木制材料及其在绿色建材中的应用

王 怡

(林产工业规划设计院,北京 100010)

木制材料是以木材为主要材料制成的一种多功能材料,广泛应用于建筑、家具、包装等行业。木制材料是一种复杂的生物系统材料,可以很好地处理环境,实现自我诊断和调节。在人们越来越推崇安全、自然地居住环境条件下,木材具有独特的装饰效果、良好的环境特征、加工施工性能好,木制材料更加广泛地使用到绿色建筑中,将成为建筑业未来发展的重要材料之一[1]。

1 木制材料的概述

环境与可持续发展是当前国际性环保的主题,木材以其特有的固碳、可再生、可自然降解、美观和调节室内环境等天然属性,以及强度-重量比高和加工能耗小等加工利用特性,将为社会的可持续发展做出显著贡献。与其他材料相比,木材具有多孔性、各向异性、湿胀干缩性、燃烧性和生物降解性等独特性质,如何更好地利用这些特性和最大限度地限制其副作用,是木材科学家和工程技术专家长期努力解决的主要问题[2]。在建筑应用中,木材比钢材具有更好的耐火性能,许多古老的木制建筑经过大火后,只是外面烧损,内部结构强度依旧很高。相反,许多钢筋混凝土建筑物发生火灾后,钢筋被烧软化,造成建筑物坍塌。同时,木材加工过程中造成的污染较小,良好的协调生态环境,因此,木制材料是良好的环保建材。木材的这些特性为木制材料在建材中的应用研究奠定了坚实的理论基础,为高性能,高能量的新型木制材料建筑提供了广阔的发展空间。

木制材料具有多种功能,如精细分级多孔结构、湿度调节、温度调节、生物调节、磁性调节、自然美学等,其利用自身在自然环境中的主动适应能力,将自然界赋予的功能有效地发挥到相应的实用功能中。木制材料在建筑、家具、包装、铁路等领域发挥着巨大的作用。

木制材料与其他类型的建筑材料相比,具有多孔性、各向异性及相应的燃烧性等特点,具有可再生性、可自然降解的特性,如何在建筑材料使用的过程中将其最大限度的应用的相应的工程材料的而应用中,是目前围绕绿色建材建设及应用的关键环节。

2 木制材料在绿色建材的应用探讨

2.1 建筑木制板材

建筑木制板材是以中密度纤维板、刨花板等人造板为主要的原材料加工而成的板材,利用物理及机械方式,将木材或者植物纤维经过打磨,在机械分离和化学处理,以及粘结剂的作用下进行胶接,同时,使用防水剂进行防水处理,加工成耐高温、耐压强的高效能的木制板材。建筑木制板材广泛应用于建筑家具中。对于建筑木制板材的环保特性,其材料大部分是颗粒板,在使用的过程中可以实现白天吸收热量,夜间释放热量,进而形成了较为有效的木制板材环保性能方面的应用。

2.2 木制型材

木制型材,是通过特定的制作工艺,将相应的木制材料制成一定截面的型材,一般应用于相应的建筑结构及建筑装饰类工程中。在木制型材中,应用最为广泛的是木塑复合材料(Wood and Plastic Composites,简称WPC),该材料是利用木纤维或木粉与树脂为原材料,按照一定的比例混合加工而成的木制材料,具有一定的抗压能力和抗紫外线能力,绝缘、绝热能力较好,具备绿色环保产品的相应特性,主要应用于包装、建材、家具、物流等行业。随着人们对木塑复合材料的认识不断提高,以及木塑复合材料技术水平不断提高,其应用范围不断拓展到汽车内装饰、建筑外墙、装饰装潢、户外地板、复合管材、铁路枕木等领域。

2.3 木制结构材

木制结构材(Engineered Wood Products,简称EWP),是通过刨、削、切等将木材加工成单板、单板条、刨片等,再通过胶黏剂和热压的作用,加工成一定规格的木制材料,包括单板层积材(LVL)、单板条层积材(PSL)、定向刨片层积材(OSL)、胶合木以及由LVL和结构用胶合板或定向刨花板OSB组合加工而成的工字梁、金属件衔接木材桁架等[3]。木制结构材以其强度大、变异性小、允许设计应力高、尺寸稳定性好、防火性能佳等优点,在建筑、桥梁、交通领域广泛作为结构材料[4]。

3 木制材料在绿色建材中的应用展望

以木制材料为基础,通过其在建筑领域中的大量使用,不但应用程度较为成熟,应用效率也逐步提高。然而其在应用中也出现了很多的问题,随着科技进步,创新建筑材料的类型及使用效果是体现绿色建材应用的关键内容,因此,为了适应科技的发展,智能木制材料应运而生。

智能木制材料是以充分利用木材独特的天然结构和性质,并将其与纳米技术,分子生物学、界面化学、物理模型等结合起来,制备了一种具有奇特性质的新型仿生木基材料,因此,智能木制材料具有以下部分功能和生命特点：(1)Sensing功能：能够感知外部或环境条件的强度和变化,例如载荷,应变,热,光,电,化学等。(2)Feedback功能：通过传感网络,可以比较系统的输入和输出信息,并将结果提供给控制系统。(3)信息识别和积累的功能：可以识别和累积通过传感器网络获得的各种信息。(4)Response功能：能够根据外部环境和内部条件的变化及时,动态地响应并采取必要的行动。(5)Self-diagnosis功能：通过分析和比较系统的现状和过去的情况,可以自我诊断和纠正系统故障和判断错误等问题。(6)Self-recovery功能：一些局部损伤或损伤可以通过再生机制修复,例如自我繁殖,自我生长和自动重组。(7)Self-adjusting功能：对于不断变化的外部环境和条件,它可以及时自动调整自身的结构和功能,并相应地改变其状态和行为,使物料系统始终以优化的方式对外部变化做出适当的响应[5]。

智能木制墙板,包括通风、空调、环境监控、楼宇自控系统,技术核心是一种特殊的幕墙。与传统的玻璃幕墙相比,智能木制墙板是一个多功能系统,不仅具有墙板支撑结构,还包括室内环境监控和服务系统,可以控制光线,并通过智能木制墙板提供通风功能,由于智能木制墙板由三层材料制成,外壁完全封闭,因此,可以大大减少外部噪声对建筑物内部的干扰。

4 结语

近年来,木制材料产品在绿色建材中的开发和应用取得了长足的进步,随着科技进步与发展,创新的建筑材料应运而生。绿色建材的发展与智能木制材料的发展密切相关,为了满足提高人民生活水平的需要,开发智能化的绿色建筑材料,将成为未来健康家园的重要组成部分,具有广阔的发展前景。