我國現代木結構防護措施在工程中的應用現狀

李熠詩

（中建科技集團有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

2020 年 9 月，中國提出碳達峰、碳中和目標。《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中指出，加快推動低碳發展，發展綠色建筑，降低碳排放強度。在建筑的全生命周期內，木結構的碳排放量低于鋼筋混凝土結構及鋼結構［1，2］。但長久以來，木結構發展受其耐久性限制，提高木結構耐久性有助于木結構建筑的進一步推廣。木結構耐久性研究相對于鋼筋混凝土結構具有特殊性，實際工程中受溫度、濕度、太陽輻射、腐朽等自然因素和生物因素的綜合影響［3，4］。合理的防護措施能延長木結構的使用壽命，并使其在一定時期保持良好外觀，在結構與美學方面均具有良好的耐久性［5］。在實際工程中通過涂刷防護漆、藥劑處理及其他構造措施等方法達到防水防潮、防腐、防蟲、防紫外線等目的。本文總結了影響木結構耐久性的因素，并結合我國木結構相關規范和標準對現代木結構的防護措施進行概述，提出我國現代木結構防護工程中存在的問題及改進建議。

1 木結構耐久性的影響因素

1.1 自然環境因素

自然環境對木結構建筑的作用機理比較復雜，包括日照、風、雨、溫度等。太陽輻射是影響木結構建筑耐久性的重要原因之一。日照使木材發生光化學反應，木材中的木質素、纖維素及半纖維素發生降解。木材的光老化最初表現為表面褪色，繼而穩定性降低，使木結構在外觀與強度上均受到影響［6-8］。

木材的含水率受溫度、降水、風等諸多因素影響，木構件的含水率控制十分重要。木材具有濕脹干縮的特點，干縮形變容易引起木材開裂、連接失效、氣密性保溫性降低，進而影響構件強度，使木材易于腐朽發霉等，因此影響木結構的耐久性［9］。濕脹形變一般由施工過程中的受潮引起，通常設置濕脹縫以避免平面外失穩。此外，木材的腐朽和蟲蛀均與木材含水率有較強的相關性。

1.2 生物因素

影響木結構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蛀［10］。木材腐朽需要具備氧氣、一定的溫度和水分三個條件。腐朽常見于室外接近土壤的位置和室內濕度大的位置，比如柱腳、屋蓋陰溝等，或由冷凝水引起的墻體內腐朽［11］。解決木材腐朽的根本方法是干燥通風。我國木結構的蟲害來源主要為白蟻蛀蝕。在高溫潮濕的南方地區，白蟻分布更為廣泛，危害更嚴重。

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

2 現代木結構防護措施

2.1 防水防潮

設計細節與生產控制都可以在一定程度上減緩濕度對木材的不利影響。不同的構件種類和不同的使用地區對含水率的要求有所差別。通常情況下，層板膠合木（GLT）的含水率設計取值為 15 % 以下，正交膠合木（CLT）的含水率設計取值為 12 % 左右［13-15］。木材順紋和橫紋的收縮率相差很大，在結構設計中主要考慮橫紋方向的變形。通過構件出廠含水率與木結構所在地區的平衡含水率可計算含水率之差，從而計算變形的影響。

在施工過程中主要通過構造措施達到排水通風的目的。GB 50005－2017《木結構設計標準》和GB 55005－2021《木結構通用規范》作出了木結構建筑防水防潮的一般規定，適用于輕、重木結構設計。木結構建筑應有效利用周圍地勢、環境，減少圍護結構在自然環境中的暴露，并采取構造措施減緩濕度對結構的破壞。木結構防水包括屋面防水、樓地面防水、外墻防水和細節防水，采用合理的節點設計、防水透氣膜（呼吸紙）及耐候漆等耐久性材料，可以達到排水、通風、提高氣密性的效果。木結構防水防潮的通用做法總結為以下幾點。

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

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

3）木結構隱蔽部位應設置通風孔洞。

GB/T 50708－2012《膠合木結構技術規范》規定了膠合木結構設計的構造措施，主要包括防潮層或預留縫隙的設置、懸挑屋面坡度、外露結構構件的金屬蓋板保護或防腐處理等。DG/TJ08－2059－2009《輕型木結構建筑技術規程》（上海市工程建設規范）對輕型木結構的防水防潮構造作出規定，包括基礎、地下室、架空層、墻體、門窗、屋面、屋頂露臺及陽臺防水。GB/T 50772－2012《木結構工程施工規范》對設計文件進行樓蓋、屋蓋、節點等細節補充。GB 50206－2012《木結構工程施工質量驗收規范》規定了木材含水率的檢驗方法。

