陳暑冰 佟曉超 昌文芳 王 博

（中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對生活環(huán)境質(zhì)量要求不斷提高?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑具有綠色環(huán)保、舒適健康、材料可再生、抗震性能優(yōu)良等優(yōu)點[1]，契合人們對高質(zhì)量生活環(huán)境的追求，因此日益受到關(guān)注[2]。在北美、歐洲、日本等國家和地區(qū)，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑廣泛應(yīng)用于學(xué)校、體育館、火車站等公共建筑領(lǐng)域[3]。北美、北歐等地區(qū)80%以上的住宅建筑為木結(jié)構(gòu)，日本住宅中的木結(jié)構(gòu)建筑占比也接近50%。我國大力推動裝配式建筑的發(fā)展，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)作為裝配式建筑的一種重要形式[4]，其預(yù)制程度高于鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)。并且木材具有易加工、強重比高等優(yōu)勢[5-6]，適于作為建筑結(jié)構(gòu)材料。

膠合木，也稱結(jié)構(gòu)用集成材，是一種將按等級區(qū)分的層板（可指接、斜接或拼寬）沿纖維方向相互平行，沿厚度方向?qū)臃e膠合而成的結(jié)構(gòu)材[7-8]，其主要作為建筑結(jié)構(gòu)的承重構(gòu)件。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑大多以原木為梁柱，而現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑則較多采用膠合木、單板層積材等經(jīng)過現(xiàn)代手段加工的材料。在膠合木制造過程中，通過對層板分等，去除木材中的死節(jié)、變色等缺陷，以及合理配置層板等方式，有效減少了木材自身節(jié)子、裂紋等缺陷對其力學(xué)性能的影響，實現(xiàn)了小材大用，劣材優(yōu)用[9-12]。與原木相比，膠合木力學(xué)性能可靠、尺寸穩(wěn)定性好，可以實現(xiàn)木材的有效利用[12-14]。但木材作為一種天然材料，與鋼材等材料相比，其變異性較大，需要嚴(yán)格控制膠合木生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)，才能確保產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。中國、歐洲、日本等國家和地區(qū)的膠合木標(biāo)準(zhǔn)都對膠合木的原材料、組坯方式、產(chǎn)品性能等做了明確的規(guī)定[15-26]，以確保膠合木的產(chǎn)品質(zhì)量。本文通過對比中國、歐洲、日本的膠合木標(biāo)準(zhǔn)，以期為我國膠合木相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善提供一定的參考，促進(jìn)我國膠合木產(chǎn)業(yè)健康良性發(fā)展。

1 國內(nèi)外膠合木標(biāo)準(zhǔn)概況

中國、歐洲、日本現(xiàn)行膠合木標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 中國、歐洲、日本膠合木現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Current standards for glulam in China, Europe and Japan

我國現(xiàn)行的膠合木標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26899—2011 于2011年發(fā)布并實施。該標(biāo)準(zhǔn)明確了膠合木的定義，規(guī)定了膠黏劑的類型，將膠合木分為同等組合、對稱異等組合、非對稱異等組合三種類型，并劃定了膠合木的等級及對應(yīng)的性能要求。該標(biāo)準(zhǔn)明確了目測分等層板、機械應(yīng)力分等層板的等級及相應(yīng)力學(xué)性能指標(biāo)。同時，明確規(guī)定了各等級膠合木的組坯形式及要求。這些規(guī)定與要求為規(guī)范我國膠合木市場，促進(jìn)膠合木產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化起到了重要作用，并為膠合木生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量控制提供了重要技術(shù)依據(jù)。

歐盟膠合木標(biāo)準(zhǔn)EN 14080∶2013規(guī)定了膠合木的用膠要求、層板等級要求、同等組合和對稱異等組合膠合木的組坯要求、膠合性能要求以及各等級膠合木的力學(xué)性能指標(biāo)，同時該標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定了工廠質(zhì)量控制應(yīng)滿足的要求。

日本膠合木標(biāo)準(zhǔn)JAS 1152 規(guī)定了膠黏劑的類型和使用范圍，給出了同等組合、對稱異等組合、非對稱異等組合各等級的性能指標(biāo)和組坯形式，并針對不同層數(shù)膠合木給出了相應(yīng)的等級和性能指標(biāo)。同時該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同樹種膠合木的剪切強度和木破率的要求。

