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更自然、更親切——室外用防腐木材


2021-04-21 14:29:46


    

天然木材的優點是給人的感覺親切自然,無論是觀感還是觸感均較好。然而天然木材的特點決定了其耐候性較差、耐久年限較少、易損傷、易燃、維修保養較為復雜,常用于室內裝修及家具,直接將未經防腐等處理的木材用于室外條件是不太適宜的。

一些天然木材的紋理.jpg

一些天然木材的紋理

北歐、北美國家木材出產量較大,自然氣候原因造成木質紋理均勻細密,在這些國家中木材常常被大面積地用于建筑外墻、地板、百葉窗等室外條件中,創造出與眾不同的建筑形式。長期的應用過程也促使木材防腐處理工藝的研究不斷向更加高效、更加環保的方向發展。將經過防腐處理的天然木材運用在建筑與環境設施中,符合現代人親近自然、綠色環保的理念。

建筑師同樣對自然的材料有著天然的好感,從早期現代主義建筑大師阿爾瓦·阿爾托(Alva·Alto)的許多作品中我們就可以發現大量的木材應用。然而真正大面積地將木材運用于直接暴露于室外環境中的建筑外墻面還是近期的事,這也是木材防腐技術發展的結果。在國內,木材的室外運用正慢慢從室外庭院景觀設施開始向建筑外立面延伸。

傳統木材防腐技術


在我國傳統建筑中,木材通常用作結構材料及圍護分隔材料,雖然也做了一定的處理,但除了一些重要建筑外完好無損地保存下來的較少。

中國傳統建筑中重要的木構表面常以油漆彩畫作為裝飾及防腐處理,一般經過表面打磨、油灰(桐油+石灰)嵌縫打底、麻絲裹扎、油灰抹面、打鐠、瀝粉、上色起暈、在瀝粉線上涂膠貼金、勾輪廓等過程。一般油漆則在油灰抹面后涂刷大漆(以土紅色、黑色居多)。這種處理有效的減少了自然風雨侵蝕、微生物侵蝕,然而它在惡劣的自然氣候下仍然難以避免受到損壞,維修周期短。這種處理方法的另一個缺點是隱藏了了木材的真實紋理,木材只是作為結構材料被使用。要想露出木材的天然本色,傳統做法常是采用沿海漁民木船涂飾桐油的防腐方法,但耐久年限同樣較少且需不斷維護,因此在建筑物中較少出現。除了木材表面的防腐處理外,我國傳統的建筑在設計建造中還特別注意檐廊的設置以盡量避免雨水對木構的侵蝕。

傳統木結構建筑的木材防腐處理和裝飾相結合,木材的天然色彩和質感已經被完全隱藏。.jpg

傳統木結構建筑的木材防腐處理和裝飾相結合,木材的天然色彩和質感已經被完全隱藏。

現代木材防腐技術


1.化學藥劑防腐  現代廣泛使用的木材防腐工藝是采用各種防腐劑如傳統的CCA(鉻化砷酸銅)或當今環保的ACQ(烷基銅銨化合物)對木材進行防腐處理。防腐處理對于木材抵抗昆蟲及微生物的侵蝕起到了重要作用,延長了木材制品在戶外環境中的使用壽命。由于大部分的防腐劑易對人體及環境產生不良影響,因此防腐劑的發展逐漸走向環?;?。CCA防腐劑由于含有致癌物質砷,同樣易對人及環境產生不良影響,因此這種防腐劑處理的木材不得作為家居結構材料、用于人體常接觸的部位(如欄桿、步道、花架、座椅等)以及河水、海水浸泡的部位,同時其加工過程中應注意安全防護,廢棄物回收也需按危險品處理,因此這種防腐劑也逐漸進入淘汰階段。ACQ防腐劑不含砷和鉻,對人畜非常安全,是一種環保型的木材防腐劑,也是目前研發的唯一的一種在防腐性能上不亞于傳統的CCA,又對環境與人體無害的防腐處理物質,但這種防腐處理的木材不適宜于海水環境或鐵路枕木。

