梅城古镇木结构防腐提升技术应用

刘景雷 陈义东 王野

【摘    要】：根据梅城古建筑勘查出的木结构病害形态，分析木结构病害的机理。以梅城古建筑的修缮为例，介绍了古建筑的防腐处理中木材的选择、含水率及防腐含药量的控制并对建筑构造进行设计优化，从而提高木结构的使用寿命。

【關键词】：木结构；防腐；修缮；古建筑

【中图分类号】：TU366.2【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）01-53-03

【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.015

Application of Anti-corrosion Promotion Technology in the Wood Structure of Meicheng Ancient Town

LIU Jinglei， CHEN Yidong， Wang Ye

（China United Engineering Co. Ltd.， Hangzhou 310052，China）

【Abstract】：According to the wood structure disease morphology of ancient buildings in Meicheng， the mechanism of wood structure disease is analyzed. Taking the repair of ancient buildings in Meicheng as an example， this paper sums up moisture content control， anti-corrosion drug content control and design optimization in the anti-corrosion treatment procedures of ancient buildings wood selection， so as to improve the service life of wood structure.

【Key words】：wood structure； anti-corrosion； repair； ancient architecture

木材作为建筑材料的优势很多，如轻质而高强、抗冲击和振动作用好、保温性能佳、富有装饰性、容易加工；但也存在如强度低、弹性模量低、易老化、易腐朽等缺点[1]。中国大约三千五百年前便形成了以榫卯连接为标志的木结构体系；但现存保护较好的木结构建筑很少，为提高古建筑的使用寿命，研究木结构的防腐非常必要。本文以梅城古镇古建筑修缮为例，分析木结构病害的机理，在木材的选择、含水率的控制、防腐处理以及设计构造上综合提高木结构的防腐稳定能力。

1病害勘查

木材除受真菌侵蚀腐朽外，还会遭到昆虫的蛀蚀。

1.1 病害的判定

先观察木结构腐朽情况，借助斧子、卷尺和铁丝等工具观察虫眼大小、深度和数量；判定腐朽类型和程度，观测菌斑，鉴定主要腐朽菌；剖开标本，检查虫蛀情况和害虫种类。对有病害的构件进行腐朽和虫害分级[2] ，判定木结构病害的等级。见图1。

检查发现，梅城古镇现存的木结构古建筑普遍存在霉菌腐朽、虫蛀现象，表现为木结构榫头下沉破损、梁柱严重错位、变形、榫卯脱节和结构断裂等，导致结构体系破坏，影响使用安全。见图2。

1.2 病害机理分析

1.2.1 菌类腐朽

腐朽是真菌在木材中寄生引起的，侵蚀木材的真菌有三类，即木腐菌、变色菌、霉菌。

1）木腐菌：木材发生腐朽主要原因是木腐菌的作用。木材的主要成分中纤维素占40％～50％，半纤维素占10％～30％，木质素占 20％～30％[3]，为木腐菌的生长提供所需要的能量。木材腐朽后，会发生一系列生化反应，造成木材变色，力学性能降低。见图3。

2）变色菌：一般发生在木结构边缘，以细胞内存储的糖分为养料，保持细胞壁完好。变色菌使边材变成红、蓝、绿、黄、褐或灰等颜色，除影响外观外，对木材强度影响不大。见图4。

3）霉菌：生长在木材表面上，是一种发霉的真菌，对材质无甚影响。将木材表面刮净就可清除。见图5。

1.2.2 蛀蚀腐朽

虫蚁在木材细胞中产卵，孵化成幼虫，幼虫蛀蚀木材，形成大小不一的虫孔。蛀蚀木结构的昆虫主要是木蜂和白蚁。虫蚁蛀蚀木材目的是取食和筑巢。

2 古建筑修缮防腐防虫蛀做法

2.1 腐朽原因及处理措施

木结构的腐蚀、虫蛀与木材的湿度有关[4]，含水率控制是木材防腐处理的关键。木结构建筑在设计上通过疏导雨水、加大防护、加强空气流动，阻断真菌和蛀虫赖以生存的条件，达到防霉的效果。

2.1.1 木材含水率

水在木结构受损时进入，在一定温度下，木材腐朽；木材的含水率达到或超过纤维饱和点，腐蚀快速发生。根据 GB 50206—2002《木结构工程施工质量验收规范》规定的各类木构件含水率标准要求，用木材含水率测定仪快速检查；根据各类木构件的尺寸及对各种木构件含水率的不同要求，对规格较大、较难干燥的木柱、梁及要求含水率较低的屋面板、地板等，采用延长气干时间的方法进行处理，直到木材含水率满足要求。见表1。