圖1 膠合木生產(chǎn)主要工序Fig.1 Main production process of glulam

膠合木作為一種現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)用材，其加工過程對其產(chǎn)品性能有重要影響，中國、歐洲和日本的膠合木標(biāo)準(zhǔn)不僅對膠合木自身的膠合性能、力學(xué)性能等各項指標(biāo)作了相應(yīng)規(guī)定，同時也對生產(chǎn)膠合木的膠黏劑、層板等級、組坯方式等進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，以確保工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品符合要求。膠合木生產(chǎn)主要工序如圖1 所示，各國膠合木產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都是通過控制膠合木生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)，以確保其產(chǎn)品質(zhì)量。

2 膠黏劑使用規(guī)定

2.1 不同標(biāo)準(zhǔn)對比分析

膠黏劑是膠合木生產(chǎn)中重要的原材料之一，其強度和耐久性需要滿足一定要求。膠合木在承受彎曲荷載的情況下，會產(chǎn)生沿順紋方向的剪切力，因此要求膠合木膠縫能抵抗一定程度剪切。此外，GB 50005—2017《木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對木結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限規(guī)定為5 年、25 年、50 年、100 年及以上，承重構(gòu)件需具有一定的耐久性。因此，中國、歐洲和日本均對膠黏劑的選用做了相應(yīng)規(guī)定，如表2 所示。

表2 中國、歐洲、日本膠合木標(biāo)準(zhǔn)對膠黏劑的要求Tab.2 Adhesive requirments in China, Europe and Japan glulam standards

(續(xù)表2）

GB/T 26899—2011 將膠合木按使用環(huán)境分為三類，其中以使用環(huán)境3 最為惡劣。在膠黏劑選用方面，該標(biāo)準(zhǔn)將膠黏劑分為Ⅰ類和Ⅱ類：Ⅰ類膠黏劑適用于所有的使用環(huán)境；而Ⅱ類膠黏劑只能用于使用環(huán)境1 和使用環(huán)境2，并且膠合木的使用環(huán)境溫度要低于 50 ℃。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各使用環(huán)境下層板層積方向、寬度方向和長度方向使用的膠黏劑類型，同時，也規(guī)定膠黏劑經(jīng)權(quán)威部門試驗確認(rèn)，能夠達(dá)到同等強度的也可使用，但對具體性能要求沒有詳細(xì)說明。從目前國內(nèi)膠合木用膠情況來看，使用環(huán)境1 和使用環(huán)境2 的膠合木多采用水基聚合物-異氰酸酯膠黏劑，使用環(huán)境3中間苯二酚、單組份聚氨酯使用更為廣泛。這和GB/T 26899—2011 對膠黏劑使用的規(guī)定有一定偏差。

EN 14080:2013 也將使用環(huán)境分為使用環(huán)境1、使用環(huán)境2 和使用環(huán)境3 三類，各類使用環(huán)境的條件基本同GB/T 26899—2011。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各類型膠黏劑應(yīng)滿足的要求，其中酚類和氨基樹脂膠黏劑應(yīng)滿足EN 301 的要求；單組份聚氨酯膠黏劑應(yīng)滿足EN 15425 規(guī)定要求；水性高分子異氰酸酯膠黏劑應(yīng)滿足 EN 15425的要求，且需要進(jìn)行長期循環(huán)荷載試驗測試，并且只能用于使用環(huán)境1 和使用環(huán)境2。同時，針對水性高分子異氰酸酯膠黏劑，歐洲也制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)EN 16254，滿足該標(biāo)準(zhǔn)也可用于使用環(huán)境1 和使用環(huán)境2 下的膠合木。EN 301、EN 15245、EN 16254 均要求對膠黏劑進(jìn)行剪切試驗（干剪、濕剪、浸漬-干燥處理后剪切、煮沸后剪切、煮沸-干燥后剪切等）、剝離試驗（浸漬、減壓加壓處理等）、蠕變試驗、垂直拉伸試驗等，只有膠黏劑滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求才能用于膠合木生產(chǎn)，相當(dāng)于對膠黏劑的資格測試。JAS 1152 集成材日本農(nóng)林標(biāo)準(zhǔn)對膠黏劑的要求與GB/T 26899—2011 相同，但膠合木進(jìn)行JAS認(rèn)證時，只能使用JAS許可的膠黏劑。并且JAS會明確許可膠黏劑的生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號、用途（指接、面接）和使用環(huán)境等信息，未經(jīng)JAS認(rèn)證機構(gòu)的許可，膠合木生產(chǎn)廠家不得更換膠黏劑。

