膠合木板腐蝕作用因分析和防治

引言

板作為結構中的受力重要構件在大跨橋梁﹑工業和民用建筑中應用十分廣泛，尤其在鋼筋混凝土框架結構中，雙向板經常作為重要課題得到國內外眾多學者關注。近年來，膠合木結構由于其自身強度高﹑施工簡便﹑綠色環保﹑造型美觀的特點在歐美國家得到廣泛應用，由于木材屬于易受環境等作用腐蝕的各向異性材料，國內關于膠合木結構的研究和發展仍在起步階段，關于膠合木板的腐蝕作用的研究更是少之又少。因此，研究膠合木板的腐蝕作用因素和機理，將加快推動我國現代膠合木結構發展，實現綠色材料應用的推廣，構建環境友好型和節約型社會。

本文通過選取東北落葉松為原料，膠黏劑選為間苯二酚甲醛樹脂，通過對國外關于木材受侵蝕作用的因素和機理的總結歸納，分析膠合木雙向板腐蝕作用因素和機理，歸納和比較膠合木板腐蝕作用的檢測與防治措施和問題。

木材腐蝕作用因素和機理

1.水分

木材中的水分在腐蝕作用中發揮了很多作用，對于真菌來說，水分為它提供了產生腐化木結構所需酶的媒介。當水分浸入木材的時候，微分子結構會發生膨脹直至達到其纖維飽和度（大約木材含水量的30%）。在這一點上，大量的自由水進入木材細胞空間，然后大量的真菌開始侵蝕木材。水分的大量膨脹是為了給真菌酶提供進入木材細胞的渠道，加快了腐蝕的速度。

2.溫度

大多數有機物會在一個適宜的溫度下繁殖，這個適宜溫度的變化范圍是21攝氏度-29攝氏度；然而，它們可以在一個更大的溫度變化幅度范圍中生存。在低于0攝氏度時，大多數有機物的新陳代謝速率減緩，或者它們產生一種抵抗物質幫助它們度過不利于它們生存的時期。當溫度上升超過冰點時，它們會再次侵蝕木材內部，雖然有一些物種有著極強的耐高溫能力以至于在39攝氏度時仍然能夠繁殖，但是但溫度上升到32攝氏度時，侵蝕作用的速率迅速下降，當溫度上升超過32攝氏度時，有機物的成長速率會下降。大多數有機物在這一溫度條件下都會死亡，同時，大家普遍認為木材暴露在66攝氏度的溫度條件下達到75分鐘以后，木材內所有的腐蝕性真菌都會被消滅。

在木結構橋梁的相關文本中，溫度是不可控制的因素，但是監測者應該意識到在生物作用更強的溫室環境中，腐蝕作用會變得更加嚴重。這個因素已經與降雨量結合被應用于發展建立氣候的索引和參考，通過對溫度和降雨量的分析和描述來建立一個地區的木結構腐蝕作用的參考。雖然這種索引和參考并沒有考慮不同地區天氣模式的一些變化，但是它確實為評估和防護木材腐蝕作用提供了相對有價值的參考。

3.真菌

真菌是一種簡單的，似植物的有機生物。它損害和利用木材是由于木材是它們的食物來源。在顯微鏡的觀察下，它們像網絡一樣在木材細胞間游走，絲狀般的菌絲體直接從木材內部長出或者直接穿透木材細胞壁（圖1）。當菌絲體伸長時，會產生能夠腐化細胞膜，木質素的酶然后將腐化的物質進行消化。一旦真菌從木材中獲取足夠的能量，它們會產生一種有性或者無性可結果的形體然后傳播可以入侵其他樹木的胚種。結出果實的形體產生大量菌絲體，這些菌絲體不斷生長和繁殖最終產生數百萬計的胚種（圖2）。這些胚種通過風，昆蟲以及廣闊大地上其他一切媒介廣泛傳播。最終導致大量木材在溫度，水分適宜真菌生存的情況下飽受真菌侵蝕。

雖然真菌侵蝕作用在歷史上有過記載，但是直到1878年R.Harting才準確描述了真菌菌絲體與木材腐化作用的關系。甚至到今天，我們持續發現新的真菌物種以及研究寄生在木材表面的真菌物種關系。盡管有數以百計的真菌物種，侵蝕木材的真菌物種可以被分為三類：霉菌，染色真菌，腐真菌。它們在很多方面很相似，但在對木材的侵蝕作用上有著本質的不同。

