我国现代木结构防护措施在工程中的应用现状

李熠诗

（中建科技集团有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

2020 年 9 月，中国提出碳达峰、碳中和目标。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中指出，加快推动低碳发展，发展绿色建筑，降低碳排放强度。在建筑的全生命周期内，木结构的碳排放量低于钢筋混凝土结构及钢结构［1，2］。但长久以来，木结构发展受其耐久性限制，提高木结构耐久性有助于木结构建筑的进一步推广。木结构耐久性研究相对于钢筋混凝土结构具有特殊性，实际工程中受温度、湿度、太阳辐射、腐朽等自然因素和生物因素的综合影响［3，4］。合理的防护措施能延长木结构的使用寿命，并使其在一定时期保持良好外观，在结构与美学方面均具有良好的耐久性［5］。在实际工程中通过涂刷防护漆、药剂处理及其他构造措施等方法达到防水防潮、防腐、防虫、防紫外线等目的。本文总结了影响木结构耐久性的因素，并结合我国木结构相关规范和标准对现代木结构的防护措施进行概述，提出我国现代木结构防护工程中存在的问题及改进建议。

1 木结构耐久性的影响因素

1.1 自然环境因素

自然环境对木结构建筑的作用机理比较复杂，包括日照、风、雨、温度等。太阳辐射是影响木结构建筑耐久性的重要原因之一。日照使木材发生光化学反应，木材中的木质素、纤维素及半纤维素发生降解。木材的光老化最初表现为表面褪色，继而稳定性降低，使木结构在外观与强度上均受到影响［6-8］。

木材的含水率受温度、降水、风等诸多因素影响，木构件的含水率控制十分重要。木材具有湿胀干缩的特点，干缩形变容易引起木材开裂、连接失效、气密性保温性降低，进而影响构件强度，使木材易于腐朽发霉等，因此影响木结构的耐久性［9］。湿胀形变一般由施工过程中的受潮引起，通常设置湿胀缝以避免平面外失稳。此外，木材的腐朽和虫蛀均与木材含水率有较强的相关性。

1.2 生物因素

影响木结构耐久性的生物因素包括霉菌引起的表面污染、以木腐菌为主的真菌引起的腐朽和虫蛀［10］。木材腐朽需要具备氧气、一定的温度和水分三个条件。腐朽常见于室外接近土壤的位置和室内湿度大的位置，比如柱脚、屋盖阴沟等，或由冷凝水引起的墙体内腐朽［11］。解决木材腐朽的根本方法是干燥通风。我国木结构的虫害来源主要为白蚁蛀蚀。在高温潮湿的南方地区，白蚁分布更为广泛，危害更严重。

除了自然因素与生物因素外，木材本身的材料性质也有差异。不同树种的防腐性能、干缩程度、耐磨性、耐腐性以及对虫害抵抗力均有差别。同一树种的心材都比边材耐久性高［12］。

2 现代木结构防护措施

2.1 防水防潮

设计细节与生产控制都可以在一定程度上减缓湿度对木材的不利影响。不同的构件种类和不同的使用地区对含水率的要求有所差别。通常情况下，层板胶合木（GLT）的含水率设计取值为 15 % 以下，正交胶合木（CLT）的含水率设计取值为 12 % 左右［13-15］。木材顺纹和横纹的收缩率相差很大，在结构设计中主要考虑横纹方向的变形。通过构件出厂含水率与木结构所在地区的平衡含水率可计算含水率之差，从而计算变形的影响。

在施工过程中主要通过构造措施达到排水通风的目的。GB 50005－2017《木结构设计标准》和GB 55005－2021《木结构通用规范》作出了木结构建筑防水防潮的一般规定，适用于轻、重木结构设计。木结构建筑应有效利用周围地势、环境，减少围护结构在自然环境中的暴露，并采取构造措施减缓湿度对结构的破坏。木结构防水包括屋面防水、楼地面防水、外墙防水和细节防水，采用合理的节点设计、防水透气膜（呼吸纸）及耐候漆等耐久性材料，可以达到排水、通风、提高气密性的效果。木结构防水防潮的通用做法总结为以下几点。

1）利用建筑物外形、泛水材料、坡度设计等避免积水，使雨水偏离建筑物表面，促进局部排水，例如屋面挑檐和集水装置的设计。

2）不应将木构件与土壤、砌体、混凝土直接接触。在桁架和大梁支座下、木结构构件与混凝土等的接触面应设置防潮层，木柱下设置柱墩或垫板，不应将木构件直接封闭在墙体中、浇筑在混凝土或砌入砌体中。

3）木结构隐蔽部位应设置通风孔洞。

GB/T 50708－2012《胶合木结构技术规范》规定了胶合木结构设计的构造措施，主要包括防潮层或预留缝隙的设置、悬挑屋面坡度、外露结构构件的金属盖板保护或防腐处理等。DG/TJ08－2059－2009《轻型木结构建筑技术规程》（上海市工程建设规范）对轻型木结构的防水防潮构造作出规定，包括基础、地下室、架空层、墙体、门窗、屋面、屋顶露台及阳台防水。GB/T 50772－2012《木结构工程施工规范》对设计文件进行楼盖、屋盖、节点等细节补充。GB 50206－2012《木结构工程施工质量验收规范》规定了木材含水率的检验方法。

