古建筑木構(gòu)件原位加固防腐分析

林劍清

摘要：作為一種不可再生的文化遺產(chǎn)，古代建筑作為一種載體能夠有效地傳承和認(rèn)知文明。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和形式是我國(guó)古建筑聞名的主要特點(diǎn)，木質(zhì)構(gòu)件則是我國(guó)很多國(guó)代建筑的主要結(jié)構(gòu)。作為一種植物性材料，木材有著十分明顯的生物特性，在經(jīng)歷成百上千年歷史的打磨下，木材會(huì)受到化學(xué)因素、物理因素、生物因素等多種外部因素影響，微生物會(huì)在適宜的溫度以及濕度條件下迅速的發(fā)展，腐朽或者是蟲(chóng)蛀就會(huì)出現(xiàn)在木構(gòu)件中，進(jìn)而導(dǎo)致木材物理力性逐漸的縮減，最終形成古建筑木結(jié)構(gòu)的殘損和物理力學(xué)的破壞，若不對(duì)其進(jìn)行有效的加固或者是防腐處理并將直接影響到木結(jié)構(gòu)的壽命。因此，怎樣將古建筑木結(jié)構(gòu)這種危機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化改善，將不破壞木結(jié)構(gòu)的木質(zhì)特性作為基本的原則，并在此基礎(chǔ)上提升木結(jié)構(gòu)的壽命，已經(jīng)成為當(dāng)下文物保護(hù)行業(yè)的首要任務(wù)。本文就針對(duì)南方粵西地方的實(shí)際情況對(duì)古建筑木構(gòu)件原位加固防腐技術(shù)做出探究，以望引起重視。

關(guān)鍵詞：古建筑;木結(jié)構(gòu);原位加固防腐

一、前言

由于古建筑木構(gòu)件模材料的變化與木結(jié)構(gòu)古建筑的壽命有著直接的關(guān)聯(lián)，其能夠?qū)δ窘Y(jié)構(gòu)的強(qiáng)度產(chǎn)生至關(guān)重要的影響[1]。能夠造成古建筑木構(gòu)件木材材性出現(xiàn)變化的原因多種多樣，其中生物和微生物的破壞、酸性有害物質(zhì)以及污染物的覆蓋侵蝕;環(huán)境中的灰塵以及自然老化等都能是造成古建筑木結(jié)構(gòu)木材材性降低的重要原因，而其中低古建筑木構(gòu)建材質(zhì)破壞最為嚴(yán)重的原因就是生物和微生物。因此，要真正實(shí)現(xiàn)對(duì)古建筑木構(gòu)件的原位防腐加固保護(hù)，則應(yīng)當(dāng)改進(jìn)古建筑木材的材質(zhì)，針對(duì)生物以及微生物對(duì)木材材質(zhì)破壞的原因進(jìn)行深入的分析，以此來(lái)研究古建筑木構(gòu)件原位加固防腐技術(shù)。由于當(dāng)下科學(xué)技術(shù)在不斷地進(jìn)步，人們?cè)诎l(fā)現(xiàn)保持木材原有紋理質(zhì)樸自然等木性的前提下，結(jié)合一系列的化學(xué)以及物理處理方式，經(jīng)過(guò)改善之后的古建筑木構(gòu)件材質(zhì)具備克服傳統(tǒng)木材易變色、防腐防蟲(chóng)性能差、易燃、各向異性、尺寸穩(wěn)定性差以及干縮濕脹等缺點(diǎn)，促使古建筑木構(gòu)件的壽命得以延長(zhǎng)，有效的保護(hù)和修復(fù)了珍貴的現(xiàn)存古建筑木構(gòu)件。

