淺談古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中新型材料的應(yīng)用

龔 鑫

(湖南建筑高級(jí)技工學(xué)校， 湖南 長(zhǎng)沙 410000)

中國(guó)作為四大文明古國(guó)之一，其歷史文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，古建筑作為中國(guó)歷史文化的重要組成部分，其記載著中國(guó)歷史的發(fā)展，為科學(xué)家研究中國(guó)歷史提供了依據(jù)。木結(jié)構(gòu)建筑作為中國(guó)古建筑的主流形式，由于其優(yōu)越的性能從古至今一直一直深受中國(guó)人的喜愛(ài)。但是由于木結(jié)構(gòu)容易受到外部環(huán)境的影響而發(fā)生破壞，因此對(duì)于古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)顯得固然重要[1]。顧名思義，對(duì)木結(jié)構(gòu)的修復(fù)就是在不改變主體結(jié)構(gòu)的前提下對(duì)受損的地方進(jìn)行修復(fù)，在此過(guò)程中新型材料發(fā)揮了關(guān)鍵的作用。

1 古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)原則

《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)范》指出：在對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)和加固的過(guò)程中，不能對(duì)文物的原狀進(jìn)行改變。與此同時(shí)，在修復(fù)加固的過(guò)程中不能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)以及形式進(jìn)行改變，按照原先的工藝技術(shù)來(lái)對(duì)古建筑進(jìn)行修復(fù)加固。換句話說(shuō)就是在保留古建筑原先樣貌的前提下對(duì)其進(jìn)行修復(fù)加固。與傳統(tǒng)的古建筑修復(fù)技術(shù)相比，現(xiàn)代對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)技術(shù)應(yīng)用了許多新型材料技術(shù)，大大提高了修復(fù)效果。

2 新型材料在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中的應(yīng)用

在對(duì)罕見(jiàn)木材文物以及大型木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)時(shí)，基本上不會(huì)去大范圍的尋找相同的木材來(lái)進(jìn)行修復(fù)。就目前而言對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)主要是對(duì)損壞處進(jìn)行局部修復(fù)以及對(duì)木料的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型材料技術(shù)得到了快速的發(fā)展，并且被應(yīng)用到古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中去。將新型材料應(yīng)用到古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中，不僅能夠維持古建筑的原貌，而且還在一定程度上提高了木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，進(jìn)而對(duì)其使用壽命得到了延長(zhǎng)。目前對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)使用最多的新型材料有：玻璃纖維增強(qiáng)材料（GFRP）、玄武巖纖維（CBF）、碳纖維增強(qiáng)材料（CFRP）以及化學(xué)加固等，下面主要從新型材料的能以及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

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

對(duì)于木結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其本身具有缺陷，比如說(shuō)彈性模量低以及容易變形等。我們可以把木結(jié)構(gòu)材料與復(fù)合的高強(qiáng)材料融合在一起做出新的木結(jié)構(gòu)材料以提高其彈性模量和荷載。碳纖維增強(qiáng)材料（CFRP）與普通材料相比，其力學(xué)性能優(yōu)越，主要表現(xiàn)在比強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及模量等方面[2]。

碳纖維增強(qiáng)材料主要優(yōu)勢(shì)就是具有良好的力學(xué)性能，其強(qiáng)度是普通鋼材料的20到50倍，這樣就會(huì)在一定程度上減小因自身重量產(chǎn)生的負(fù)荷，進(jìn)而大大提高了其穩(wěn)定性。碳纖維增強(qiáng)材料在抗腐蝕方面具有很好的性能，將木結(jié)構(gòu)與碳纖維增強(qiáng)材料一塊作用就能在很大程度上提升木結(jié)構(gòu)木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。因此碳纖維增強(qiáng)材料被廣泛的應(yīng)用到古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中。

碳纖維增強(qiáng)材料在古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中主要是以碳纖維布的形式存在的，當(dāng)碳纖維布和與之配套的浸漬膠一塊使用時(shí)就變成碳纖維復(fù)合材料。在修復(fù)的過(guò)程中首先要將受損的木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面進(jìn)行清潔，清潔完畢后將基底樹(shù)脂涂刷上去，然后再將碳纖維布黏貼在受損的木構(gòu)件表面，并且要把氣泡趕出來(lái)，用輥筒壓實(shí)。為了使修復(fù)后的構(gòu)建使用更長(zhǎng)久，還應(yīng)該在碳纖維布表面涂一層防護(hù)層。

