古建筑修復(fù)中關(guān)于木結(jié)構(gòu)的新型材料應(yīng)用

中華五千年歷史源遠(yuǎn)流長，是一部文化的發(fā)展史，更是中國建筑的發(fā)展史。作為古建筑中重要組成部分的木結(jié)構(gòu)建筑，以其獨(dú)特的特點(diǎn)和良好的使用性，從古至今一直為我國及東南亞等國家喜愛，在人民的生活生產(chǎn)中發(fā)揮了不可替代的作用。

但是在外部環(huán)境作用，眾多木建筑千百年來在地震、大風(fēng)、火災(zāi)、雷電和人為因素的作用下，發(fā)生變形破損甚至坍塌。故對木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行修復(fù)加固意義重大，造福子孫后代。在維護(hù)建筑的使用性能的同時(shí)，能更好的恢復(fù)其文化底蘊(yùn)，是木結(jié)構(gòu)修復(fù)的主要目的。

《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范》GB50165-92中規(guī)定：古建筑的修復(fù)與加固，必須遵守不改變文物原狀的原則。同時(shí)在維修古建筑時(shí)，應(yīng)保存原來的建筑形式、原來的建筑結(jié)構(gòu)、原來的建筑材料以及原來的工藝技術(shù)等原則，即不改變原建筑風(fēng)貌下，維護(hù)加固木結(jié)構(gòu)建筑。相比較傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)而言，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和更大的發(fā)展空間。

對于特大或稀有木種和木結(jié)構(gòu)文物古跡，在木結(jié)構(gòu)的修復(fù)過程中不可能大面積用新材替代，所以對木構(gòu)件破損部位進(jìn)行部分修復(fù)和加強(qiáng)木構(gòu)件節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)修復(fù)的主要方面。同時(shí)隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新型修復(fù)材料的引入，在保證木建筑原貌的前提下，提高了修復(fù)后木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能和使用壽命，目前大量應(yīng)用于實(shí)際工程中木結(jié)構(gòu)修復(fù)的新型材料有：碳纖維增強(qiáng)材料、玻璃纖維增強(qiáng)材料、玄武巖纖維和化學(xué)加固等，以下對不同材料的性能和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析。

碳纖維材料具有很好的力學(xué)性能，其比強(qiáng)度約為HRB400鋼材的20倍到50倍，所以碳纖維材料大大的減輕了其自重對結(jié)構(gòu)的不利影響，當(dāng)與木結(jié)構(gòu)共同作用下，可以大大提高木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。并且基于碳纖維具有良好的耐腐蝕性能，在現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)修復(fù)中被大量采用。

碳纖維材料在實(shí)際工程中多以碳纖維布的形式應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)修復(fù)加固中，將需要修復(fù)加固的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面清潔處理后，涂刷基底樹脂，然后將碳纖維布黏貼在木構(gòu)件表面并用輥?zhàn)訑D壓密實(shí)，趕出氣泡，經(jīng)處理后的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件如下圖所示。同時(shí)在實(shí)際工程中考慮構(gòu)件修復(fù)加固后的耐久性問題，必須在經(jīng)修復(fù)加固后的纖維布外表面涂刷防護(hù)層。

玻璃纖維增強(qiáng)材料(GFRP)的力學(xué)性能及施工方法類似于碳纖維增強(qiáng)材料(CFRP)，由前面論述可知，CFRP力學(xué)性能好，強(qiáng)度高，并具有良好的耐腐蝕性能，但由于其約束矩形截面柱時(shí)，其強(qiáng)度往往不能充分發(fā)揮，造成不必要的浪費(fèi)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在一定的實(shí)際工程中應(yīng)用玻璃纖維具有一定優(yōu)勢。將玻璃纖維布按照規(guī)定黏貼在木構(gòu)件表面修復(fù)受損的木構(gòu)件(其施工工藝流程與碳纖維布同)，有效的提高木構(gòu)件修復(fù)后的力學(xué)性能和耐久性能，基于種種優(yōu)點(diǎn)，玻璃纖維增強(qiáng)材料廣泛的應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)修復(fù)加固中。

連續(xù)玄武巖纖維(CBF)是一種新型無機(jī)纖維材料，不僅具有良好的力學(xué)性能、耐酸堿腐蝕性，而且具有幾何可塑性大，輕薄易剪切等特點(diǎn)。經(jīng)玄武巖纖維布(BFS)處理后的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件不影響木結(jié)構(gòu)原來外觀，施工操作簡便，對原結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞小，目前已廣泛用于木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的修復(fù)加固中。

玄武巖纖維布的施工程序?yàn)椋涸陴べN纖維復(fù)合材料以前，對木構(gòu)件表面進(jìn)行表面處理，并且找平表面，使其不能有明顯的凹凸痕跡；然后黏貼纖維布，并順纖維受力方向擠出氣泡，同時(shí)為避免有害物質(zhì)的侵入造成木構(gòu)件的破壞延長使用壽命，需在最后一層纖維布表面上涂抹樹脂。

木構(gòu)件黏貼BFS加固木構(gòu)件是利用其良好的力學(xué)性能，可以提高對木構(gòu)件側(cè)向的約束。玄武巖纖維布(BFS)加固木構(gòu)件的方式如圖3所示，分為連續(xù)黏貼和分段黏貼。加固按施加側(cè)壓力的不同，分為被動加固法和主動加固法兩種。被動加固法是直接用環(huán)氧樹脂BFS布帶連續(xù)纏繞黏貼在木構(gòu)件上；主動加固法是事先將預(yù)制好的BFS套在木構(gòu)件上，將BFS和柱子之間的空隙用高壓注入環(huán)氧樹脂漿，以大袋主動施加柱子側(cè)壓力的效果。

木材屬于天然材料，容易在分潮濕環(huán)境下發(fā)生腐敗，同時(shí)也因內(nèi)部蟲蛀形成中空部分。這種情況下，可根據(jù)實(shí)際情況，去除木構(gòu)件破壞部分后，選擇化學(xué)試劑(多采用不飽和聚樹脂)灌注加固。隨著現(xiàn)代檢測技術(shù)的發(fā)展，配合使用超聲波等精密儀器，可以檢測出不易用肉眼發(fā)覺的木材損傷部分，更全面準(zhǔn)確的對其進(jìn)行化學(xué)加固修復(fù)。

經(jīng)化學(xué)修復(fù)加固后的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件，外部狀態(tài)較原貌差別不大，并具有良好的耐腐蝕性能，大大提高木建筑的使用年限。徐州戲馬臺建筑群之一的風(fēng)云閣的木柱經(jīng)化學(xué)加固處理后，經(jīng)過10年仍然沒有發(fā)現(xiàn)問題，說明現(xiàn)代化學(xué)加固方法在木結(jié)構(gòu)建筑中具有良好的效果。

木材作為生物材料，在自然環(huán)境及人為因素作用下，易發(fā)生變形、腐蝕甚至破壞，故對古代木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行科學(xué)的修復(fù)和保護(hù)具有重要的意義。目前我國大量的古代木結(jié)構(gòu)建筑急需加固維護(hù)，從業(yè)人員人數(shù)嚴(yán)重不足、技術(shù)水平參差不齊，都是阻礙木結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)發(fā)展的主要原因。

隨著科學(xué)技術(shù)水平及材料科學(xué)的發(fā)展，未來將會有更多的新型材料應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)建筑的修復(fù)中，從業(yè)人員的技術(shù)水平也講有很大程度的提高，施工工藝將會更方便快，這些都將對我國廣闊的木結(jié)構(gòu)修復(fù)市場產(chǎn)生的巨大的影響。