2.1.2 结构设计

合理的构造设计能够有效避免水和水蒸气对木结构侵害。

1）设置300 mm以上的墙裙，使墙体木结构部分避免雨水影响。

2）设置通风空间，通风带的宽度至少要20 mm，避免雨水沉积，确保木制外墙饰面板受潮后，木结构能很快干燥。

3）木结构和饰面板要进行防水底漆和防腐涂料保护，确保隔离雨水对木结构的影响。

4）设置合理宽度的挑檐，减少雨水对墙体的影响。

5）连接部位的设计要考虑湿度变化产生的收缩和膨胀对构件的破坏；此外，木建筑的所有金属连接件必须是防锈的。

2.2 做法

真菌和蛀虫生存的必要条件：充足的氧气、适宜温度和湿度，控制其中一个因素，即可防止木材腐蚀。结合对木材腐朽原因和虫蛀机理分析，认为防腐设计可以从木材的选择、木材的干燥、木材的防腐和木材的防腐构造设计4方面来考虑。

2.2.1 木材的选择

梅城古镇属于浙西南地区，古民居建筑是徽派和浙西建筑融合而来的，基本是明清时期建筑，木结构以杉木为主、松木为辅。根据木材市场的情况，采用以松木和杉木为主的软木材类对原结构进行修缮。

2.2.2 木材的干燥处理

修缮木材主要以进口为主，原木剥皮后，在原产地露天放置一定时间后，经数月海运至港口堆置。修缮所用木材主要有两种干燥方式：一是自然通风干燥，将木材放置在场地内，利用空气流动，将木材的水分通过热传导蒸发掉，到达干燥的目的，一般柱子和粱的尺寸在30 cm以上时需要放置50～60 d，直径越大，需放置时间越长，直至到达设计所需要的含水率木材；二是采用人工干燥法中的气干法，利用设备制造的蒸汽加热窑内的空气，借助于强制循环使空气的热量经热传导带给木材，木材内的水分经空气流动蒸发出来，干燥结果表明，一般木构件在窑内气干法20 d左右，基本满足设计木材含水率的要求。气干法一般用于工期比较紧，自然干燥满足不了工期要求时。

木构件在含水率检测达设计要求后，进行防水、防腐处理。

2.2.3 木材防腐处理

根据使用广泛和简易施工的原则，采用浸泡法和喷淋涂刷法[5]两种防腐工艺。见表2。

梁、柱等木构件采用的是硬木类型，木材本身具有一定的抗腐能力，涂刷过CCA防腐剂后，防腐效果大大增强。

2.2.4 防腐构造设计

1）防水、防潮节点构造。梅城属低纬度地区，高温多雨、气候潮湿，木结构易腐。从防水设计角度考虑，若采用夹杆式或抱箍式，能减少木柱被雨水的浸泡。见图6。

木结构建筑的坡屋面采取木条交错层叠、多类型防雨幕墙、设置屋面悬挑和坡度等方式来加速雨水顺流，降低雨水的侵害。见图7。

2）防虫蚁设计。充分考虑白蚁的危害，在地基处理时要进行消杀，对地基周围土壤采取钢丝网隔离、封闭等措施防虫；整体浇筑混凝土板，有效加筋，保证不会因底板开裂而带来隐患。增设0.7 mm×0.5 mm钢丝防护网[6]，避免白蚁飞入通风口、窗户和排水口等。

3 结语

在木结构建筑修缮中合理的选择木材，柱和梁选择以硬木为主，松木和杉木作为局部更换部件使用；经防腐处理木材的含水率低于15%；選择合适的化学药剂进行有效的处理，CCA水溶性防腐吸药量要＞4.0 kg/m3，同时在合理的构造设计能，最大程度降低木材所处环境的水分，确保木结构的稳定性，从而提高木结构建筑的使用年限。

参考文献：

[1]石志敏，周    乾，晋宏逵，等.故宫太和殿木构件现状分析及加固方法研究[J]. 文物保护与考古科学，2009，21（1）：15-21.

[2]GB/T 13942.2—1992，木材天然耐久性试验方法一木材天然耐久性野外试验方法 [S].

[3]佐佐木惠彦，赵云玉. 木材饲料的开发研究[J].林产化工通讯，1990，（3）：33-35.

[4]冯    铭. 木结构与木构造在建筑中的应用[M].南京：东南大学出版社，2015.

[5]马星霞，王艳华，贺大龙. 古建筑木结构病害与保护[M].北京：中国林业出版社，2021.

[6]易    欣，于    伸.从牌坊倒塌事故看木结构建筑的防腐设计[J].天津城市建设学院学报，2013，19（2）：87-91.

收稿日期：2022-04-13

作者简介：刘景雷（1981 - ）， 男， 硕士， 安徽亳州人， 高级工程师， 从事仿古建筑的设计及施工管理工作。