中國、歐洲、日本的膠合木標(biāo)準(zhǔn)對膠黏劑的要求有較大的差異。歐洲標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)膠黏劑類型的不同，規(guī)定了各類膠黏劑應(yīng)滿足的性能要求及適用的使用環(huán)境。中國和日本標(biāo)準(zhǔn)則對各使用環(huán)境適用的膠黏劑類型進(jìn)行了說明，除規(guī)定水基聚合物-異氰酸酯應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求外，對其他類型膠黏劑的性能并未作明確的要求。GB/T 26899—2011 未對其他類型的膠黏劑作詳細(xì)的規(guī)定，這可能是由于我國膠合木產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，標(biāo)準(zhǔn)體系還不夠健全。該標(biāo)準(zhǔn)作為膠合木的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，更注重膠合木的組坯、力學(xué)性能、膠合性能等，而對膠黏劑的選用沒有作過多的要求，只是對其類型進(jìn)行了推薦。隨著我國膠合木標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，GB/T 37315—2019《木結(jié)構(gòu)膠粘劑膠合性能基本要求》已經(jīng)發(fā)布實施，GB/T 26899—2011 在膠黏劑選擇方面宜進(jìn)一步明確各類型膠黏劑應(yīng)滿足的標(biāo)準(zhǔn)或性能要求。

2.2 國內(nèi)膠合木用膠黏劑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

我國GB/T 50708—2012《膠合木結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定了酚類樹脂和氨基樹脂、單組份聚氨酯三種類型的膠黏劑性能要求，標(biāo)準(zhǔn)中的試驗方法和性能指標(biāo)主要參考?xì)W洲相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)EN 301、EN 15425、EN 302 和EN 15416，但對目前國內(nèi)廣泛使用的水基聚合物-異氰酸酯膠黏劑并沒有規(guī)定。歐洲膠合木標(biāo)準(zhǔn)EN 14080 沒有規(guī)定水基聚合物-異氰酸酯不能用于生產(chǎn)膠合木，只是對其適用范圍進(jìn)行了限定。同時，歐洲也制定了水基聚合物-異氰酸酯的標(biāo)準(zhǔn)EN 15416，用以明確其應(yīng)滿足的性能要求。當(dāng)前，我國膠合木制造水平落后于歐洲，生產(chǎn)設(shè)備自動化程度較低。如果將水基聚合物-異氰酸酯膠黏劑排除在外，可能會對我國膠合木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生一定的不利影響。另外，GB/T 50708—2012 規(guī)定單組份聚氨酯膠黏劑應(yīng)進(jìn)行垂直拉伸試驗（也稱“酸對木材纖維的破壞試驗”），而歐洲單組份聚氨酯膠黏劑標(biāo)準(zhǔn)EN 15425:2017 規(guī)定，只有當(dāng)木材表面用pH值小于3.0 的試劑處理時，才需要進(jìn)行此項測試。因此，該項測試的限制條件還需要進(jìn)一步研究和探討?？傮w而言，GB/T 50708—2012 對我國膠合木用膠黏劑的選用起到了積極的作用，但仍需根據(jù)膠合木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)一步完善。2019 年發(fā)布并實施GB/T 37315 —2019 《木結(jié)構(gòu)膠粘劑膠合性能基本要求》，該標(biāo)準(zhǔn)非等同采用ISO 20152-1:2010 《木結(jié)構(gòu) 膠黏劑的膠合性能 第1 部分：基本要求》，沒有按膠黏劑的類型進(jìn)行分類，而是按使用環(huán)境進(jìn)行分類，并規(guī)定了用于各使用環(huán)境的膠黏劑應(yīng)達(dá)到的性能指標(biāo)。該標(biāo)準(zhǔn)對我國木結(jié)構(gòu)膠黏劑的選用有積極意義，但仍存在部分不夠完善的地方。該標(biāo)準(zhǔn)中“酸對木材纖維的破壞性能”，規(guī)定需要檢測膠黏劑的pH值，然后進(jìn)行此項測試，而并沒有規(guī)定測試時pH值具體范圍。而ISO 20152-1:2010 中規(guī)定只有當(dāng)pH值小于3 時才進(jìn)行此項測試，因此對此項測試需要進(jìn)一步研究和探討。