二、南方粵西工作的地域病蟲(chóng)害

粵西是指我國(guó)廣東省西部地區(qū)的簡(jiǎn)稱，此處我國(guó)熱帶和南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，粵西地區(qū)有著充足的光照和溫暖的氣候，更憑借粵西地區(qū)獨(dú)特的古建筑成為人們旅游度假的圣地[2]。由于粵西地區(qū)自然條件得天獨(dú)厚，因此為植物生長(zhǎng)提供了便利的條件，粵西地區(qū)的古建筑中，木構(gòu)件是主要內(nèi)容之一，各式各樣的木構(gòu)件為古建筑的審美品位的提升做出了巨大的貢獻(xiàn)，例如粵西地區(qū)宋元使其木構(gòu)古建筑的瑰寶“梅庵，始建于北宋至道二年（996），為古端州名剎，也是嶺南地區(qū)最為古老的木構(gòu)建筑，其梁架、斗拱均保留了宋代建筑的風(fēng)格，為嶺南僅有的宋代遺構(gòu)，故有“千年古庵，國(guó)之瑰寶”的美譽(yù)”“德慶學(xué)宮大成殿，結(jié)構(gòu)采用"四柱不頂"的獨(dú)特形式以滿足建筑物防災(zāi)的要求，其大成殿，對(duì)研究我國(guó)宋、元建筑史有重要意義，是嶺南元代木構(gòu)建筑的瑰寶”“高要學(xué)宮大成殿，全殿豎36根大楠木柱，微側(cè)腳，柱礎(chǔ)為石質(zhì)花籃形。柱頂為斗拱結(jié)構(gòu)，上檐斗拱24組，下檐斗拱32組。下檐正立面除各柱頭置斗拱外，正間置鋪?zhàn)鞫饭?組，次間置鋪?zhàn)鞫饭?組。斗拱用足材，外出三跳六鋪?zhàn)?，單抄三下昂。殿宇高大莊嚴(yán)，雕梁畫(huà)棟，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是廣東保存較好的明代學(xué)宮建筑藝術(shù)珍品”，其一精美的木構(gòu)件設(shè)計(jì)每年都吸引了大量的游客前來(lái)參觀。但對(duì)于粵西地區(qū)的古建筑來(lái)說(shuō)，由于其大部分是采用木質(zhì)構(gòu)件進(jìn)行建造，以為木材有著極大的加工便利性，再結(jié)合粵西地區(qū)的得天獨(dú)厚的天然優(yōu)勢(shì)，木材構(gòu)建成為最古老的建筑材料之一[3]。作為一種植物性原料，木材的生物特性十分明顯，這在某種程度上也是木材構(gòu)建的一種不足，木材室友木質(zhì)素、半纖維素以及各種纖維素共同組成了木材，因此粵西地區(qū)古建筑中的木材在經(jīng)歷了成百上千年的歷史之后，由于身處地區(qū)的化學(xué)、物理、生物等環(huán)境因素的影響，產(chǎn)生蟲(chóng)蛀和腐朽的情況更加難以避免，在機(jī)上粵西地區(qū)氣候溫暖、降水充足、日照充足等環(huán)境因素，這更為物生物的快速繁殖提供了極大的便利。由于古建筑木構(gòu)件出現(xiàn)了蟲(chóng)蛀以及腐朽的情況，最終導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)的殘損以及物理力學(xué)性能的降低，最終形成嚴(yán)重的木結(jié)構(gòu)損毀，影響了古建筑木結(jié)構(gòu)的壽命。因此，古建筑的壽命在某種程度上與古建筑木構(gòu)建的木材材性的變化有著緊密的聯(lián)系，是一種能夠直接影響木結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的內(nèi)在因素。

三、需要進(jìn)行原位加固防腐古建筑的范圍

第一，需要對(duì)一些使用不當(dāng)、使用年限過(guò)長(zhǎng)并且沒(méi)有進(jìn)行適當(dāng)?shù)男蘩?、古建筑木結(jié)構(gòu)自身存在一定程度損傷或者破壞、現(xiàn)階段的功能需求以及安全系數(shù)難以達(dá)到要求的情況下需要進(jìn)行鑒定以及加固仿佛修復(fù)處理;第二，古建木結(jié)構(gòu)程由于遭受一些事故以及災(zāi)難性的損毀，需要根據(jù)古建筑木構(gòu)件的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行加固修復(fù)處理，例如火災(zāi)、爆炸以及地震等情況造成的損傷;第三，一些重要性的古建筑木構(gòu)件需要進(jìn)行一些適當(dāng)?shù)目拐鸺庸烫幚韺?duì)其進(jìn)行有效的保護(hù);第四，一些使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)需要根據(jù)使用需求進(jìn)行加層、擴(kuò)建以及改建的古建筑物，需要對(duì)古建筑的原有木結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的抗震加固仿佛修復(fù)處理;第五，一些古建筑木構(gòu)件進(jìn)行維修的過(guò)程中，對(duì)古建筑原有木結(jié)構(gòu)進(jìn)行了中的改變進(jìn)而導(dǎo)致古建筑木結(jié)構(gòu)的體系受力結(jié)構(gòu)改變，則需要根據(jù)情況對(duì)原有木結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理;第六，古建筑木結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)成百上千年的使用，木構(gòu)件出現(xiàn)了腐蝕情況，需要根據(jù)實(shí)際情況針對(duì)木結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐處理;第七，古建筑木結(jié)構(gòu)收到了嚴(yán)重的病蟲(chóng)害侵蝕，對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及輕度的特性產(chǎn)生影響的情況下應(yīng)當(dāng)進(jìn)行原位加固防腐處理。

