木結構建筑用材防霉方法的現狀
2022年02月24日 更新
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木結構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構體系，僅從《阿房宮賦》中“蜀山兀，阿房出”，便可想象出我國古代木結構的壯闊景象。十九世紀末，隨著列強入侵，封建制度瓦解，西方科學技術逐漸傳入我國，梁柱體系由于用料大、跨度有限、形式單一等缺點逐漸被鋼筋混凝土結構體系、磚墻支撐木桁架體系、鋼結構體系等結構代替[2]。20世紀80年代，我國出現了林業資源匾乏的狀況，可用于木結構建筑的木材資源短缺，木結構建筑因此停滯發展20余年。2000年以來，隨著中國加入世貿組織，優質結構用材進口成本下降，流行于北美的輕型木結構建筑進入國民視野，逐漸受到人們的關注和追捧[3]。
1 現代木結構建筑的發展優勢
1.1 材料性能優良
隨著社會經濟的發展，人們環保意識的提高，環境問題和資源問題逐漸受到重視。建筑業是目前耗能最大的產業[4]，建筑節能、綠色建筑已成為建筑業發展的目標。木結構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，符合綠色建筑的發展要求[5]。
1.2 木結構技術發展
隨著科技的發展，木結構打破了自身跨度小、用材大的缺點，在用料和構造方面有了很大的突破。例如，英屬哥倫比亞大學宣布將在2019年建造完成高度為53米、層數為18層的全木結構大樓，該建筑對環保的貢獻相當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，國家開始關注木結構建筑的優勢，并出臺相應政策支持木結構建筑的發展 [6]。2013年1月，在國家發展改革委、住宅城鄉建設部制訂的《綠色建筑行動方案》中指出要切實抓好建筑的節能工作，加快綠色建筑相關技術研發推廣，大力發展綠色建材。2015年9月，工業和信息化部、住房城鄉建設部聯合發
布《促進綠色建材生產和應用行動方案》，方案中明確指出大力發展木結構建筑，促進城鎮木結構建筑應用，推進多層木-鋼、木-混凝土混合結構建筑，在經濟發達地區的農村自建住宅、新農村居民點建設中重點推進木結構農房建設。
2 木結構建筑的用材及問題
按照木構件的大小可將木結構建筑可以分為普通木框架建筑、輕型框架建筑、重型木結構建筑三類。木結構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、規格材等鋸材。工程木制品包括結構用材、結構用板、木結構工字木擱柵等，材料為定向刨花板、層板膠合木、結構膠合板、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構用材會產生開裂、發霉、腐爛、強度降低、老化等現象，特別在我國南方高溫高濕的環境下，木材極易發霉腐爛，嚴重的影響了建筑壽命和外觀，因此對木結構用材的防霉防腐性能有著更高的要求。近十幾年來，雖然我國在結構用木質材料方面發展較快，但多偏向于集裝箱、建筑模板等，真正應用于木結構建筑的材料依舊依靠進口，包括美國南方松、加拿大紅雪松 、俄羅斯樟子松等。
3 木結構建筑用材的防霉方法
木材產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。霉菌產生的各種酶類能夠引起木材變色反應，甚至會導致木材軟腐。與此同時，有些霉菌對不良條件的抵抗力強，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黑，有刺激性氣味，膠合性能差，不利于涂飾連接，燃燒時會產生大量濃
煙，毒性大，使用時會有滲出現象，造成環境污染，這些缺點都導致油類防霉劑應用范圍逐漸縮小。
3.2 油載防霉劑
油載型防霉劑又稱有機溶劑防霉劑，包括五氯苯酚、百菌清、有機錫、環烷酸銅、異唾唑酮等。油載防霉劑的防霉防腐性能強、抗流失性好、處理后的木材尺寸穩定性好、表面膠合性能好，但成本較高且對人畜的危害較大，在許多國家己經被禁止使用。油載防霉劑中應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）由于價格低廉、防霉防腐性能極好，曾經是應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、光譜抗菌的優點，但缺點是容易流失、處理后木材尺寸穩定性差，幾乎不能應用于室外，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的提取物，其中在木材防霉抗菌方面應用的有殼聚糖、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到99%。不過天然防霉抗菌劑多具有耐熱性差、穩定性差、成本高等缺陷。
3.5 納米防霉劑
無毒且與人類和環境友好的高效木材保護劑一直是木材科學所關注的問題。近年來，納米技術被引入到林業行業中，以納米技術為基礎的木材防霉防腐研究成為了熱點，其中最常見的是金屬無機納米防霉劑。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、穩定性、抗流失性和防潮性，并且它還是一種環境友好型產品。在將來,以納米技術為基礎發展的木材防霉劑將在很大程度上影響木材工業的前進方向。
4 結語
近年來，我國不少研究院校把目光轉向了木結構建筑材料并取得了一定的成果，但總體而言，我國木結構研究較發達國家仍有很大的差距。隨著經濟的發展和環境意識的增強, 木結構建筑用材的技術面臨著新的機遇和挑戰, 開發無毒、高效、長效、多效、環境友好性材料是這一行業所急需解決的關鍵問題。
