胶合木板腐蚀作用因分析和防治

李赫

引言

板作为结构中的受力重要构件在大跨桥梁﹑工业和民用建筑中应用十分广泛，尤其在钢筋混凝土框架结构中，双向板经常作为重要课题得到国内外众多学者关注。近年来，胶合木结构由于其自身强度高﹑施工简便﹑绿色环保﹑造型美观的特点在欧美国家得到广泛应用，由于木材属于易受环境等作用腐蚀的各向异性材料，国内关于胶合木结构的研究和发展仍在起步阶段，关于胶合木板的腐蚀作用的研究更是少之又少。因此，研究胶合木板的腐蚀作用因素和机理，将加快推动我国现代胶合木结构发展，实现绿色材料应用的推广，构建环境友好型和节约型社会。

本文通过选取东北落叶松为原料，胶黏剂选为间苯二酚甲醛树脂，通过对国外关于木材受侵蚀作用的因素和机理的总结归纳，分析胶合木双向板腐蚀作用因素和机理，归纳和比较胶合木板腐蚀作用的检测与防治措施和问题。

木材腐蚀作用因素和机理

1.水分

木材中的水分在腐蚀作用中发挥了很多作用，对于真菌来说，水分为它提供了产生腐化木结构所需酶的媒介。当水分浸入木材的时候，微分子结构会发生膨胀直至达到其纤维饱和度（大约木材含水量的30%）。在这一点上，大量的自由水进入木材细胞空间，然后大量的真菌开始侵蚀木材。水分的大量膨胀是为了给真菌酶提供进入木材细胞的渠道，加快了腐蚀的速度。

2.温度

大多数有机物会在一个适宜的温度下繁殖，这个适宜温度的变化范围是21摄氏度-29摄氏度；然而，它们可以在一个更大的温度变化幅度范围中生存。在低于0摄氏度时，大多数有机物的新陈代谢速率减缓，或者它们产生一种抵抗物质帮助它们度过不利于它们生存的时期。当温度上升超过冰点时，它们会再次侵蚀木材内部，虽然有一些物种有着极强的耐高温能力以至于在39摄氏度时仍然能够繁殖，但是但温度上升到32摄氏度时，侵蚀作用的速率迅速下降，当温度上升超过32摄氏度时，有机物的成长速率会下降。大多数有机物在这一温度条件下都会死亡，同时，大家普遍认为木材暴露在66摄氏度的温度条件下达到75分钟以后，木材内所有的腐蚀性真菌都会被消灭。

在木结构桥梁的相关文本中，温度是不可控制的因素，但是监测者应该意识到在生物作用更强的温室环境中，腐蚀作用会变得更加严重。这个因素已经与降雨量结合被应用于发展建立气候的索引和参考，通过对温度和降雨量的分析和描述来建立一个地区的木结构腐蚀作用的参考。虽然这种索引和参考并没有考虑不同地区天气模式的一些变化，但是它确实为评估和防护木材腐蚀作用提供了相对有价值的参考。

3.真菌

真菌是一种简单的，似植物的有机生物。它损害和利用木材是由于木材是它们的食物来源。在显微镜的观察下，它们像网络一样在木材细胞间游走，丝状般的菌丝体直接从木材内部长出或者直接穿透木材细胞壁（图1）。当菌丝体伸长时，会产生能够腐化细胞膜，木质素的酶然后将腐化的物质进行消化。一旦真菌从木材中获取足够的能量，它们会产生一种有性或者无性可结果的形体然后传播可以入侵其他树木的胚种。结出果实的形体产生大量菌丝体，这些菌丝体不断生长和繁殖最终产生数百万计的胚种（图2）。这些胚种通过风，昆虫以及广阔大地上其他一切媒介广泛传播。最终导致大量木材在温度，水分适宜真菌生存的情况下饱受真菌侵蚀。