2.2 玄武巖纖維在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中的應(yīng)用

玄武巖纖維作為一種新型的無(wú)機(jī)纖維材料，其具有優(yōu)越的力學(xué)性能、很強(qiáng)的耐腐蝕性和可塑性以及輕薄容易剪切的特性。在對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中使用玄武巖纖維布（BFS），不僅能夠維持古建筑的外觀結(jié)構(gòu)，幾乎對(duì)古建筑沒(méi)有破壞，而且操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單，大大提高了修復(fù)的效率，因此該新型材料已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中[3]。

玄武巖纖維布的具體施工過(guò)程可以分為三步：第一步是對(duì)受損的木結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面清理，這一步主要包括對(duì)表面雜物的清理以及對(duì)凹凸不平的表面校平；第二步是將玄武巖纖維布黏貼到清理過(guò)的木結(jié)構(gòu)表面，然后順著纖維受力的方向?qū)⒗w維布與表面之間的氣泡趕出，在此過(guò)程中應(yīng)該注意不要將雜質(zhì)引入；第三步是在貼好的玄武巖纖維布表面涂一層樹(shù)脂，其主要目的是保護(hù)玄武巖纖維布以延長(zhǎng)使用壽命。

BFS 在修復(fù)古建筑木構(gòu)件時(shí)按照不同的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)有不同的分類(lèi)，按照黏貼方法的不同可分為分段黏貼和連續(xù)黏貼兩種方法；按照施加壓力的不同可以分為主動(dòng)加固法和被動(dòng)加固法兩種方法。在實(shí)際的應(yīng)用中主動(dòng)和被動(dòng)加固法存在著一定的重疊部分[4]。主動(dòng)加固法是先將纖維布將受損的木構(gòu)件套住，然后再將 BFS 溶液加到纖維布與木結(jié)構(gòu)之間的空隙中去，最后從側(cè)面按壓纖維布使其牢固的黏貼在木結(jié)構(gòu)上；被動(dòng)加固法是將纖維布直接纏繞在受損的木結(jié)構(gòu)上以起到加固作用。

2.3 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

玻璃纖維增強(qiáng)材料與碳纖維增強(qiáng)材料相似，在力學(xué)性能、耐腐蝕性以及抗拉強(qiáng)度等方面都具有優(yōu)越的性能。碳纖維增強(qiáng)材料在使用的過(guò)程中容易造成浪費(fèi)，從性價(jià)比方面考慮，采用玻璃纖維增強(qiáng)材料也能達(dá)到對(duì)木結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固效果。

2.4 化學(xué)加固在古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中的應(yīng)用

木構(gòu)件由于使用的是木材料，在潮濕的環(huán)境中很容易受到腐蝕，還有可能內(nèi)部有蛀蟲(chóng)而導(dǎo)致木構(gòu)件內(nèi)部中空，這都是木質(zhì)材料的性質(zhì)引起的。一般情況下如果木構(gòu)件發(fā)生大面積的腐爛現(xiàn)象，對(duì)其修復(fù)的話首先是對(duì)腐爛的部分進(jìn)行清除，然后用不飽和的聚樹(shù)脂等化學(xué)試劑進(jìn)行灌注；而對(duì)于蛀蟲(chóng)造成的內(nèi)部中空的部分則采用超聲波等現(xiàn)代精密儀器對(duì)其進(jìn)行修復(fù)[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

將新型材料應(yīng)用到古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中去不僅能夠能夠大大提高木結(jié)構(gòu)的耐久度和力學(xué)性能，而且能夠維持木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征不受破壞，保持原來(lái)的模樣。新型材料中比較常用的是碳纖維增強(qiáng)材料、玄武巖纖維材料、玻璃纖維增強(qiáng)材料以及化學(xué)加固材料等。每一種新型材料都有著自己的優(yōu)勢(shì)，在對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇適當(dāng)?shù)男滦筒牧?。總而言之，新型材料已?jīng)廣泛的應(yīng)用到了古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)中去，并且有著很好的發(fā)展前景。

[1]杜秀舉. 淺談古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)中新型材料的應(yīng)用[J]. 建材與裝飾,2016(33).

[2]張大照. CFRP布加固修復(fù)木柱梁性能研究[D]. 同濟(jì)大學(xué), 2003

[3]昊翼, 陳際洲, 史睿超. 古代木結(jié)構(gòu)建筑修復(fù)中的新型材料應(yīng)用研究[J]. 科協(xié)論壇, 2012(12):5-6.

[4]胡顯奇, 申屠年. 連續(xù)玄武巖纖維在軍工及民用領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 高科技纖維與應(yīng)用, 2005, 30(6):7-13.

[5]羅才松, 黃奕輝. 古建筑木結(jié)構(gòu)的加固維修方法述評(píng)[J]. 福建建筑,2005(z1):214-216-219.