（一）古建筑木結(jié)構(gòu)病害類型

1.自然老化

由于古建筑木構(gòu)件長(zhǎng)期的暴露在自然環(huán)境中，能夠?qū)е履静谋砻胬匣脑蚨喾N多樣[4]。其中化學(xué)和物理原因是最為主要的兩個(gè)原因。首先是因?yàn)楣沤ㄖ緲?gòu)件長(zhǎng)期受到陽(yáng)光照射以及雨水的淋溶等，其次空氣中污染物、有害氣體、灰塵以及大氣條件都能夠?qū)沤ㄖ緲?gòu)件的強(qiáng)度、密度以及使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。木材自然老化之后，一般原來(lái)材質(zhì)顏色較深的木材會(huì)逐漸變得很淺或者很淡，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月的自然老化木材表面會(huì)出現(xiàn)一層十分民新概念的灰白色，不進(jìn)行及時(shí)的處理還會(huì)造成木材變得暗淡粗糙，甚至出現(xiàn)裂紋。

2.生物破壞

對(duì)于古建筑木構(gòu)件而言，生物敗壞是對(duì)其自身產(chǎn)生影響最為嚴(yán)重的一種因素，生物敗壞又可以細(xì)分為菌類和蟲(chóng)類兩大類。古建筑木結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)蟲(chóng)蛀，木材害蟲(chóng)種類繁多，主要涉及有膜翅目、等翅目以及鞘翅目等，這些昆蟲(chóng)都會(huì)在木構(gòu)件上蝕出蟲(chóng)孔，而這些蟲(chóng)孔通常都會(huì)對(duì)古建筑木構(gòu)建的強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

3.人為破壞

現(xiàn)如今古建筑發(fā)展中，對(duì)其破壞的現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重，如在古建筑上刻字，涂抹等現(xiàn)象，甚至對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)造成了直接的損壞[5]。作為歷史文化遺產(chǎn)豐富的一種古典建筑，在城市化發(fā)展中逐步淡化。以現(xiàn)代角度恢復(fù)原貌，不僅神韻無(wú)法達(dá)到以往的狀態(tài)，使城市文化底蘊(yùn)蕩然無(wú)存，還無(wú)法滿足人們對(duì)古典文化的向往，尤其對(duì)古建筑進(jìn)行破壞，說(shuō)明保護(hù)機(jī)制沒(méi)能良好地形成，造成被利用和破壞，使得城市發(fā)展品位逐漸減少。

（二）古建筑木構(gòu)件原位加固防腐處理

1.古建筑木結(jié)構(gòu)的加固處理

古建筑結(jié)構(gòu)中，主要材料采用傳統(tǒng)磚瓦與木材，在表現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)中，主要采用木構(gòu)造，在框架體用使用基礎(chǔ)上，采用柱網(wǎng)平面格局，在整體應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系中，建筑方式還可以采用井干式、穿斗式、抬梁式等[6]。其中疊梁式和穿斗式在現(xiàn)今存留的古建筑中最多應(yīng)用，景干事主要用于官辦建筑，在民用建筑中應(yīng)用較少，在古代建筑藝術(shù)結(jié)構(gòu)中，井干式，穿斗式，抬梁式和建筑藝術(shù)相互吻合。木結(jié)構(gòu)中形成整體藝術(shù)性與客觀性主要運(yùn)用雕刻一些植物和動(dòng)物等形狀。通過(guò)運(yùn)用藝術(shù)展現(xiàn)靈活性藝術(shù)要素?，F(xiàn)如今框架結(jié)構(gòu)模式與木結(jié)構(gòu)類似，將伸縮范圍進(jìn)行保留， 使地震對(duì)木結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響隨之減小。在古建筑結(jié)構(gòu)上，建筑物立、平等布置會(huì)產(chǎn)生規(guī)則和對(duì)稱結(jié)構(gòu)形式，從而使木結(jié)構(gòu)剛度能夠均勻變化。

