古建筑的木構件和木質文物基本上都是由高分子物質和低分子物質共同構成的天然木材。木材的細胞壁組成物質主要是纖維素、半纖維素和木質素等,它們在木材總量中占比達到90%,而木材中的一種多孔質材料木材油很容易遭受到生物腐蝕和分解。
另一方面,木構件在相對較高的含水率下,極容易發生蟲蛀和腐朽。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。
木質構件和木質文物本身的保護方法千差萬別,保護工作更是復雜、艱巨,對其物質基礎性質進行研究和把握,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、木材防腐處理質量和木材含水率過高等問題,提出建議,為古建筑木結構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%)聯合處理。處理方法可采用浸泡或噴淋。露天堆放的木垛還應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部加熱,是電磁波加熱方式的一種。這種加熱方式是通過內部物質本身發熱,實現內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。據此發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。
為了調和這種現實的矛盾狀況,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,用石頭或專門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部蔓延,經過一個夏天,嚴重時腐朽可深入木材內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。一些已貯存2年以上的原木樹皮脫落后,害蟲鉆入木材內部繼續危害。因此,原木的殺蟲處理是必不可少的一環。
熏蒸作業應在貯木場內,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。
若害蟲鉆入木材內較深時,則應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。熏蒸處理效果與溫度有很大關系,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、木結構的防腐
木材防腐是指用專門的一類化學物質處理木材,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,應該根據具體情況采用不同的處理方法等等,都是應該掌握的基本知識。
(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。一種優良的木材防腐劑,一般應符合下列要求:
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;
④藥效持久;
⑤透入性好,能盡可能深的透入木材內;
⑥藥劑透入木材后不影響木構件的進一步加工(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,用于室內不淋雨的部位。部分防腐劑(如CCA、ACQ)進入木材后,反應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在木材的微酸性環境中生成不溶于水的沉淀,一般都用于機械化作業處理。現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量的兩個必要前提。防腐劑的選擇應根據不同部位,不同使用目的來決定。吸藥量是保證,處理手段和工藝是關鍵。木材防腐是一門科學,防腐處理必須按科學辦事。