古建筑修復中關于木結構的新型材料應用
中華五千年歷史源遠流長，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構建筑，以其獨特的特點和良好的使用性，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、火災、雷電和人為因素的作用下，發(fā)生變形破損甚至坍塌。故對木結構建筑進行修復加固意義重大，造福子孫后代。在維護建筑的使用性能的同時，能更好的恢復其文化底蘊，是木結構修復的主要目的。
《古建筑木結構維護與加固技術規(guī)范》GB50165-92中規(guī)定：古建筑的修復與加固，必須遵守不改變文物原狀的原則。同時在維修古建筑時，應保存原來的建筑形式、原來的建筑結構、原來的建筑材料以及原來的工藝技術等原則，即不改變原建筑風貌下，維護加固木結構建筑。相比較傳統(tǒng)修復技術而言，現(xiàn)代木結構修復技術有其獨特的優(yōu)點和更大的發(fā)展空間。
對于特大或稀有木種和木結構文物古跡，在木結構的修復過程中不可能大面積用新材替代，所以對木構件破損部位進行部分修復和加強木構件節(jié)點是現(xiàn)代木結構修復的主要方面。同時隨著材料科學的發(fā)展，新型修復材料的引入，在保證木建筑原貌的前提下，提高了修復后木結構構件的力學性能和使用壽命，目前大量應用于實際工程中木結構修復的新型材料有：碳纖維增強材料、玻璃纖維增強材料、玄武巖纖維和化學加固等，以下對不同材料的性能和優(yōu)點進行分析。
碳纖維材料具有很好的力學性能，其比強度約為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構的不利影響，當與木結構共同作用下，可以大大提高木結構的力學性能。并且基于碳纖維具有良好的耐腐蝕性能，在現(xiàn)代木結構修復中被大量采用。
碳纖維材料在實際工程中多以碳纖維布的形式應用于木結構修復加固中，將需要修復加固的木結構構件表面清潔處理后，涂刷基底樹脂，然后將碳纖維布黏貼在木構件表面并用輥子擠壓密實，趕出氣泡，經(jīng)處理后的木結構構件如下圖所示。同時在實際工程中考慮構件修復加固后的耐久性問題，必須在經(jīng)修復加固后的纖維布外表面涂刷防護層。
玻璃纖維增強材料(GFRP)的力學性能及施工方法類似于碳纖維增強材料(CFRP)，由前面論述可知，CFRP力學性能好，強度高，并具有良好的耐腐蝕性能，但由于其約束矩形截面柱時，其強度往往不能充分發(fā)揮，造成不必要的浪費，從經(jīng)濟角度考慮，在一定的實際工程中應用玻璃纖維具有一定優(yōu)勢。將玻璃纖維布按照規(guī)定黏貼在木構件表面修復受損的木構件(其施工工藝流程與碳纖維布同)，有效的提高木構件修復后的力學性能和耐久性能，基于種種優(yōu)點，玻璃纖維增強材料廣泛的應用于木結構修復加固中。
連續(xù)玄武巖纖維(CBF)是一種新型無機纖維材料，不僅具有良好的力學性能、耐酸堿腐蝕性，而且具有幾何可塑性大，輕薄易剪切等特點。經(jīng)玄武巖纖維布(BFS)處理后的木結構構件不影響木結構原來外觀，施工操作簡便，對原結構構件破壞小，目前已廣泛用于木結構構件的修復加固中。
玄武巖纖維布的施工程序為：在黏貼纖維復合材料以前，對木構件表面進行表面處理，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，同時為避免有害物質的侵入造成木構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。
木構件黏貼BFS加固木構件是利用其良好的力學性能，可以提高對木構件側向的約束。玄武巖纖維布(BFS)加固木構件的方式如圖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)纏繞黏貼在木構件上；主動加固法是事先將預制好的BFS套在木構件上，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，同時也因內部蟲蛀形成中空部分。這種情況下，可根據(jù)實際情況，去除木構件破壞部分后，選擇化學試劑(多采用不飽和聚樹脂)灌注加固。隨著現(xiàn)代檢測技術的發(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，更全面準確的對其進行化學加固修復。
經(jīng)化學修復加固后的木結構構件，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云閣的木柱經(jīng)化學加固處理后，經(jīng)過10年仍然沒有發(fā)現(xiàn)問題，說明現(xiàn)代化學加固方法在木結構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，故對古代木結構建筑進行科學的修復和保護具有重要的意義。目前我國大量的古代木結構建筑急需加固維護，從業(yè)人員人數(shù)嚴重不足、技術水平參差不齊，都是阻礙木結構修復技術發(fā)展的主要原因。
隨著科學技術水平及材料科學的發(fā)展，未來將會有更多的新型材料應用于木結構建筑的修復中，從業(yè)人員的技術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構修復市場產(chǎn)生的巨大的影響。