總體來看，我國膠合木用膠黏劑標(biāo)準(zhǔn)中各項性能指標(biāo)與歐洲、日本標(biāo)準(zhǔn)接近或相同。但我國各標(biāo)準(zhǔn)編制思路不同，未做到有效銜接，其中GB/T 26899—2011、GB/T 50708—2012、GB/T 37315—2019 均對膠合木用膠作出了規(guī)定，但編制思路和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)有較大差異。因此，建議結(jié)合我國膠合木產(chǎn)業(yè)的實際情況，進(jìn)一步完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時各標(biāo)準(zhǔn)之間宜統(tǒng)一編制思路，將膠黏劑標(biāo)準(zhǔn)、膠合木產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、膠合木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)有效銜接。此外，目前國內(nèi)大部分實驗室沒有能力 按 照GB/T 50708—2012 或GB/T 37315—2019 對 膠黏劑進(jìn)行檢測并出具檢測報告，因此，在標(biāo)準(zhǔn)編制時應(yīng)考慮國內(nèi)實驗室的檢測能力，協(xié)調(diào)相關(guān)實驗室增加人員和設(shè)備，提高檢測能力，使標(biāo)準(zhǔn)能更好地落實，以促進(jìn)我國膠合木產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 膠合木膠合性能要求

GB/T 26899—2011、EN 14080∶2013、JAS 1152不僅規(guī)定了膠黏劑的使用范圍和類型，也規(guī)定了膠合木的膠合性能，包括剪切性能和剝離性能。

3.1 剪切強度和木破率

GB/T 26899—2011 中規(guī)定膠合木所有膠層的剪切強度至少達(dá)到6 MPa。對于密度小于0.5 g/cm3的針葉材、楊木或其他密度更小的闊葉材，若木破率為100%，剪切強度應(yīng)不小于4.0 MPa。GB/T 26899—2011 剪切強度與木破率關(guān)系見表3。

EN 14080:2013 中規(guī)定，當(dāng)平均剪切強度8 MPa時，木破率為72%，略高于GB/T 26899—2011 規(guī)定的70%；單值剪切強度為6 MPa時，木破率為74%，略低于GB/T 26899—2011 規(guī)定的75%。總體而言，兩種標(biāo)準(zhǔn)對剪切強度和木破率的要求基本相同。日本標(biāo)準(zhǔn)JAS 1152則將樹種分為六類，明確規(guī)定了各類樹種應(yīng)達(dá)到的剪切強度和對應(yīng)的木破率。

表3 GB/T 26899—2011 木破率和剪切強度對應(yīng)關(guān)系Tab.3 Relationship between wood breaking rate and shear strength (GB/T 26899—2011)

3.2 剝離性能

GB/T 26899—2011 中規(guī)定需要進(jìn)行浸漬剝離試驗、煮沸剝離試驗和減壓加壓剝離試驗，對于使用環(huán)境1 和2 進(jìn)行一次循環(huán)，使用環(huán)境3 進(jìn)行2 次循環(huán)。經(jīng)過處理后總剝離率應(yīng)小于5%，任一膠層最大剝離率不大于25%。這些剝離試驗?zāi)芗铀倌z黏劑老化，模擬木材干縮濕脹時在膠層產(chǎn)生的應(yīng)力及膠合木實際使用時的情況，從而檢驗?zāi)z合木的膠合性能。日本JAS 1152 標(biāo)準(zhǔn)對于剝離性能的要求與GB/T 26899—2011 一致。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 14080 :2013 要求進(jìn)行減壓加壓剝離試驗，并在不同溫度和相對濕度下干燥處理。在實際生產(chǎn)中，浸漬剝離和煮沸剝離操作更為簡便，更適于工廠進(jìn)行控制產(chǎn)品膠合質(zhì)量。而實驗室可以根據(jù)設(shè)備條件選擇減壓加壓試驗，在硬件設(shè)備滿足要求的情況下，以較小試驗量即可完成剝離性能的檢測。

4 層板分等要求

表4 為GB/T 26899—2011 層板外觀質(zhì)量要求。

表4 各等級層板外觀質(zhì)量要求Tab.4 Appearance quality requirements of laminates of diあerent grades

