王雙永 李 明 張 濤 張景朋 鄧 昊 周海賓

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京 100091；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院，北京 100091;3.北京市古代建筑研究所，北京 100032）

古建筑、民居作為既有建筑，是我國傳統(tǒng)文化的一部分，有著極其珍貴的文物價值和歷史記憶。在這些既有建筑中，都使用了梁、柱等各種類型的木構(gòu)件[1-5]。木構(gòu)件均由木材制作而成，在日光、雨水、氣溫等環(huán)境因素和生物因子作用下，木構(gòu)件會發(fā)生腐朽，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)功能喪失，不僅影響建筑的耐久性，甚至還會危及到建筑結(jié)構(gòu)安全。因此，對木構(gòu)件，尤其是易于發(fā)生腐朽侵害的木構(gòu)件，防腐處理顯得至關(guān)重要[6-11]。

目前市場上比較常用的低毒環(huán)保型防腐劑主要有銅唑和季銨銅（ACQ）兩種水溶性防腐劑，常用處理工藝為加壓浸漬處理，適用于新制作木構(gòu)件的防腐處理[12-16]。本文分別采用兩種防腐劑浸漬處理馬尾松標(biāo)準(zhǔn)試件，并對處理試件進(jìn)行載藥量測定和防腐質(zhì)量評價，研究不同濃度、不同類型的防腐劑對處理木材耐腐性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料[17-18]

銅唑防腐劑(銅、戊唑醇和丙環(huán)唑，比例96.1:1.95:1.95)，實驗室調(diào)配，溶液濃度分別稀釋為0%(對照組)、0.05%、0.1%、0.14%、0.2%；季銨銅ACQ防腐劑(銅和季銨鹽DDAC，比例：2:1)，實驗室調(diào)配，溶液濃度分別稀釋為0%(對照組)、0.2%、0.32%、0.54%、0.9%。

馬尾松(Pinus massoniana Lamb.)，智恒鴻創(chuàng)(北京)商貿(mào)有限公司，樹齡大于20年，選取健康、無節(jié)、年輪分布較均勻的邊材，20 mm×20 mm×10 mm(順紋方向)標(biāo)準(zhǔn)試樣。

試菌菌種：實驗室培養(yǎng)；白腐菌——黃孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)，褐腐菌——密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)。

1.2 設(shè)備[19]

高壓滅菌鍋，型號：CL-40M，日本/ALP公司；超凈工作臺，型號：AURA S.D.4，意大利/EuroClone；真空干燥箱，型號：DZF6092，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；電子天平，型號：BSM-220.4，上海數(shù)誼電子衡器公司。

1.3 試驗方法

試驗參照LY/T 1283—2011《木材防腐劑對腐朽菌毒性試驗室試驗方法》進(jìn)行[20]。通過測定經(jīng)防腐劑處理的木材受腐朽菌侵染后造成的木材質(zhì)量損失，確定該防腐劑能有效防止所選腐朽菌對處理木材腐朽的最小用量（即毒性極限值）。

1.3.1 載藥量測試

采用真空處理方法，處理工藝如下：

1）將馬尾松標(biāo)準(zhǔn)試樣放入浸漬裝置中，注入防腐劑藥液，置于真空干燥箱中，馬尾松試件抽真空至-0.09 MPa，保持壓力30 min，然后恢復(fù)常壓浸漬5 min；

2）處理完畢后取出馬尾松試樣，用濾紙擦去表面藥液，稱重，計算試件載藥量，非單一有效成分制劑的載藥量為各有效成分載藥量之和；

3）將處理后的試樣置于通風(fēng)處，氣干21 d。試樣中防腐劑的載藥量計算如下式：

式中：R ——試樣中防腐劑的載藥量，kg/m3；

m1——試樣吸藥前質(zhì)量，g；

m2——試樣吸藥后質(zhì)量，g；

c——防腐劑溶液濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），%；

V——防腐處理試樣體積，cm3。

1.3.2 耐腐試驗

將相同載藥量梯度的試樣裝在一個培養(yǎng)皿里，加5 mL蒸餾水，用濾紙包好，放入高壓滅菌鍋（105±2）℃滅菌1 h。超凈工作臺上，將滅過菌的試樣置于長滿菌絲的飼木上，塞好塞子，在溫度（28±2）℃，相對濕度75%～85%條件下培養(yǎng)12 周。

經(jīng)12 周腐朽后，從培養(yǎng)瓶中取出試樣，小心刮去表面的菌絲和雜質(zhì)，在（103±2）℃的條件下烘干至恒重，準(zhǔn)確稱量試件質(zhì)量（精確到0.000 1 g）。