采用防腐劑處理的木材防腐通常采用三種加工方法:真空加壓法、常壓浸泡法、噴涂法。表面噴涂處理只能起到短期的保護作用,要使木材有較長的使用壽命,必須將藥劑滲入木材的內部,要達到這一目的,對木材進行真空加壓處理是最為理想的方法。這種處理方法一般是在特制的密封罐內、在真空狀態下將木材浸漬于防腐藥劑中,通過高壓,使得藥劑充分滲入木材的內部,從而達到防腐、抗菌、防潮、防蟲的目的。由于防腐處理并不改變木材的基本特征,因而對其強度不會產生影響。通過此法處理的防腐木材正常使用情況下并加以適當的維護,用于室外條件的使用壽命可達20年甚至30~40年之久。

在自然環境里完全變為灰色的防腐木.jpg

在自然環境里完全變為灰色的防腐木

防腐劑處理的防腐木材在室外長期使用后顏色可能會逐漸變成特殊的灰色,同時灰塵等易在毛孔聚集,在經過一定時間后木材容易顯得臟舊,為了延長使用壽命并保持木材的美觀,同樣可以采用透明或有顏色的抗腐蝕性的涂料涂飾表面。

2.高溫炭化防腐  采用化學處理法不可避免地給廢棄防腐木的回收及處理帶來環保上的問題,一種解決方案為發展環保的防腐劑,另一種方案即采用其他的非化學方法處理。北歐國家芬蘭開創了一種高溫熱處理法,將經過精心挑選的木材置于特殊的高溫蒸氣罐中,經過約200℃的高溫熱處理從而改變木材的基本特性達到防腐的目的(即通俗的說法“炭化木”)。化木的整個加工過程中由于不添加任何藥劑,木材更加自然環保,符合生態設計的原則,更常用于室內及室外常與人體接觸的場所。木材經炭化處理后抗彎和抗裂性能隨著炭化溫度的升高而下降,所以炭化木一般不作為承重結構使用。同時,炭化木亦不適宜于與泥土接觸、浸泡于在水中。炭化過程對木材的其他指標如硬度、抗壓性能、彈性模量等影響不大。

市場上還有一種表面炭化木,即是以氧焊槍燒烤使木材表面形成一層很薄的炭化層,如同木材表面油漆的防腐作用,主要用于室內裝修、工藝品,不適用于室外環境。

木材防腐處理是一門復雜的學科,木材的防腐劑也一直向高效、環保的方向發展。建筑師在運用防腐木材時,必須向生產廠商或經銷商索取材料的檢測數據、耐久年限保證等。使用過程中同樣需要根據專業廠商意見進行定期的維護。

天然防腐木材


自然界中少量木種如西部紅松(Western Red Cedar)、紅尼克樟(Ocotearubra南美紅影)、雙柱豆(Dicoryniaguianensis 南美柚木)以及國內常見的波羅格、巴勞木。由于自身結構的特殊性其天然耐久性、耐腐性極強,能夠抵抗昆蟲及微生物的侵蝕。這些木材無需特別的防腐處理就可直接用于室外條件,北美許多的早期建筑特別是住宅大量使用了這種優質木材,一些以西部紅松木片瓦作為屋面材料的建筑甚至歷經50年之久仍在很好地使用。

防腐木地板的構造


防腐木作為室外地板使用最為常見,構造也最為簡單。木板厚度一般為20-40mm(常用較為經濟的25mm),寬度一般控制在200mm以內,長度一般控制在5m以下。最簡單的做法即是直接以不銹鋼釘、螺絲固定于下層的防腐木龍骨上。

常見的螺絲固定防腐木地板.jpg

常見的螺絲固定防腐木地板

當然,也可以采用一些更為精致的構造,如法國國家圖書館室外的大片防腐木地板。

構造更為精致的法國國家圖書館室外防腐木地板露明固定點1.jpg

構造更為精致的法國國家圖書館室外防腐木地板露明固定點2.jpg

構造更為精致的法國國家圖書館室外防腐木地板露明固定點(從大部分木地板表面無固定螺絲可以分析得知其應是組合單元塊安裝,這是單元的固定節點

防腐木板外墻的構造


木材的墻面安裝系統在歐美等國有較長的歷史,特別是在小型木結構住宅工程中,而在以木結構為傳統建筑特征的我國卻還缺少木板外墻這樣的經驗,因此在設計及施工中有必要參照其做法。不同規格、不同品種的木材以及不同的構造做法所形成的肌理是有一定的差別的,對于建筑形式的影響也是較大的,建筑師只有了解了木材及木板外墻的構造原理才能做到得心應手。