4.昆蟲

昆蟲是地球上最普遍的物種之一，并且毫無意外地，大量的種類擁有發達的能力來利用木材作為庇護和食物。26種昆蟲中，就有6種能造成木材的損害。白蟻（白蟻目），甲殼蟲（甲蟲類），蜜蜂，黃蜂，螞蟻（膜翅目）等是引起木材的蟲類損害的首要因素。昆蟲的侵襲通常是木材上明顯的通道和蟲洞，這些蟲洞常常充滿了木粉和蛀屑（昆蟲排泄物）。粉末的排放，大量的木粉和蛀屑在木材外部也是另一種侵襲的跡象。此外，昆蟲在木材結構各部分的移動也帶來了能更深層侵襲木材污染和腐敗的菌類。一種昆蟲甚至攜帶了一種能令堅硬的松樹腐敗的菌類。

檢測和預防侵蝕作用的方法

檢測橋梁腐朽的方法被分為兩種：分別是外部腐朽和內部腐朽。這兩種情況中，具體的方法和工具針對某一情況的損傷契合，并且它們的有效性取決于建筑的類別。盡管在工作中多種多樣的檢測方法可以使用，但是實際中，檢查者只使用其中一小部分工具。這些方法和工具常常意味著預算、預先的經驗和所遭遇到的各種問題。

1.探查

探查用到了適度的指示工具，例如錐子和刀。探查的滲透指明了木材表面腐朽引起的過軟和缺乏抵抗力。盡管探查只是一個簡單的檢查方法，分析它的結果需要經驗。我們必須很小心的區分腐朽和在某種程度下比干木更軟的水軟木。有時同樣十分難評估軟木的損傷比如紅刺柏。

2.取樣檢測

取樣測試是測試表面腐朽程度最簡單，最廣泛的使用方法。鶴嘴鋤、錐子和螺絲刀用來刺入木材一小段距離采集它的碎片。（圖13-23）木材的碎片用來檢測并確定碎片是腐朽還是完好的。完好的木材有纖維結構和紋路的碎片。腐朽的木材沿著紋路突然斷裂并出現小的碎片。一些研究顯示取樣測試對于表面腐朽的檢測是十分可靠的。唯一的缺點是在每一次測試中要取得一大塊木頭。

3.無損檢測

像取樣檢測一樣，無損檢測同樣適用于表面損傷檢測。無損檢測儀是一種彈簧針裝置，它把堅硬的鋼針壓在木頭上。（圖13-24）穿刺的深度作為腐朽程度的測量。無損檢測在若軟腐病菌橫行的歐洲應用廣泛。他同樣用來通過3種改良系統測試木材準確的重力。當木材的表面損傷無法確定，無損檢測法能夠提供一個準確的評估報告，提供包括濕潤度和木材樹種測試的統一修正。

4.內部損傷檢測

與外部損傷檢測不同的是，內部損傷檢測更加難以定位，因為它并沒有視覺上存在的跡象。眾多復雜性強的方法和工具被發明出來檢測內部損傷，通過錘子在表面的擊打收集復雜的聲音和射線進行評估。此外，例如濕度計，可以幫助檢查者確定符合內部腐朽條件的區域。

防治措施

1.濕度控制

濕度控制是減少木板腐爛危險最經濟、簡單的一種方法。它可以作為一種有效的和實際的維修技術，以延長許多現有的橋梁的使用壽命。當外界濕度降低時，木結構構件內部含水量會蒸發導致含水量低于大多數真菌和昆蟲生長和存活所需的含水量（大約25%）。濕度控制是用于保護許多未經處理的木材建成的廊橋建筑的唯一方法。濕度控制涉及常識上的確定區域上可見浸潤或高含水量，定位水源并采取糾正措施以清除源頭。例如，靠近道路的水流可以改變排水溝布局讓水遠離橋梁而不是讓水從橋面上流過。清除橋面表面、排水溝和其他水平部分的泥土和雜物也能減少結構捕獲水分并能改善空氣流通。一種最有效的濕度控制的途徑是限制或阻止水通過橋面。不透水的面板能夠保護重要的結構構件并在本質上減少了潛在的腐變。膠合層木或應力層面板提供最好的保護因為他們放置能形成一個密封面。出現膠合木層或應力層對接接頭漏水可用水泥瀝青鋪面替代。