虽然真菌侵蚀作用在历史上有过记载，但是直到1878年R.Harting才准确描述了真菌菌丝体与木材腐化作用的关系。甚至到今天，我们持续发现新的真菌物种以及研究寄生在木材表面的真菌物种关系。尽管有数以百计的真菌物种，侵蚀木材的真菌物种可以被分为三类：霉菌，染色真菌，腐真菌。它们在很多方面很相似，但在对木材的侵蚀作用上有着本质的不同。

4.昆虫

昆虫是地球上最普遍的物种之一，并且毫无意外地，大量的种类拥有发达的能力来利用木材作为庇护和食物。26种昆虫中，就有6种能造成木材的损害。白蚁（白蚁目），甲壳虫（甲虫类），蜜蜂，黄蜂，蚂蚁（膜翅目）等是引起木材的虫类损害的首要因素。昆虫的侵袭通常是木材上明显的通道和虫洞，这些虫洞常常充满了木粉和蛀屑（昆虫排泄物）。粉末的排放，大量的木粉和蛀屑在木材外部也是另一种侵袭的迹象。此外，昆虫在木材结构各部分的移动也带来了能更深层侵袭木材污染和腐败的菌类。一种昆虫甚至携带了一种能令坚硬的松树腐败的菌类。

检测和预防侵蚀作用的方法

检测桥梁腐朽的方法被分为两种：分别是外部腐朽和内部腐朽。这两种情况中，具体的方法和工具针对某一情况的损伤契合，并且它们的有效性取决于建筑的类别。尽管在工作中多种多样的检测方法可以使用，但是实际中，检查者只使用其中一小部分工具。这些方法和工具常常意味着预算、预先的经验和所遭遇到的各种问题。

1.探查

探查用到了适度的指示工具，例如锥子和刀。探查的渗透指明了木材表面腐朽引起的过软和缺乏抵抗力。尽管探查只是一个简单的检查方法，分析它的结果需要经验。我们必须很小心的区分腐朽和在某种程度下比干木更软的水软木。有时同样十分难评估软木的损伤比如红刺柏。

2.取样检测

取样测试是测试表面腐朽程度最简单，最广泛的使用方法。鹤嘴锄、锥子和螺丝刀用来刺入木材一小段距离采集它的碎片。（图13-23）木材的碎片用来检测并确定碎片是腐朽还是完好的。完好的木材有纤维结构和纹路的碎片。腐朽的木材沿着纹路突然断裂并出现小的碎片。一些研究显示取样测试对于表面腐朽的检测是十分可靠的。唯一的缺点是在每一次测试中要取得一大块木头。

3.无损检测

像取样检测一样，无损检测同样适用于表面损伤检测。无损检测仪是一种弹簧针装置，它把坚硬的钢针压在木头上。（图13-24）穿刺的深度作为腐朽程度的测量。无损检测在若软腐病菌横行的欧洲应用广泛。他同样用来通过3种改良系统测试木材准确的重力。当木材的表面损伤无法确定，无损检测法能够提供一个准确的评估报告，提供包括湿润度和木材树种测试的统一修正。

4.内部损伤检测

与外部损伤检测不同的是，内部损伤检测更加难以定位，因为它并没有视觉上存在的迹象。众多复杂性强的方法和工具被发明出来检测内部损伤，通过锤子在表面的击打收集复杂的声音和射线进行评估。此外，例如湿度计，可以帮助检查者确定符合内部腐朽条件的区域。

防治措施

1.湿度控制

湿度控制是减少木板腐烂危险最经济、简单的一种方法。它可以作为一种有效的和实际的维修技术，以延长许多现有的桥梁的使用寿命。当外界湿度降低时，木结构构件内部含水量会蒸发导致含水量低于大多数真菌和昆虫生长和存活所需的含水量（大约25%）。湿度控制是用于保护许多未经处理的木材建成的廊桥建筑的唯一方法。湿度控制涉及常识上的确定区域上可见浸润或高含水量，定位水源并采取纠正措施以清除源头。例如，靠近道路的水流可以改变排水沟布局让水远离桥梁而不是让水从桥面上流过。清除桥面表面、排水沟和其他水平部分的泥土和杂物也能减少结构捕获水分并能改善空气流通。一种最有效的湿度控制的途径是限制或阻止水通过桥面。不透水的面板能够保护重要的结构构件并在本质上减少了潜在的腐变。胶合层木或应力层面板提供最好的保护因为他们放置能形成一个密封面。出现胶合木层或应力层对接接头漏水可用水泥沥青铺面替代。

