木结构建筑用材防霉方法的现状
2022年02月24日 更新
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木结构建筑在我国有着悠久的历史，早在3500年前[1]，我国就以木材作为主要的建筑材料，并形成了用榫卯连接梁柱的木结构体系，仅从《阿房宫赋》中“蜀山兀，阿房出”，便可想象出我国古代木结构的壮阔景象。十九世纪末，随着列强入侵，封建制度瓦解，西方科学技术逐渐传入我国，梁柱体系由于用料大、跨度有限、形式单一等缺点逐渐被钢筋混凝土结构体系、砖墙支撑木桁架体系、钢结构体系等结构代替[2]。20世纪80年代，我国出现了林业资源匾乏的状况，可用于木结构建筑的木材资源短缺，木结构建筑因此停滞发展20余年。2000年以来，随着中国加入世贸组织，优质结构用材进口成本下降，流行于北美的轻型木结构建筑进入国民视野，逐渐受到人们的关注和追捧[3]。
1 现代木结构建筑的发展优势
1.1 材料性能优良
随着社会经济的发展，人们环保意识的提高，环境问题和资源问题逐渐受到重视。建筑业是目前耗能最大的产业[4]，建筑节能、绿色建筑已成为建筑业发展的目标。木结构建筑因具有使用寿命长、施工简易、冬暖夏凉、抗震防火等特点，符合绿色建筑的发展要求[5]。
1.2 木结构技术发展
随着科技的发展，木结构打破了自身跨度小、用材大的缺点，在用料和构造方面有了很大的突破。例如，英属哥伦比亚大学宣布将在2019年建造完成高度为53米、层数为18层的全木结构大楼，该建筑对环保的贡献相当于每年从马路上减少480辆车的污染。
1.3 国家政策的支持
近年来，国家开始关注木结构建筑的优势，并出台相应政策支持木结构建筑的发展 [6]。2013年1月，在国家发展改革委、住宅城乡建设部制订的《绿色建筑行动方案》中指出要切实抓好建筑的节能工作，加快绿色建筑相关技术研发推广，大力发展绿色建材。2015年9月，工业和信息化部、住房城乡建设部联合发
布《促进绿色建材生产和应用行动方案》，方案中明确指出大力发展木结构建筑，促进城镇木结构建筑应用，推进多层木-钢、木-混凝土混合结构建筑，在经济发达地区的农村自建住宅、新农村居民点建设中重点推进木结构农房建设。
2 木结构建筑的用材及问题
按照木构件的大小可将木结构建筑可以分为普通木框架建筑、轻型框架建筑、重型木结构建筑三类。木结构的材料可分为天然木材和工程木制品两种。天然用材包括原木和方材、板材、规格材等锯材。工程木制品包括结构用材、结构用板、木结构工字木搁栅等，材料为定向刨花板、层板胶合木、结构胶合板、中密度纤维板等[7]。由于我国地域差异较大，在不同的气候条件下木结构用材会产生开裂、发霉、腐烂、强度降低、老化等现象，特别在我国南方高温高湿的环境下，木材极易发霉腐烂，严重的影响了建筑寿命和外观，因此对木结构用材的防霉防腐性能有着更高的要求。近十几年来，虽然我国在结构用木质材料方面发展较快，但多偏向于集装箱、建筑模板等，真正应用于木结构建筑的材料依旧依靠进口，包括美国南方松、加拿大红雪松 、俄罗斯樟子松等。
3 木结构建筑用材的防霉方法
