gòu)農(nóng)房建設(shè)。
2 木結(jié)構(gòu)建筑的用材及問題
按照木構(gòu)件的大小可將木結(jié)構(gòu)建筑可以分為普通木框架建筑、輕型框架建筑、重型木結(jié)構(gòu)建筑三類。木結(jié)構(gòu)的材料可分為天然木材和工程木制品兩種。天然用材包括原木和方材、板材、規(guī)格材等鋸材。工程木制品包括結(jié)構(gòu)用材、結(jié)構(gòu)用板、木結(jié)構(gòu)工字木擱柵等，材料為定向刨花板、層板膠合木、結(jié)構(gòu)膠合板、中密度纖維板等[7]。由于我國地域差異較大，在不同的氣候條件下木結(jié)構(gòu)用材會(huì)產(chǎn)生開裂、發(fā)霉、腐爛、強(qiáng)度降低、老化等現(xiàn)象，特別在我國南方高溫高濕的環(huán)境下，木材極易發(fā)霉腐爛，嚴(yán)重的影響了建筑壽命和外觀，因此對木結(jié)構(gòu)用材的防霉防腐性能有著更高的要求。近十幾年來，雖然我國在結(jié)構(gòu)用木質(zhì)材料方面發(fā)展較快，但多偏向于集裝箱、建筑模板等，真正應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)建筑的材料依舊依靠進(jìn)口，包括美國南方松、加拿大紅雪松 、俄羅斯樟子松等。
3 木結(jié)構(gòu)建筑用材的防霉方法
木材產(chǎn)生霉變的霉菌有黑曲霉、綠色木霉、桔青霉、可可球二孢菌等，在適宜的條件下，霉菌能在木材上迅速生長，形成大量致密的霉斑難以清除。霉菌產(chǎn)生的各種酶類能夠引起木材變色反應(yīng)，甚至?xí)?dǎo)致木材軟腐。與此同時(shí)，有些霉菌對不良條件的抵抗力強(qiáng)，具有一定的抗藥性和耐高溫性，所以對木材用防霉抗菌劑的要求就更高。目前，木材常用防霉劑一般分為油類防霉劑、油載防霉劑、水載防霉劑、天然防霉劑、納米防霉劑[8]。
3.1 油類防霉劑
油類防霉劑包括煤焦油、煤雜酚油、低溫焦油 、二蒽油、焦化油等。其中應(yīng)用范圍最廣的為煤雜酚油，也叫克里蘇油或煤焦蒸油,它即可以單獨(dú)使用也可以和油類防霉劑混合使用。油類防霉劑具有很好的耐候性，但是處理后的木材顏色發(fā)黑，有刺激性氣味，膠合性能差，不利于涂飾連接，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量濃
煙，毒性大，使用時(shí)會(huì)有滲出現(xiàn)象，造成環(huán)境污染，這些缺點(diǎn)都導(dǎo)致油類防霉劑應(yīng)用范圍逐漸縮小。
3.2 油載防霉劑
油載型防霉劑又稱有機(jī)溶劑防霉劑，包括五氯苯酚、百菌清、有機(jī)錫、環(huán)烷酸銅、異唾唑酮等。油載防霉劑的防霉防腐性能強(qiáng)、抗流失性好、處理后的木材尺寸穩(wěn)定性好、表面膠合性能好，但成本較高且對人畜的危害較大，在許多國家己經(jīng)被禁止使用。油載防霉劑中應(yīng)用最為廣泛的為五氯苯酚，但研究表明五氯苯酚中含有微量的多氯代二苯 - P - 二嗯英，對哺乳動(dòng)物劇毒，并有致癌作用，這種防霉劑正在逐漸被其他方式代替。
3.3 水載防霉劑
水載防霉劑是目前應(yīng)用最廣的一類防霉劑，約占防霉劑的3/4。水載防霉劑由具有防霉效果的鹽類組成，包括氨溶烷基胺銅(ACQ)、烷基銨化物(AAC）、硼化物、鉻化砷酸銅（CCA）、二甲基二硫代氨基甲酸銅(CDDC)等，防霉效果取決于其中的活性成分。鉻化砷酸銅（CCA）由于價(jià)格低廉、防霉防腐性能極好，曾經(jīng)是應(yīng)用最廣的水載防腐劑，但CCA中含有的重金屬離子對人身健康存在潛在威脅、對環(huán)境影響大，目前被許多國家明令禁止使用[9]。硼類防霉劑具有毒性低、光譜抗菌的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是容易流失、處理后木材尺寸穩(wěn)定性差，幾乎不能應(yīng)用于室外，因此在使用上受到了很大的限制。銅、鋅、鐵、鋁金屬等也可用于木材防霉中，其中銅類防腐劑使用最多，主要有ACQ( 季銨銅 ) 和 CA( 銅唑 )。這兩類防霉劑應(yīng)用范圍廣，防霉效果也較好。
3.4 天然防霉劑
天然抗菌劑主要來自天然物質(zhì)的提取物，其中在木材防霉抗菌方面應(yīng)用的有殼聚糖、竹醋、柏木苯醇抽提物等。研究表明：竹醋液、柏木苯醇抽提物對木材和竹材均具有較好的防霉抗菌作用，尤其竹醋原液對木材霉菌的抑菌率達(dá)到99%。不過天然防霉抗菌劑多具有耐熱性差、穩(wěn)定性差、成本高等缺陷。
3.5 納米防霉劑
無毒且與人類和環(huán)境友好的高效木材保護(hù)劑一直是木材科學(xué)所關(guān)注的問題。近年來，納米技術(shù)被引入到林業(yè)行業(yè)中，以納米技術(shù)為基礎(chǔ)的木材防霉防腐研究成為了熱點(diǎn)，其中最常見的是金屬無機(jī)納米防霉劑。該類型的防霉劑的原理是利用鈦、銅、銀、鋅等金屬及其離子的殺菌抑菌功能[10]，通過對木材的納米改性, 可使防霉防腐性能大大提高, 并延長其使用壽命。納米防霉劑具有很好的滲透性、耐久性、穩(wěn)定性、抗流失性和防潮性，并且它還是一種環(huán)境友好型產(chǎn)品。在將來,以納米技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展的木材防霉劑將在很大程度上影響木材工業(yè)的前進(jìn)方向。
4 結(jié)語
近年來，我國不少研究院校把目光轉(zhuǎn)向了木結(jié)構(gòu)建筑材料并取得了一定的成果，但總體而言，我國木結(jié)構(gòu)研究較發(fā)達(dá)國家仍有很大的差距。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng), 木結(jié)構(gòu)建筑用材的技術(shù)面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn), 開發(fā)無毒、高效、長效、多效、環(huán)境友好性材料是這一行業(yè)所急需解決的關(guān)鍵問題。
