古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中新型材料的應(yīng)用

陳慧芳

（漳州科技職業(yè)學(xué)院 福建省漳州市 363000）

引言

在我國悠久的發(fā)展歷史中，古建筑無疑對古代社會的人文、經(jīng)濟(jì)等方面有著直接體現(xiàn)，并且從古建筑中人們也可發(fā)掘出歷史發(fā)展的脈絡(luò)。由于古代建筑施工水平有限，在施工中大量使用有利于施工且取材方式簡單的木質(zhì)材料，也使得木質(zhì)結(jié)構(gòu)成為古建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。然而，隨著時代的變遷以及多變自然環(huán)境的影響，導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)程度不一的損壞，所以為了古建筑可以繼續(xù)延續(xù)下去，需要對其木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，保證其根本的歷史樣貌與文化底蘊(yùn)，確保結(jié)構(gòu)的完整性，這對于我國古建筑的保護(hù)來說有著重要作用。

1 古建筑木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞的原因以及修復(fù)原則

1.1 木結(jié)構(gòu)古建筑出現(xiàn)損壞的原因

現(xiàn)階段，在對我國木結(jié)構(gòu)古建筑的損壞情況進(jìn)行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)損壞的主要原因包括兩方面，即：人為損壞與自然力破壞。其中，人為損壞指的是部分游客在游覽古建筑過程中，由于其素質(zhì)水平有限或者缺乏對古建筑保護(hù)意識，導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)古建筑出現(xiàn)損壞；對于自然力破壞而言，由于木結(jié)構(gòu)古建筑處于室外環(huán)境下，在雨水侵襲或者蟲蟻啃咬等情況下，木結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)程度不等的破壞。因此，在上述兩種因素的作用下，木結(jié)構(gòu)的古建筑會出現(xiàn)損壞，所以為了古建筑的安全性以及延續(xù)性，恢復(fù)古建筑的原本樣貌，使古建筑的文化及歷史底蘊(yùn)真正的體現(xiàn)出現(xiàn)，需要對木結(jié)構(gòu)古建筑進(jìn)行科學(xué)合理的修復(fù)。

1.2 木結(jié)構(gòu)古建筑的修復(fù)原則

作為世界文化遺產(chǎn)的代表，在修復(fù)木結(jié)構(gòu)古建筑過程中，要盡量將木結(jié)構(gòu)古建筑的真實(shí)樣貌體現(xiàn)出來，以此來體現(xiàn)古建筑的歷史底蘊(yùn)。所以在對木結(jié)構(gòu)古建筑修復(fù)過程中，保證其真實(shí)性與完整性是修復(fù)工作需要遵從的基本原則。與此同時，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是材料科學(xué)，在現(xiàn)階段得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，對木結(jié)構(gòu)古建筑修復(fù)質(zhì)量的提升有著積極的作用。在修復(fù)木結(jié)構(gòu)古建筑過程中，修復(fù)人員要加強(qiáng)對新型材料的研究與應(yīng)用，不僅可以將木結(jié)構(gòu)古建筑的原貌修復(fù)如初，同時新型材料的使用也更為天然，環(huán)保，提高木結(jié)構(gòu)古建筑的修復(fù)效果。

2 探析古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中新型材料的應(yīng)用

通常來講，如對中型或者大型木結(jié)構(gòu)古建筑進(jìn)行修復(fù)時，修復(fù)人員在修復(fù)過程中不會大量且大范圍的使用同種木質(zhì)材料來進(jìn)行修復(fù)，而是采用局部修復(fù)的方法對木質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，從而增強(qiáng)木質(zhì)結(jié)構(gòu)的受力性能。同時，在實(shí)際木結(jié)構(gòu)古建筑修復(fù)過程中，越來越多的使用新型材料來進(jìn)行木結(jié)構(gòu)古建筑的修復(fù)。除此之外，將新型修復(fù)材料應(yīng)用到古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)工作中，除了可以將古建筑木結(jié)構(gòu)的原本樣貌進(jìn)行保留外，還可以大幅度的提升木結(jié)構(gòu)的受力性能，有效提升古建筑的安全性。目前，主要在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中的新型材料有很多種，例如，碳纖維增強(qiáng)材料、玻璃纖維增強(qiáng)材料等等，同時本文也將就集中新型材料在古建筑木結(jié)構(gòu)中的修復(fù)應(yīng)用情況進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2.1 碳纖維增強(qiáng)材料（CFRP）在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中的應(yīng)用