對(duì)古建筑木構(gòu)件加固是為了能夠加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)自身的牢固性，恢復(fù)并且提高古建筑木構(gòu)件承載能力以及抗震能力的一種加固方式。增強(qiáng)自身加固法主要適用于修補(bǔ)古建筑木構(gòu)件的裂縫，在應(yīng)用的過(guò)程中具體有壓力灌注環(huán)氧樹(shù)脂漿加固法以及鐵把鋸加固法。所謂的鐵把鋸加固法就是針對(duì)古建筑木構(gòu)件的裂縫，通過(guò)鐵把鋸將木構(gòu)件折彎成直徑6毫米構(gòu)件，其長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)超過(guò)古建筑木構(gòu)件縫隙兩側(cè)并大于200毫米，通過(guò)這種方式來(lái)加固古建筑木構(gòu)件的裂縫提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震性以及牢固性。外包加固法，外包加固法是指在古建筑木構(gòu)件外面增設(shè)強(qiáng)化層，保障建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力能夠得到提升，并且同時(shí)提升古建筑木構(gòu)件的整體性以及變形能力。外包加固法對(duì)于一些古建筑木構(gòu)件破壞嚴(yán)重并且要求較高的古建筑木構(gòu)件而言有著良好的適用性。鋼構(gòu)件網(wǎng)籠加固法，這種加固方法適用于古建筑木構(gòu)件，施工作業(yè)過(guò)程尤為方便，但是在應(yīng)用這種方式的過(guò)程中需要適當(dāng)?shù)夭扇∫恍┓冷P措施，古建筑中有害氣體侵蝕并且濕度較高的情況下不宜使用這種加固方式。這種方法能夠在原有木構(gòu)件以外適當(dāng)?shù)卦黾右恍┬碌臉?gòu)件來(lái)提升古建筑木構(gòu)件的抗震能力、整體性以及變形能力。增設(shè)構(gòu)件法，在應(yīng)用這種方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的過(guò)程中，有關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)考量增設(shè)構(gòu)件之后對(duì)原有古建筑木構(gòu)件的影響。對(duì)增設(shè)構(gòu)件加固法進(jìn)行細(xì)分可以分為：增設(shè)墻體加固法，當(dāng)抗震橫墻之間的距離超過(guò)規(guī)定值的情況下，或者建筑墻體結(jié)構(gòu)承載力嚴(yán)重不足的情況下，使用這種方式有著良好的效果，可以適當(dāng)?shù)乜紤]增設(shè)砌體墻以及新的木構(gòu)件;增設(shè)柱子加固法，在古建筑木構(gòu)件中適當(dāng)?shù)脑O(shè)置一些外加柱能夠提升建筑結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的抗震承載力差別較小的情況下，可以在建筑結(jié)構(gòu)中增加拉桿、圈梁以及鋼筋混凝土柱等構(gòu)件來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固;增設(shè)拉桿加固法，這種加固方法多應(yīng)用于受彎構(gòu)件加固的建筑工程中以及縱橫墻鏈接部位的建筑工程加固中，在某種情況下這種加固方式可以代替內(nèi)墻的圈梁。

2.病害治理

古建筑木構(gòu)件的外觀受木構(gòu)件本體殘缺、收縮開(kāi)裂、鹽害、微生物以及腐蝕的嚴(yán)重影響，木構(gòu)件的藝術(shù)價(jià)值收到了嚴(yán)重的影響。為了充分緩解木構(gòu)件文物病害的進(jìn)一步發(fā)展，保障木構(gòu)件整體耐候能力得以提升，確保木構(gòu)件觀賞以及藝術(shù)價(jià)值能夠恢復(fù)并提高，要在科學(xué)保護(hù)的基礎(chǔ)上，將木構(gòu)件文物的整體價(jià)值進(jìn)行提升。現(xiàn)階段已經(jīng)形成了相對(duì)成熟的方式能夠?qū)沤ㄖ窘Y(jié)構(gòu)的病害進(jìn)行有效的修復(fù)，值得在西南粵西地區(qū)推廣。