幾種典型的天然木板形式及構造示意圖.jpg

幾種典型的天然木板形式及構造示意圖

典型的天然木板構造示意圖.jpg

典型的天然木板構造示意圖 

外墻木板常用的厚度為12~20mm,為防止木板太寬導致開裂,寬度一般控制在200mm以下,長度一般控制在5m以下。如采用優質的西部紅松,木板寬度可達250~300mm,長度可達 7m。木格柵、百葉的木材斷面則根據設計選用。常用的木板外墻構造形式主要有搭接式、鎖扣平接式、格柵式,固定木板材的金屬件有露明式及暗藏式兩種。木板外墻構造主要應注意木板在自然環境中的漲縮變形,因此防止雨水的積聚滯留、通風透氣等是構造的重點。為了延長整體的壽命,木材安裝中必須使用耐腐的五金件,如不銹鋼或熱鍍鋅的釘子和螺釘(需注意熱鍍鋅鐵釘與防腐劑的化學反應關系)。

德國柏林北歐五國駐柏林大使館之服務中心.jpg

德國柏林北歐五國駐柏林大使館之服務中心 

北歐五國駐柏林大使館防腐木外墻與條形窗的結合.jpg

北歐五國駐柏林大使館防腐木外墻與條形窗的結合

北歐五國駐柏林大使館防腐木外墻構造細節.jpg

北歐五國駐柏林大使館防腐木外墻構造細節——所用木板厚度特殊,約有40mm厚。 

MVRDV小組設計的荷蘭阿姆斯特丹的老人住宅.jpg

MVRDV小組設計的荷蘭阿姆斯特丹的老人住宅——經歷了一定年限后,木板顏色變得灰暗,同時由于缺少油漆保護也顯得較為骯臟。

防腐木板剛剛更換完畢的南向立面,顯得清新多了。.jpg

防腐木板剛剛更換完畢的南向立面,顯得清新多了。

兩側新舊防腐木板的對比.jpg

兩側新舊防腐木板的對比

某建筑豎向紋理的防腐木板與U型玻璃的結合.jpg

某建筑豎向紋理的防腐木板與U型玻璃的結合

用作木格柵的防腐木,與金屬的結合可以更好地控制天然木材的變形.jpg

用作木格柵的防腐木,與金屬的結合可以更好地控制天然木材的變形(這種構造方式也同樣適合于防止室內大尺寸木格柵的變形)。

 防腐木板瓦屋面


在歐美的傳統建筑以及現代的一些特殊的建筑中,除了以木板作為墻面材料外,木板還被用作為建筑屋面材料以形成特殊的瓦片式效果。采用木板作為屋面材料有其一定的優點:熱工性能好、形式特殊、隨時間變化的歷史感較強等。這種屋面木瓦常采用天然防腐木材,采用機鋸加工成平滑的木瓦(shingle)或沿西部紅松木紋劈開形成具有自然紋理表面的木瓦(shake),這種木瓦的形式當然同樣可以作為墻面形式使用。

捷克CK小鎮上的古老建筑的木板瓦屋面1.jpg

捷克CK小鎮上的古老建筑的木板瓦屋面2.jpg

捷克CK小鎮上的古老建筑的木板瓦屋面3.jpg

捷克CK小鎮上的古老建筑的木板瓦屋面——雖然翹曲變形,但更為自然親切,手工感更強。

德國國王湖景區圣巴托洛梅修道院的穹頂采用的上漆木板瓦.jpg

德國國王湖景區圣巴托洛梅修道院的穹頂采用的上漆木板瓦2.jpg

德國國王湖景區圣巴托洛梅修道院的穹頂采用的上漆木板瓦,遠看如醬紅色瓷磚。紅色木板瓦建筑的周圍建筑同樣采用了木板瓦。

迄今為止,由于材料技術的發展,許多以仿木效果為目標的人造板材、格柵層出不窮,如層壓樹脂板(HPL板)、塑木,這些材料的優勢在于平整性、耐候性、自潔性更好,無需特別的打理,但它們與天然木材相比,還是缺少時間感、自然感、真實感。對于某些建筑師來說,在某些特定的建筑上他們還是更愿意采用這些能夠隨時間逐漸變化的天然防腐木。



本文作者介紹:

褚智勇,東南大學建筑系工學學士,北京建筑工程學院建筑學碩士,教授級高級建筑師,一級注冊建筑師。曾著有建筑材料與構造類暢銷書《建筑設計的材料語言》,現為北京工業大學建筑與城市規劃學院講師。

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