2.2 防腐

木结构的防腐主要根据设计使用年限、使用环境及木材材料性质确定是否使用防腐木、防腐剂种类及处理方法。目前，市场上的防腐木材主要有三种：化学防腐木、深度炭化木和纯天然防腐木。其中，大多数木材采用化学防腐，它通过破坏造成木材腐烂的细菌及虫类的生存环境，达到防腐的效果。常用的防腐剂包括铜铬砷（CCA）防腐剂、氨溶烷基胺铜（ACQ）防腐剂、铜唑（CA）防腐剂等，其中，CCA 防腐剂由于含有砷、铬等成分，毒性较大，现已被欧盟、美国等国家禁用，目前全球使用最广泛的防腐剂是 ACQ 防腐剂［16，17］。木材防腐处理方法分为常压法和压力浸注法。常压法又针对干燥与未干燥木材分为涂刷法、喷雾法、喷淋法、浸渍法、冷热槽法及扩散法。根据使用环境不同，按载药量与透入度的要求采取相应的处理方法［18］。在处理前构件应加工成最终尺寸，并进行去皮、干燥、刻痕等预处理，以保证防腐效果。

GB 50005－2017《木结构设计标准》规定了防腐木的应用场景，并提出应避免防腐剂引起金属连接件的腐蚀，采用热浸镀锌或不锈钢产品。GB 55005－2021《木结构通用规范》除了对防腐木应用的环境条件做出明确规定外，还对木结构中的钢结构连接件、紧固件的镀锌层厚度、质量等防腐保护做出具体规定。GB/T 27654－2011《木材防腐剂》规定了药剂配方和技术指标，适用于木材防腐剂的生产及使用。GB 50206－2012《木结构工程施工质量验收规范》对防腐木中药剂的保持量和透入度作出规定。LY/T 3228－2020《加压防腐处理胶合木》弥补了防腐胶合木质量管理的欠缺，将防腐加压处理胶合木使用环境分为五类，对含水率、载药量、透入度等作出明确规定。

2.3 防虫蛀

白蚁的防治应以“预防为主，防治结合，综合治理”为原则。GB 50005－2017《木结构设计标准》根据木结构建筑白蚁危害程度将不同地区分为四个危害区域等级，根据不同区域等级采取不同措施。JGJ/245－2011《房屋白蚁预防工程技术规程》对白蚁预防工程的构造设计、施工方法、检测控制作出了技术规定。

目前，国内外对木结构防护的研究内容包括光稳定剂、保护涂层、无机金属化合物和生物基防水剂处理木材、木材的化学改性、木材热改性及木材与木材表面热固性树脂、糠醇和 DMDHEU 的改性等［19，20］。在大体量工程中能够成熟应用的技术还很有限，因为新的技术应用涉及成本核算、环境影响评估、规模化生产可行性研究等多方面因素［21］。目前仍以表面涂刷耐候漆及传统防腐剂防腐防虫处理为主，并加以维护。

3 现代木结构防护在工程中存在的问题

大多数情况下，胶合木构件无需加压防腐处理。但当使用环境容易使构件腐朽时，需要对其进行加压防腐处理。加压防腐胶合木处理方法分为两种，即先将层板构件胶合然后防腐，或先防腐处理，干燥后再进行胶合。采用先胶合后防腐时，桥梁、室外大跨构筑物等结构构件的防腐处理容易受设备的限制，且采用水性防腐剂时构件处理后很容易变形。GB/T 50708－2012《胶合木结构技术规范》规定，当使用水溶性防腐剂时，不得采用先胶合后处理的方式。我国防腐木企业销售的防腐胶合木大多数是对进口胶合木进行防腐处理，因此大多数为先胶合后处理。采用先防腐后胶合时，防腐效果更好，但加工成本高，工序较复杂。防腐剂种类、木材种类、胶黏剂种类及处理工艺会影响胶合木的界面粘结性能［22-25］，同时影响力学性能［26］。LY/T 3228－2020《加压防腐处理胶合木》对胶合木的防腐质量作出具体要求，对规范防腐胶合木的行业发展具有积极作用。

国外对防腐木工程中的五金件尤其是紧固件防腐的研究较早，在 CCA 防腐剂被禁用后，紧固件等的腐蚀问题更加突出。紧固件的腐蚀会降低连接强度，同时还会使其周围木材强度降低［27］。已有研究针对不同防腐剂处理的木材，在 PH 值、氧气、水分、温度及盐类物质等为控制条件下，比较不同类型紧固件的腐蚀反应，提出防腐木金属紧固件的使用寿命模型和设计程序［28－31］。预测气候条件的影响，提出适用于现代可靠性工程设计规范的木结构金属紧固件设计方法，并对五金件或防腐剂新产品的评估提出了电化学腐蚀试验方法等。目前，降低五金件尤其是紧固件腐蚀性的措施包括隔离法和电化学保护法。国内开始逐渐重视木结构工程中五金件与含铜防腐剂间的反应：最新发布的 GB 55005－2021《木结构通用规范》相对于 GB 50005－2017《木结构设计标准》和 JG/T 489－2015《防腐木结构用金属连接件》对镀锌层的具体要求作出进一步规定。

4 结语

木结构的耐久性不良是制约其发展的重要原因之一。完善现有生产技术，并将传统建筑材料与现代绿色建材有机结合，是扩展木结构建筑应用的重要手段。我国加压防腐胶合木的制作工艺仍然有待完善，高耐久性的防腐木连接件、紧固件等产品的深入开发对木结构耐久性的提升具有重要作用。对工程中的防腐胶合木与防腐木紧固件应进一步加强质量监督管理。绿色建材在政策环境与使用需求的推动下大力发展，包括生物质复合材料、光伏储能产品、绿色保温材料、建筑节能玻璃等。利用木结构的材料特性，使现代绿色建材与木结构形成结构、装饰、防水、产能、保温隔热、隔声等一体化设计，研究节点装配工艺，优化成本结构，是提高木结构建筑接受度与推广度的有效途径。