（續(xù)表4）

層板等級的劃分是確保膠合木強度等級的關(guān)鍵，也是確保膠合木質(zhì)量滿足要求的重要前提。GB/T 26899—2011 中層板分等有目測分等和機械分等兩種方式。目測分等是通過節(jié)子、變色等與木材力學(xué)性能對應(yīng)關(guān)系，確定木材的等級，分為Ⅰd、Ⅱd、Ⅲd、Ⅳd四等，標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了各個等級層板的節(jié)子、空洞、年輪寬度、變色、裂紋、彎曲變形等要求及應(yīng)滿足的強度性能指標(biāo)。在機械分等層板方面，標(biāo)準(zhǔn)明確了非縱向接長層板、縱向接長層板應(yīng)滿足的力學(xué)性能指標(biāo)。由于機械分等無法檢測層板的端部，因此該標(biāo)準(zhǔn)對機械分等的外觀質(zhì)量也進(jìn)行了規(guī)定。歐洲木材工業(yè)發(fā)達(dá)，分等體系比較完善，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 14080: 2013 規(guī)定了膠合木層板的等級，并且給出了部分等級與歐洲分等標(biāo)準(zhǔn)的等級對應(yīng)關(guān)系。而我國結(jié)構(gòu)材大部分依賴進(jìn)口，同時國內(nèi)也沒有建立相應(yīng)的木材分等體系，尚缺乏與原有分等體系的明確對應(yīng)關(guān)系。在木材層板分等方面，由于我國和日本結(jié)構(gòu)材大部分依賴進(jìn)口的國情較為相似，GB/T 26899—2011 與日本JAS 1152 標(biāo)準(zhǔn)基本一致。

5 組坯要求

在層板組坯方面，GB/T 26899—2011 規(guī)定了同等組合、對稱異等組合、非對稱異等組合的組坯要求。同等組合膠合木可以使用目測分等層板和機械分等層板，但異等組合膠合木的層板選用有特別的規(guī)定。例如，對于對稱異等組合膠合木：AY級和BY級組坯級別中最外層層板、外層層板只能使用機械分等等級的層板，其他層板可使用相應(yīng)等級的目測分等層板或機械分等等級的層板；CY級、DY級和EY級組坯級別，最外層層板只能使用機械分等等級層板。對于非對稱異等組合也有類似的規(guī)定，例如AY級組坯級別受拉側(cè)最外層、外層和中間層層板均不能使用目測分等等級的層板。日本JAS 1152 也有類似的規(guī)定。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 14080:2013 規(guī)定了同等組合和對稱異等組合的膠合木等級和組坯方式，但沒有規(guī)定非對稱異等組合的膠合木等級和組坯方式。EN 14080:2013 則規(guī)定了各等級膠合木最外層、外層和中間層層板的等級和所占比例。整體而言，三個標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計思路基本一致，都明確規(guī)定了組坯方式，使生產(chǎn)企業(yè)可以按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)相應(yīng)等級的產(chǎn)品。目前國內(nèi)大部分膠合木生產(chǎn)企業(yè)只具有生產(chǎn)同等組合膠合木的能力，極少部分企業(yè)具有機械分等設(shè)備，可以生產(chǎn)異等組合膠合木。

6 結(jié)論

通過對我國膠合木標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26899—2011 與歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 14080:2013、日本標(biāo)準(zhǔn)JAS 1152 的關(guān)鍵項目（膠黏劑要求、膠合性能、層板分等、組坯）進(jìn)行對比和分析，結(jié)論如下：

1）我國膠合木標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26899—2011 與歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 14080:2013、日本標(biāo)準(zhǔn)JAS 1152 都注重通過控制膠合木生產(chǎn)過程各個環(huán)節(jié)，來控制最終產(chǎn)品的質(zhì)量。該標(biāo)準(zhǔn)各項重要指標(biāo)同歐洲、日本等木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)接近或一致，這對規(guī)范我國膠合木市場，指導(dǎo)膠合木企業(yè)的生產(chǎn)具有重要意義。

2）GB/T 26899—2011 規(guī)定了各類型膠黏劑適用的使用環(huán)境，但未規(guī)定其應(yīng)滿足的性能要求；GB/T 50708—2012、GB/T 37315—2019 規(guī)定了膠合木用膠黏劑應(yīng)滿足的性能要求，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)仍有需要明確和完善之處。建議進(jìn)一步完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有效銜接膠合木用膠黏劑標(biāo)準(zhǔn)、膠合木產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和膠合木結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3）中國、歐洲、日本標(biāo)準(zhǔn)均通過控制層板、膠黏劑、組坯等膠合木生產(chǎn)環(huán)節(jié)確保膠合木的產(chǎn)品質(zhì)量，而這些關(guān)鍵項目是否符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)無法通過對最終產(chǎn)品的檢驗來判斷。因此，建議對膠合木納入強制性產(chǎn)品認(rèn)證范圍，以規(guī)范膠合木的生產(chǎn)，提高膠合木的產(chǎn)品質(zhì)量。