首先對(duì)木構(gòu)件進(jìn)行除塵作業(yè)，清除古建筑木構(gòu)件上的灰塵與雜質(zhì)，采用化學(xué)防蟲(chóng)防腐的方式對(duì)古建筑木構(gòu)件進(jìn)行處理，隨后將古建筑木構(gòu)件上的霉斑采用手動(dòng)清除的方式進(jìn)行清除，若古建筑木構(gòu)件中存在局部的病害，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行預(yù)先的加固在對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體性的加固，以此方法能夠有效保障古建筑木構(gòu)件病害情況得到緩解，提升木建筑的強(qiáng)度。在進(jìn)行處理的過(guò)程中，要充分參照木構(gòu)件的材質(zhì)大小、損害程度，采取針對(duì)性的修復(fù)方式，不但要充分發(fā)揮滅木菌的熊孤傲，還應(yīng)當(dāng)對(duì)人為破壞以及環(huán)境損壞的情況進(jìn)行科學(xué)的處理，要充分發(fā)揮藥劑的持久性，提升古建筑木結(jié)構(gòu)的。

其次，當(dāng)木材中含水率超過(guò)20%的情況更容易發(fā)生微生物降解，粵西地區(qū)多雨潮濕，古建筑木構(gòu)件中的含水率更高，若古建筑木構(gòu)件中含水率超過(guò)木材纖維飽和點(diǎn)時(shí)，微生物對(duì)木材的降解速度將會(huì)直線上升，繼而造成木材出現(xiàn)嚴(yán)重的腐朽情況。因此，要充分控制的木構(gòu)件中的含水率，采用防腐防蟲(chóng)劑對(duì)古建筑木構(gòu)件進(jìn)行處理能夠?qū)⒛静闹械暮顾锟刂圃?0%以下，有效避免木材微生物降解的情況發(fā)生。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，經(jīng)過(guò)大量的研究表明，在對(duì)古建筑木構(gòu)件進(jìn)行加固之前，需要進(jìn)行復(fù)核防腐劑涂刷等對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的防腐處理，去除木構(gòu)件表面上陳舊的霉斑，其不但能夠?yàn)橄乱徊郊庸淘噭┑臐B透處理提供便利，并且在經(jīng)過(guò)反復(fù)的加固之后，能夠有效地加固穩(wěn)定防腐劑與木構(gòu)件基質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)復(fù)合材料與木材在分子水平上的原位復(fù)合，古建筑木構(gòu)件原有的優(yōu)良環(huán)境學(xué)特性得到充分的保留，木構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性得到顯著提升，木構(gòu)件的木材性能在進(jìn)過(guò)防腐加固處理之后有了十分顯著的改善，強(qiáng)度、密度、木材的增重率、抗流失性、耐候性以及防腐抗菌性都得到了顯著提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]張艷霞，王彥，張國(guó)軍，管志忠.應(yīng)力波和阻抗儀技術(shù)在古建筑木結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].工程抗震與加固改造，2019，41（1）：145-151+157.

[2]張風(fēng)亮，朱武衛(wèi)，薛建陽(yáng)，陸建勇，田鵬剛，畢虹，邊兆偉.碳纖維布加固木結(jié)構(gòu)古建筑彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析[J].結(jié)構(gòu)工程師，2015，31（1）：174-181.

[3]薛建陽(yáng)，路鵬，董曉陽(yáng).古建筑木結(jié)構(gòu)歪閃斗栱抗震性能的ABAQUS有限元分析[J].世界地震工程，2017，33（4）：11-17.

[4]孫兆洋，程小武，陸偉東.鋼板-自攻螺釘加固殘損古建筑木結(jié)構(gòu)直榫節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2018，34（5）：106-112.

[5]淳慶，潘建伍，董運(yùn)宏.南方地區(qū)古建筑木結(jié)構(gòu)的整體性殘損點(diǎn)指標(biāo)研究[J].文物保護(hù)與考古科學(xué)，2017，29（6）：76-83.