2.2 防腐

木結構的防腐主要根據設計使用年限、使用環境及木材材料性質確定是否使用防腐木、防腐劑種類及處理方法。目前，市場上的防腐木材主要有三種：化學防腐木、深度炭化木和純天然防腐木。其中，大多數木材采用化學防腐，它通過破壞造成木材腐爛的細菌及蟲類的生存環境，達到防腐的效果。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，現已被歐盟、美國等國家禁用，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、冷熱槽法及擴散法。根據使用環境不同，按載藥量與透入度的要求采取相應的處理方法［18］。在處理前構件應加工成最終尺寸，并進行去皮、干燥、刻痕等預處理，以保證防腐效果。

GB 50005－2017《木結構設計標準》規定了防腐木的應用場景，并提出應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品。GB 55005－2021《木結構通用規范》除了對防腐木應用的環境條件做出明確規定外，還對木結構中的鋼結構連接件、緊固件的鍍鋅層厚度、質量等防腐保護做出具體規定。GB/T 27654－2011《木材防腐劑》規定了藥劑配方和技術指標，適用于木材防腐劑的生產及使用。GB 50206－2012《木結構工程施工質量驗收規范》對防腐木中藥劑的保持量和透入度作出規定。LY/T 3228－2020《加壓防腐處理膠合木》彌補了防腐膠合木質量管理的欠缺，將防腐加壓處理膠合木使用環境分為五類，對含水率、載藥量、透入度等作出明確規定。

2.3 防蟲蛀

白蟻的防治應以“預防為主，防治結合，綜合治理”為原則。GB 50005－2017《木結構設計標準》根據木結構建筑白蟻危害程度將不同地區分為四個危害區域等級，根據不同區域等級采取不同措施。JGJ/245－2011《房屋白蟻預防工程技術規程》對白蟻預防工程的構造設計、施工方法、檢測控制作出了技術規定。

目前，國內外對木結構防護的研究內容包括光穩定劑、保護涂層、無機金屬化合物和生物基防水劑處理木材、木材的化學改性、木材熱改性及木材與木材表面熱固性樹脂、糠醇和 DMDHEU 的改性等［19，20］。在大體量工程中能夠成熟應用的技術還很有限，因為新的技術應用涉及成本核算、環境影響評估、規模化生產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防腐劑防腐防蟲處理為主，并加以維護。

3 現代木結構防護在工程中存在的問題

大多數情況下，膠合木構件無需加壓防腐處理。但當使用環境容易使構件腐朽時，需要對其進行加壓防腐處理。加壓防腐膠合木處理方法分為兩種，即先將層板構件膠合然后防腐，或先防腐處理，干燥后再進行膠合。采用先膠合后防腐時，橋梁、室外大跨構筑物等結構構件的防腐處理容易受設備的限制，且采用水性防腐劑時構件處理后很容易變形。GB/T 50708－2012《膠合木結構技術規范》規定，當使用水溶性防腐劑時，不得采用先膠合后處理的方式。我國防腐木企業銷售的防腐膠合木大多數是對進口膠合木進行防腐處理，因此大多數為先膠合后處理。采用先防腐后膠合時，防腐效果更好，但加工成本高，工序較復雜。防腐劑種類、木材種類、膠黏劑種類及處理工藝會影響膠合木的界面粘結性能［22-25］，同時影響力學性能［26］。LY/T 3228－2020《加壓防腐處理膠合木》對膠合木的防腐質量作出具體要求，對規范防腐膠合木的行業發展具有積極作用。

國外對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，緊固件等的腐蝕問題更加突出。緊固件的腐蝕會降低連接強度，同時還會使其周圍木材強度降低［27］。已有研究針對不同防腐劑處理的木材，在 PH 值、氧氣、水分、溫度及鹽類物質等為控制條件下，比較不同類型緊固件的腐蝕反應，提出防腐木金屬緊固件的使用壽命模型和設計程序［28－31］。預測氣候條件的影響，提出適用于現代可靠性工程設計規范的木結構金屬緊固件設計方法，并對五金件或防腐劑新產品的評估提出了電化學腐蝕試驗方法等。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保護法。國內開始逐漸重視木結構工程中五金件與含銅防腐劑間的反應：最新發布的 GB 55005－2021《木結構通用規范》相對于 GB 50005－2017《木結構設計標準》和 JG/T 489－2015《防腐木結構用金屬連接件》對鍍鋅層的具體要求作出進一步規定。

4 結語

木結構的耐久性不良是制約其發展的重要原因之一。完善現有生產技術，并將傳統建筑材料與現代綠色建材有機結合，是擴展木結構建筑應用的重要手段。我國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、緊固件等產品的深入開發對木結構耐久性的提升具有重要作用。對工程中的防腐膠合木與防腐木緊固件應進一步加強質量監督管理。綠色建材在政策環境與使用需求的推動下大力發展，包括生物質復合材料、光伏儲能產品、綠色保溫材料、建筑節能玻璃等。利用木結構的材料特性，使現代綠色建材與木結構形成結構、裝飾、防水、產能、保溫隔熱、隔聲等一體化設計，研究節點裝配工藝，優化成本結構，是提高木結構建筑接受度與推廣度的有效途徑。