2.现场防腐处理

现场防腐处理包括在现有结构中应用防腐化学品预防或抑制腐烂。常用的有两种处理方法是：表面防护和熏蒸剂。表面防护应用于预防表层木材的腐烂，而熏蒸剂应用于防止木材内部腐烂。现场处理是延长木桥使用年限的一种安全、有效和经济的方法。因为这些方法在多年的实践中取得很好的效果，许多技术和修复办法飞快发展并应用于铁路或公共场所。大量的木桥都是使用现场处理的方法，其使用年限延长20年以上。

3.构件强化

构件强化包括增加材料强度或加强现有构件。附加构件通常是木材或钢板用螺栓连接，用于增强有效截面并因此提高承载能力。两种广泛使用的构件强化方法是绞接和叠接。尽管这两者之间的区别相当模糊，但是通常情况下，绞接适用于连接和加强已确定的位置，而这一位置由于裂缝、劈裂或其他缺陷会发生应力转移。叠接更频繁的是与加强现有承载力不足的构件联系在一起的，并涉及增加加强件覆盖在原来构件上，加强件长度甚至超过原来构件长度。在这两种情形中，为确保构件承载力的修复和核实应力的分布需要进行彻底的结构分析。木纹必须避免引进偏心荷载或垂直张力的情形。当用绞接时，为了更均匀地把荷载分配给拼接板建议将有缺陷的部件完全通过原来的构件。

环氧树脂修补

环氧树脂由基本树脂和树脂固化剂组成，混合在一起是液体或凝胶（泥）形式。混合时，环氧化合物硬化形成固体，这种耐用材料在最清洁的表面可提供高强度的附着力。20世纪50年代，环氧树脂由油漆和航空工业最初开发；20世纪60年代被广泛用于修补混凝土裂缝。1976年，埃文特第一次提出了环氧树脂用于修理木材的研究报告。自那时以来，用环氧树脂维修木质构件在制定设计标准和评估其有效性方面已有了相关的研究工作。虽然那时还没有条文或设计标准规范或允许应力的出现，但环氧树脂修补技术已成功的应用于木桥（大约从20世纪60年代初开始）。

在结构和半结构中，环氧树脂在木材修补中用作粘合剂（黏合剂）或/水泥浆（填充物）。它通常采用压力注入，但也可以作为凝胶或油灰手动应用。当环氧树脂作为一个粘合剂，以提供在干燥位置的结构修补构件之间的剪切阻力是最有效的。对于半结构修补，它用于填充空隙或维修轴承表面，埃文特介绍了结构（A类型）和半结构（B类型）环氧树脂修补的六种基本类型。列举如下：

类型A-1 桁架节点处的分裂构件和裂纹的环氧树脂注入。

类型A-2 腐木的环氧树脂注入和加固。

类型A-3 断裂件的拼接和环氧树脂注入。

类型A-4 分层梁环氧注入。

类型B-1 纵向裂缝的环氧树脂注入和在桁架构件中的劈裂。

类型B-2 用环氧树脂胶修补轴承表面。

关于桥梁的应用，环氧树脂修补可分为灌浆、插接和桩修复。

结语

现代木结构构件具有强度高﹑自重轻﹑绿色环保等优点。我国古代木结构闻名中外，但是现代木结构的研究与发展仍处在起步阶段，因此对胶合木构件尤其是胶合木板的研究深入是十分必要的。

本文以国产东北落叶松为原料制造的胶合木板为例，分析和归纳了木板腐蚀作用因素和机理，总结了对于侵蚀作用的检测和防治办法，证明了在实际工程中胶合木板的腐蚀作用防治是有效的，并为现代木结构在国内的发展﹑推广及应用打下了一定基础。

（作者单位：中南林业科技大学土木工程与力学学院）