古建筑的木構(gòu)件和木質(zhì)文物基本上都是由高分子物質(zhì)和低分子物質(zhì)共同構(gòu)成的天然木材。木材的細胞壁組成物質(zhì)主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等,它們在木材總量中占比達到90%,而木材中的一種多孔質(zhì)材料木材油很容易遭受到生物腐蝕和分解。
另一方面,木構(gòu)件在相對較高的含水率下,極容易發(fā)生蟲蛀和腐朽。一般來說,30%以上含水率木件在油飾情況下,干燥至20%以下含水率,需5~8年,在此期間,有效的化學保護是絕對必要的。
木質(zhì)構(gòu)件和木質(zhì)文物本身的保護方法千差萬別,保護工作更是復雜、艱巨,對其物質(zhì)基礎(chǔ)性質(zhì)進行研究和把握,才能做到真正的保護。本文重點介紹了古建筑修繕和保護中,木材的保存、干燥、木材防腐處理的通用藥劑和使用方法,針對古建筑保護中存在的樹種選擇困難、木材防腐處理質(zhì)量和木材含水率過高等問題,提出建議,為古建筑木結(jié)構(gòu)的保護和維修提供最新的信息。
一、木材的干燥
木材的干燥包括天然方法和人工方法,不同形式的木材,如成材(板、枋材和原木)的干燥方法又有不同。
(1)成材(板、枋材)天然干燥及保護
成材貯存主要是碼通風垛,露天或搭建氣干棚。原木鋸解后按不同樹種,不同規(guī)格、等級的板、枋材分別堆垛。堆垛時,木板之間及木垛之間均留有空隙以利通風。原木含水率過高或貯存時間較長時,鋸解后的板材還需要進行防霉、防腐、防蛀處理。如果要做人工干燥,也可在進窯前先經(jīng)過一段時間天然氣干,這樣可以降低干燥成本。
板材的防霉、防腐可選用硼、酚合劑(4%)、多菌靈(2%)或硼酸硼砂(4%)與百菌清(0.2%)聯(lián)合處理。處理方法可采用浸泡或噴淋。露天堆放的木垛還應(yīng)同時采用防雨淋措施。
(2)大徑級原木(包括大枋材)的人工干燥
原木貯存期一般為2~3年,若不加任何保護措施,原木存放4年以上,則基本已成等外材,而失去使用價值。原木存放3年以上,內(nèi)部含水率依然在30~40%,或更高。因此,對古建筑用原木,在條件許可時,可以一次性投資采用人工干燥措施。
高頻加熱和微波加熱是大枋材,特別是原木干燥的有效方式。高頻加熱和微波加熱都屬于內(nèi)部加熱,是電磁波加熱方式的一種。這種加熱方式是通過內(nèi)部物質(zhì)本身發(fā)熱,實現(xiàn)內(nèi)部和外部同時加熱的一種處理方式。
(3)原木貯存期保護
木材含水率在80%~100%或以上時可確保木材不會遭受木腐菌和害蟲的危害。據(jù)此發(fā)展出一種原木有效保存方法,即濕存。這種方法是把原木直接浸沒入水中或堆垛噴淋,持續(xù)地保持高濕度。我國南方多有挖水池水存原木的方法,國外在上世紀60年代便開始有了原木碼垛、淋水濕存的方法。
木材含水率低于并保持在20%以下,一般木材也能免于腐朽和蟲蛀,但自然界很難有這樣的條件。實際情況恰恰是木材含水率波動在這兩種含水率之間,這就給原木的貯存造成了很大困難。
古建維修用料,特別是柱、枋材,主要還是直接取自原木,一般對徑級和長度還有特殊要求。立木剛剛砍伐后,樹皮完整,木材含水率較高,材質(zhì)均較好,但完整的樹皮大大減緩了木材干燥的速度,同時加劇了樹皮下害蟲危害程度。剝掉樹皮可以大大提高木材干燥速度,降低害蟲的危害程度,但增加了木材開裂、變形和腐朽的危險。
為了調(diào)和這種現(xiàn)實的矛盾狀況,必須有針對性地采取一些特殊的保護措施,以降低原木貯存期的危害。這些措施概括為下述幾點:
①合理堆垛:木垛下面要有垛基,用石頭或?qū)iT的水泥墩做垛基將木垛墊高,高度距地面至少30公分。垛與垛之間留有一定空間,保持合理通風。垛周挖好排水溝,防止積水。
②用防腐漿膏封堵端頭:原木端頭是木腐菌最容易侵入的部位,孢子著生后迅速向內(nèi)部蔓延,經(jīng)過一個夏天,嚴重時腐朽可深入木材內(nèi)1m!用防腐漿膏封堵端頭,不僅可以防止木腐菌的侵入和蔓延,而且能夠減緩原木端頭的開裂。
③熏蒸殺蟲:原木砍伐后,皮下有大量活蟲,隨著原木運輸帶入貯木場內(nèi)。一些已貯存2年以上的原木樹皮脫落后,害蟲鉆入木材內(nèi)部繼續(xù)危害。因此,原木的殺蟲處理是必不可少的一環(huán)。
熏蒸作業(yè)應(yīng)在貯木場內(nèi),害蟲鉆入不深時,露天堆垛進行。簡單的辦法是直接向木垛噴淋具有熏蒸作用的農(nóng)藥,用塑料薄膜嚴密覆蓋,這樣做可以起到很好的殺蟲效果。
若害蟲鉆入木材內(nèi)較深時,則應(yīng)考慮用專門的熏蒸藥劑做處理。方法是先用塑料薄膜將木垛嚴密覆蓋,薄膜接縫處用膠紙帶粘牢,下腳用土壓實。將藥劑導入垛內(nèi)。熏蒸處理效果與溫度有很大關(guān)系,氣溫越高,效果越好,一般氣溫宜在15℃以上。
④藥劑防護:這是一種整垛的藥劑噴淋防護措施。在原木貯存期,材身的腐朽和蟲蛀是不可避免的,而且發(fā)展很快,因此必須進行防治。一般都是選用藥劑在整個木垛上做徹底的噴淋處理。
二、木結(jié)構(gòu)的防腐
木材防腐是指用專門的一類化學物質(zhì)處理木材,殺死危害木材的各種生物或阻止其生長的方法。所用有毒藥劑稱為“木材防腐劑”。為保證效果,木材必須要達到一定的吸藥量,為達到吸藥量,應(yīng)該根據(jù)具體情況采用不同的處理方法等等,都是應(yīng)該掌握的基本知識。
(1)木材防腐劑:泛指那些能夠保護木材免受菌、蟲等生物損害的化學物質(zhì)。一種優(yōu)良的木材防腐劑,一般應(yīng)符合下列要求:
①能殺死木材上的危害生物(殺菌、殺蟲);
②能保護木材不受生物損害(預防作用);
③藥劑透入木材后不被水流失,不在空氣中揮發(fā);
④藥效持久;
⑤透入性好,能盡可能深的透入木材內(nèi);
⑥藥劑透入木材后不影響木構(gòu)件的進一步加工(如油漆、彩繪、粘貼、膠合其它裝飾材料等);
⑦對人、畜無毒或低毒,不造成環(huán)境污染。
木材防腐劑大體上可以分為三類,即油類、油溶性和水溶性三類,大致列表如下:
水溶性易被水流失,用于室內(nèi)不淋雨的部位。部分防腐劑(如CCA、ACQ)進入木材后,反應(yīng)生成不溶于水的化合物,具有抗流失性能。
目前,古建筑修繕工地常用的防腐劑主要是CCA和BBP。CCA是一種固定型防腐劑,處理木材呈藍綠色。CCA在木材的微酸性環(huán)境中生成不溶于水的沉淀,一般都用于機械化作業(yè)處理。現(xiàn)場手工處理影響透入度,很難達到要求的吸藥量。BBP處理可保持木材本色,而且可以反復處理至達到所需吸藥量。ACQ是當前正在積極推廣使用的防腐劑,其特點是處理后木材呈藍色,用于非暴露的木構(gòu)件是可行的。實踐證明,三種防腐劑均不影響地仗和油飾。
(2)防腐處理方法:一般,習慣上把防腐處理方法分為常壓法(或無壓力法)和壓力法兩類,列表(表5)簡介如下:
使用有效的防腐劑和使木材達到藥劑的吸收量是保證防腐處理質(zhì)量的兩個必要前提。防腐劑的選擇應(yīng)根據(jù)不同部位,不同使用目的來決定。吸藥量是保證,處理手段和工藝是關(guān)鍵。木材防腐是一門科學,防腐處理必須按科學辦事。