在古建筑中，由于受限于當(dāng)時施工技術(shù)水平，其中的結(jié)構(gòu)主要采用木質(zhì)材料搭建而成，但是對于木結(jié)構(gòu)來講，由于存在其本身屬性的制約，例如，存在相對較低的彈性模量，同時也極易出現(xiàn)形變等，并且隨著古建筑存續(xù)時間的延長，相應(yīng)的病害情況也會就此出現(xiàn)，影響古建筑的存續(xù)。因此，在對古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)時，可將木質(zhì)材料與復(fù)合高強(qiáng)材料進(jìn)行結(jié)合，從而形成具有高承載性的木質(zhì)材料，進(jìn)而有助于實(shí)現(xiàn)提升木結(jié)構(gòu)荷載能力的目的。

對于碳纖維增強(qiáng)材料（CFRP）來講，如果將其與普通材料相比，碳纖維增強(qiáng)材料在抗拉強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、延伸率以及模量等方面均體現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢。同時，碳纖維增強(qiáng)材料同樣存在非常優(yōu)良的力學(xué)性能，若將其與普通鋼材相對比，前者的強(qiáng)度要遠(yuǎn)大于鋼材，有的甚至超出約30多倍，并且在具有高強(qiáng)度的同時，其重量也相對較輕，所以將其用在古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)過程中，可以有效的降低自重，從而有助于古建筑木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提升。

此外，作為一種新型材料，抗腐蝕性能突出也是碳纖維增強(qiáng)材料的另一大特點(diǎn)。同時，將木結(jié)構(gòu)與碳纖維增強(qiáng)材料相融合，可以顯著的提升古建筑木結(jié)構(gòu)的載荷性能。所以，在修復(fù)古建筑木結(jié)構(gòu)中，修復(fù)人員可以對碳纖維增強(qiáng)材料加以應(yīng)用，有助于古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)質(zhì)量的提升。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，碳纖維材料主要以碳纖維布的方式來進(jìn)行體現(xiàn)，同時，將浸漬膠與碳纖維布予以配套使用，便可成為碳纖維復(fù)合材料，在材料老化、結(jié)構(gòu)裂縫處理以及加固等領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，可以極大的提升修復(fù)效果。具體使用步驟為：①在修復(fù)作業(yè)開始前，對需要修復(fù)的木結(jié)構(gòu)表面予以全面的清掃，以便基底樹脂可以有效的涂刷上去；②將碳纖維布粘貼在修復(fù)區(qū)域的表面，并用專業(yè)設(shè)備將布與修復(fù)區(qū)域表面之間存在的氣泡擠出，同時予以壓實(shí)；③將防護(hù)層涂刷在加固修復(fù)后的木結(jié)構(gòu)表面中，以增強(qiáng)其今后的耐久程度。

2.2 玻璃纖維增強(qiáng)材料（GFRP）在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中的應(yīng)用

所謂玻璃纖維增強(qiáng)材料（GFRP），其基本特點(diǎn)與前文所述的碳纖維增強(qiáng)材料有著較多相似的地方。例如，玻璃纖維增強(qiáng)材料在抗載荷以及耐腐蝕性等方面均比較突出，同時也有著較高的強(qiáng)度，可在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)過程中加以應(yīng)用。然而，對于玻璃纖維增強(qiáng)材料而言，其也有著一定的缺點(diǎn)，例如，在對矩形截面進(jìn)行約束時，其力學(xué)性能難以得到最大限度的發(fā)揮，所以會出現(xiàn)材料浪費(fèi)的情況。同時，在古建筑木結(jié)構(gòu)表面中來粘貼玻璃纖維布，其可以在一定程度上提升結(jié)構(gòu)的耐久性與力學(xué)性能，可有效的對受損木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，并且可起到一定的加固作用。

2.3 連續(xù)玄武巖纖維（CBF）在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中的應(yīng)用

一般來說，可塑性優(yōu)良，力學(xué)性能突出、較強(qiáng)的抗腐蝕性以及良好的剪切性等是連續(xù)玄武巖纖維（CBF）的主要特點(diǎn)。所以，作為一種新型的無機(jī)纖維材料，將其以玄武巖纖維布的形式應(yīng)用在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)環(huán)節(jié)中，不僅可以提升木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，同時有助于恢復(fù)古建筑木結(jié)構(gòu)的外觀結(jié)構(gòu)，并且在操作方面也比較簡便。