木材产生霉变的霉菌有黑曲霉、绿色木霉、桔青霉、可可球二孢菌等，在适宜的条件下，霉菌能在木材上迅速生长，形成大量致密的霉斑难以清除。霉菌产生的各种酶类能够引起木材变色反应，甚至会导致木材软腐。与此同时，有些霉菌对不良条件的抵抗力强，具有一定的抗药性和耐高温性，所以对木材用防霉抗菌剂的要求就更高。目前，木材常用防霉剂一般分为油类防霉剂、油载防霉剂、水载防霉剂、天然防霉剂、纳米防霉剂[8]。
3.1 油类防霉剂
油类防霉剂包括煤焦油、煤杂酚油、低温焦油 、二蒽油、焦化油等。其中应用范围最广的为煤杂酚油，也叫克里苏油或煤焦蒸油,它即可以单独使用也可以和油类防霉剂混合使用。油类防霉剂具有很好的耐候性，但是处理后的木材颜色发黑，有刺激性气味，胶合性能差，不利于涂饰连接，燃烧时会产生大量浓
烟，毒性大，使用时会有渗出现象，造成环境污染，这些缺点都导致油类防霉剂应用范围逐渐缩小。
3.2 油载防霉剂
油载型防霉剂又称有机溶剂防霉剂，包括五氯苯酚、百菌清、有机锡、环烷酸铜、异唾唑酮等。油载防霉剂的防霉防腐性能强、抗流失性好、处理后的木材尺寸稳定性好、表面胶合性能好，但成本较高且对人畜的危害较大，在许多国家己经被禁止使用。油载防霉剂中应用最为广泛的为五氯苯酚，但研究表明五氯苯酚中含有微量的多氯代二苯 - P - 二嗯英，对哺乳动物剧毒，并有致癌作用，这种防霉剂正在逐渐被其他方式代替。
3.3 水载防霉剂
水载防霉剂是目前应用最广的一类防霉剂，约占防霉剂的3/4。水载防霉剂由具有防霉效果的盐类组成，包括氨溶烷基胺铜(ACQ)、烷基铵化物(AAC）、硼化物、铬化砷酸铜（CCA）、二甲基二硫代氨基甲酸铜(CDDC)等，防霉效果取决于其中的活性成分。铬化砷酸铜（CCA）由于价格低廉、防霉防腐性能极好，曾经是应用最广的水载防腐剂，但CCA中含有的重金属离子对人身健康存在潜在威胁、对环境影响大，目前被许多国家明令禁止使用[9]。硼类防霉剂具有毒性低、光谱抗菌的优点，但缺点是容易流失、处理后木材尺寸稳定性差，几乎不能应用于室外，因此在使用上受到了很大的限制。铜、锌、铁、铝金属等也可用于木材防霉中，其中铜类防腐剂使用最多，主要有ACQ( 季铵铜 ) 和 CA( 铜唑 )。这两类防霉剂应用范围广，防霉效果也较好。
3.4 天然防霉剂
天然抗菌剂主要来自天然物质的提取物，其中在木材防霉抗菌方面应用的有壳聚糖、竹醋、柏木苯醇抽提物等。研究表明：竹醋液、柏木苯醇抽提物对木材和竹材均具有较好的防霉抗菌作用，尤其竹醋原液对木材霉菌的抑菌率达到99%。不过天然防霉抗菌剂多具有耐热性差、稳定性差、成本高等缺陷。
3.5 纳米防霉剂
无毒且与人类和环境友好的高效木材保护剂一直是木材科学所关注的问题。近年来，纳米技术被引入到林业行业中，以纳米技术为基础的木材防霉防腐研究成为了热点，其中最常见的是金属无机纳米防霉剂。该类型的防霉剂的原理是利用钛、铜、银、锌等金属及其离子的杀菌抑菌功能[10]，通过对木材的纳米改性, 可使防霉防腐性能大大提高, 并延长其使用寿命。纳米防霉剂具有很好的渗透性、耐久性、稳定性、抗流失性和防潮性，并且它还是一种环境友好型产品。在将来,以纳米技术为基础发展的木材防霉剂将在很大程度上影响木材工业的前进方向。
4 结语
近年来，我国不少研究院校把目光转向了木结构建筑材料并取得了一定的成果，但总体而言，我国木结构研究较发达国家仍有很大的差距。随着经济的发展和环境意识的增强, 木结构建筑用材的技术面临着新的机遇和挑战, 开发无毒、高效、长效、多效、环境友好性材料是这一行业所急需解决的关键问题。