試樣腐朽后的質(zhì)量損失率按下式計算：

式中：L——試樣質(zhì)量損失率，%；

m3——試樣腐朽前恒重質(zhì)量，g；

m4——試樣腐朽后恒重質(zhì)量，g。

腐朽等級評定標(biāo)準(zhǔn)參見表1。

表1 腐朽等級評定標(biāo)準(zhǔn) Tab.1 Decay grading evaluation standards

2 結(jié)果與分析

2.1 載藥量與質(zhì)量損失率

分別對銅唑防腐劑處理后的馬尾松試樣與ACQ防腐劑處理后的馬尾松試樣進(jìn)行載藥量和質(zhì)量損失率測定，結(jié)果如表2～3 所示。

表2 銅唑防腐劑處理試樣結(jié)果 Tab.2 Results of treating samples with copper azole preservative

表3 ACQ防腐劑處理試樣結(jié)果 Tab.3 Results of treating samples with ACQ preservative

2.2 防腐劑濃度與類型對木材耐腐性能的影響

對表2～3 數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，獲得防腐劑類型、濃度、腐朽菌種與木材防腐質(zhì)量之間的相互關(guān)系，如圖1 所示。

Fig.1 Anti-corrosion quality evaluation curves of pinus massoniana

由圖1 可知，無論是采用銅唑還是ACQ防腐劑浸漬處理馬尾松木材，其載藥量均隨防腐劑濃度的提高而增長，說明兩種水溶性防腐劑的固著率直接與有效成分濃度呈正相關(guān)。濃度為0.05%的銅唑防腐劑和濃度為0.2%的ACQ防腐劑處理試件的耐腐等級均與對照組相同，抑菌效果不顯著。濃度不低于0.1%的銅唑防腐劑和濃度不低于0.32%的ACQ防腐劑處理后的馬尾松試件，經(jīng)腐朽菌腐朽后，其質(zhì)量損失率均低于5%，說明相應(yīng)濃度的兩種防腐劑對白腐菌與褐腐菌的抑菌效果十分顯著，達(dá)到強(qiáng)耐腐等級；此條件下的測試結(jié)果顯示處理木材質(zhì)量損失率受防腐劑濃度影響不顯著，可能與試驗過程中的其他因素有關(guān)。但是，所使用的銅唑防腐劑濃度遠(yuǎn)低于ACQ防腐劑濃度，這在實際應(yīng)用中是非常重要的。

2.3 防腐劑成本比較

在保證防腐質(zhì)量的前提下，成本是選用綠色環(huán)保防腐劑的主要影響因素。結(jié)合市場調(diào)研以及原材料成本核算，濃度為8.3%的銅唑防腐劑和濃度為15%的ACQ防腐劑平均單價均為11 600 元/t。通過濃度換算可推算出不同濃度銅唑和ACQ防腐劑對應(yīng)的成本單價，如表4 所示。

表4 防腐劑成本單價對比 Tab.4 Comparison for cost unit price of preservatives

對圖1 和表4 綜合分析可知，在防腐效果基本一致的情況下，所需銅唑防腐劑濃度較低，而ACQ防腐劑所需濃度較高；相比而言，選用低濃度的銅唑防腐劑成本較低，對環(huán)境影響可能更小，更加適合于古建筑木構(gòu)件防腐處理等工程應(yīng)用。

3 結(jié)論

1）無論是采用銅唑還是ACQ防腐劑，隨著防腐劑濃度的增加，馬尾松試件載藥量呈增長趨勢但不顯著；濃度不低于0.1%的銅唑防腐劑和濃度不低于0.32%的ACQ防腐劑處理試件，其質(zhì)量損失率均低于5%。試驗表明：一定濃度下防腐劑處理試件可達(dá)到強(qiáng)耐腐等級。

2）銅唑和ACQ兩種環(huán)保型防腐劑處理的馬尾松木材均能達(dá)到強(qiáng)耐腐等級，防腐處理效果顯著。相比而言，選用銅唑防腐劑可降低成本，對環(huán)境影響小，故銅唑防腐劑可廣泛應(yīng)用于古建筑及傳統(tǒng)民居中木構(gòu)件的防護(hù)工程中。

3）采用浸漬處理工藝研究環(huán)保防腐劑處理木材的耐腐性能，達(dá)到了預(yù)期效果。今后可考慮將表面涂刷工藝應(yīng)用于既有建筑木構(gòu)件防腐處理的可行性研究。