在修復(fù)古建筑木結(jié)構(gòu)過程中，由于玄武巖纖維材料存在較多優(yōu)點(diǎn)，所以在此領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。對于修復(fù)程序來講，其與手機(jī)貼膜的工藝流程大致一樣，具體可分為三個環(huán)節(jié)，即：①將古建筑木結(jié)構(gòu)表面予以全面的清理，避免有雜質(zhì)覆蓋其中；②用纖維布將修復(fù)區(qū)域進(jìn)行包裹，同時將氣泡用力擠出，防止其它雜質(zhì)進(jìn)入；③為了保護(hù)纖維布表面，用樹脂對纖維布進(jìn)行涂抹，并且有助于延長纖維布的工作年限。此外，在對木結(jié)構(gòu)應(yīng)用玄武巖纖維布進(jìn)行加固時，所用的粘貼方法概述為兩種，即：連續(xù)黏貼與分段黏貼，此外，按照側(cè)應(yīng)作用方法的不同，又分為主動加固法與被動加固法。對于主動加固法來講，其指的是在木結(jié)構(gòu)中將纖維布進(jìn)行套設(shè)；被動加固法則指的是在木結(jié)構(gòu)中直接用纖維布進(jìn)行連續(xù)黏貼與纏繞，隨后將BFS溶液注入到中間縫隙中，并將壓力從側(cè)面進(jìn)行施加，從而達(dá)到加固的目的。

2.4 化學(xué)加固木構(gòu)件

如木質(zhì)材料長期處于潮濕環(huán)境中，極易出現(xiàn)腐爛的情況，再加上蟲蟻的啃食，導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)中空現(xiàn)象。通常來講，如果出現(xiàn)大面積的腐爛情況，修復(fù)人員在進(jìn)行木結(jié)構(gòu)修復(fù)作業(yè)時，要先將腐爛部分全部清除，再灌注相應(yīng)的化學(xué)試劑，從而加固木結(jié)構(gòu)。此外，假如木結(jié)構(gòu)因蛀蟲啃食，則無疑會增加修復(fù)難度，此時修復(fù)人員要利用現(xiàn)代化檢測儀器，例如，通過超聲波來對木結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，待確定位置后予以化學(xué)加固。同時，木結(jié)構(gòu)通過化學(xué)修復(fù)作業(yè)后，其外觀不會出現(xiàn)較大變化，并且木結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性也因此增強(qiáng)，有助于延長木結(jié)構(gòu)的工作年限。

3 古典木結(jié)構(gòu)建筑修復(fù)在未來的發(fā)展

作為世界上為數(shù)不多的文明古國，我國先人運(yùn)用其智慧建設(shè)出了形式各樣且功能各不相同的古建筑，但是由于時代變遷以及戰(zhàn)爭等因素的影響，導(dǎo)致流傳下的古建筑在數(shù)量方面也不是十分的可觀。隨著時間的遷移以及自然環(huán)境的變化，部分古建筑中的木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了程度不等的損壞，如不對其進(jìn)行妥善的修復(fù)，不僅會影響其安全性，同時也可能造成古建筑損毀，這對我國歷史文化將是巨大的損失。而這些打著時代烙印、極具典型意義的古建筑，不應(yīng)該在現(xiàn)在這個時代消亡，讓它們留存下來，讓后世知道這些遺跡，是我們的時代使命。因此，為了延續(xù)我國傳統(tǒng)文化，保留古建筑的原本樣貌，需要我國相關(guān)職能部門關(guān)注古建筑的修復(fù)，加強(qiáng)維護(hù)修復(fù)工作，保證古建筑以最佳的狀態(tài)面對世人。此外，我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的提升，越來越多的新型材料得到的涌現(xiàn)，并且將其應(yīng)用在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)過程中，同樣得到了良好的修復(fù)效果。但為了繼續(xù)提升我國古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)水平，還需要相關(guān)科研人員不斷的加大對新型材料的研究，研究出更為科學(xué)、合理且環(huán)保施工工藝，以此來更為顯著的提升我國古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)水平，對于提升古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)質(zhì)量具有促進(jìn)作用。

4 結(jié)語

由此可見，在對古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)作業(yè)時，為了顯著的提升古建筑木結(jié)構(gòu)的抗腐蝕性以及抗荷載性能，盡量保證古建筑木結(jié)構(gòu)的原本樣貌，維持其文化底蘊(yùn)，需要古建筑修復(fù)人員多多的對現(xiàn)代新型修復(fù)材料加以應(yīng)用，同時對各類新型材料的優(yōu)缺點(diǎn)予以明確，在修復(fù)前對新型材料進(jìn)行科學(xué)的選取，保證新型材料的各方面性能可以最大限度的得到發(fā)揮，從而有助于提升古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)質(zhì)量，對古建筑今后可以得到妥善的保存是十分有益的。