2.現場防腐處理

現場防腐處理包括在現有結構中應用防腐化學品預防或抑制腐爛。常用的有兩種處理方法是：表面防護和熏蒸劑。表面防護應用于預防表層木材的腐爛，而熏蒸劑應用于防止木材內部腐爛。現場處理是延長木橋使用年限的一種安全、有效和經濟的方法。因為這些方法在多年的實踐中取得很好的效果，許多技術和修復辦法飛快發展并應用于鐵路或公共場所。大量的木橋都是使用現場處理的方法，其使用年限延長20年以上。

3.構件強化

構件強化包括增加材料強度或加強現有構件。附加構件通常是木材或鋼板用螺栓連接，用于增強有效截面并因此提高承載能力。兩種廣泛使用的構件強化方法是絞接和疊接。盡管這兩者之間的區別相當模糊，但是通常情況下，絞接適用于連接和加強已確定的位置，而這一位置由于裂縫、劈裂或其他缺陷會發生應力轉移。疊接更頻繁的是與加強現有承載力不足的構件聯系在一起的，并涉及增加加強件覆蓋在原來構件上，加強件長度甚至超過原來構件長度。在這兩種情形中，為確保構件承載力的修復和核實應力的分布需要進行徹底的結構分析。木紋必須避免引進偏心荷載或垂直張力的情形。當用絞接時，為了更均勻地把荷載分配給拼接板建議將有缺陷的部件完全通過原來的構件。

環氧樹脂修補

環氧樹脂由基本樹脂和樹脂固化劑組成，混合在一起是液體或凝膠（泥）形式。混合時，環氧化合物硬化形成固體，這種耐用材料在最清潔的表面可提供高強度的附著力。20世紀50年代，環氧樹脂由油漆和航空工業最初開發；20世紀60年代被廣泛用于修補混凝土裂縫。1976年，埃文特第一次提出了環氧樹脂用于修理木材的研究報告。自那時以來，用環氧樹脂維修木質構件在制定設計標準和評估其有效性方面已有了相關的研究工作。雖然那時還沒有條文或設計標準規范或允許應力的出現，但環氧樹脂修補技術已成功的應用于木橋（大約從20世紀60年代初開始）。

在結構和半結構中，環氧樹脂在木材修補中用作粘合劑（黏合劑）或/水泥漿（填充物）。它通常采用壓力注入，但也可以作為凝膠或油灰手動應用。當環氧樹脂作為一個粘合劑，以提供在干燥位置的結構修補構件之間的剪切阻力是最有效的。對于半結構修補，它用于填充空隙或維修軸承表面，埃文特介紹了結構（A類型）和半結構（B類型）環氧樹脂修補的六種基本類型。列舉如下：

類型A-1 桁架節點處的分裂構件和裂紋的環氧樹脂注入。

類型A-2 腐木的環氧樹脂注入和加固。

類型A-3 斷裂件的拼接和環氧樹脂注入。

類型A-4 分層梁環氧注入。

類型B-1 縱向裂縫的環氧樹脂注入和在桁架構件中的劈裂。

類型B-2 用環氧樹脂膠修補軸承表面。

關于橋梁的應用，環氧樹脂修補可分為灌漿、插接和樁修復。

結語

現代木結構構件具有強度高﹑自重輕﹑綠色環保等優點。我國古代木結構聞名中外，但是現代木結構的研究與發展仍處在起步階段，因此對膠合木構件尤其是膠合木板的研究深入是十分必要的。

本文以國產東北落葉松為原料制造的膠合木板為例，分析和歸納了木板腐蝕作用因素和機理，總結了對于侵蝕作用的檢測和防治辦法，證明了在實際工程中膠合木板的腐蝕作用防治是有效的，并為現代木結構在國內的發展﹑推廣及應用打下了一定基礎。

（作者單位：中南林業科技大學土木工程與力學學院）