木材的防腐与防火

木材的防腐与防火建工133朱兆群201330101引言木材用于建筑工程，已有悠久的历史，它是基本建设的重要建筑材料之一，如建筑物的屋架、梁、柱、门窗、地板以及室内装修、装饰等，都需要使用大量木材。近几年来，虽然出现了许多新型材料，但由于木材具有其独特的性质与广泛的用途，故它仍与钢材、水泥等居于同等重要的地位，并称为三大建筑材料。木材具有很多优点，但也存在两大缺点，一是易腐，二是易燃，因此建筑工程中应用木材时，必须考虑木材的防腐和防火问题。一、木材的腐朽与防腐1、木材的腐朽木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分为霉菌、变色菌和腐朽菌三种，前两种真菌对木材质量影响较小，但腐朽菌影响很大。腐朽菌寄生在木材的细胞壁中，它能分泌出一种酵素，把细胞壁物质分解成简单的养分，供自身摄取生存，从而致使木材产生腐朽，并遭彻底破坏。但真菌在木材中生存和繁殖具备三个条件，即：(1)水分。真菌繁殖生存时适宜的木材含水率是35%~50%，木材含水率在稍超过纤维饱和点时易产生腐朽，而对含水率20%以下的气干木材不会发生腐朽；(2)温度。真菌繁殖的适宜温度25~35℃，温度低于5℃时，真菌停止繁殖，而高于60℃时，真菌则死亡;(3)空气。真菌繁殖和生存需要一定氧气存在，所以完全浸入水中的木材，则因缺氧而不易腐朽。2、木材的防腐处理工艺木材的处理防腐工艺主要分为常压处理以及压力处理两种方式。常压的处理方法这其中就有着扩散法和热冷槽法以及真空法。利用压力处理就包括满细胞法和空细胞法以及半空细胞法这三种。因为利用常压的处理法本身所要消耗的时间较长，而且生产率较低，所以大部分的工业在木材的防腐加工多采用压力的处理法。很多防腐工艺的改进大多是在压力处理的方法基础上进行，类似震荡压力法英文简称OPM，还有其他的脉冲法及多相压力法等。不同类型的处理方法都有着各自的针对性，一些防腐的目的是将防腐液渗透到木材内的深度提高，一些主要是为了加快防腐剂的固着反应，另一些是为了得到一些特定的防腐功能从而得到相应的特殊功能。现在木材加工兴起了很多不同类型的防腐剂，这些防腐剂的出现体现了防腐技术的木材防腐剂的种类在木材生产加工中的应用。2.1木材防腐剂类型木材的防腐剂一般由油类防腐剂和油载防腐剂以及水载的防腐剂这三类为主。（1）油类防腐剂油类防腐剂一般是煤焦油或者是其分馏物比如蒽油和煤杂酚油及石油混合液等等物质。煤杂酚油是由煤焦油经过高温后提炼得到的分馏物的统称，其本身就包含着几百种甚至更多的有机化合物，现在已经鉴定有100多种了。它的毒性对人畜和周边的环境有一定程度的影响，煤杂酚油另一个缺陷就是当经过处理之后成品的表面会有渗出现象，因为这些缺点就大大的限制煤杂酚油的使用的范围。现在，此类型的防腐剂只能在应用到工业的用材，类似枕木与电线杆等材料，一些民用的木材往往不能进行使用。在所应用到的处理材中，其中枕木就占了70%，电线杆和其他的用途就占了剩下的百分比。虽然使用煤杂酚油作为防腐剂面临很大的环保压力，但是研究者发现煤杂酚油能够在土壤之中快速的降解，而且一些废弃后的处理材能够作为一种燃料，所以对煤杂酚油没必要过多的指责。以为在特殊的用途上，没有其他的防腐剂能够替代煤杂酚油，所以此类型的防腐剂还可以将继续应用[1]。（2）油载防腐剂油载防腐剂一般是五氯酚和环烷酸铜等化学物质。五氯酚是通过氯与苯酚之间的反应得到的结晶化合物。从1928年开始，五氯酚就作为一种木材的防腐剂被广泛的使用，它的作用对手主要是电线杆与桩材的处理。但是它和煤杂酚油一样因为对人畜造成的毒性较大及对环境不良的影响，导致很多国家类似新西兰禁止使用此类防腐剂。这种类型的防腐剂可以防止腐朽菌和及很多的虫类入侵，然而海底的虫类没有作用。从1889年之后环烷酸铜就应用与木材的防腐，然而没能够得到较为广泛的使用。一直到20世纪的80年代，环烷酸铜才慢慢应用到处理电线杆和桥梁以及篱笆等等材料二、木材的防火木材的燃烧等级低，通过适当的阻燃处理可使其燃烧性能等级由B2级提高到B1级。阻燃剂的阻燃途径主要有：抑制木材高温下的热分解、抑制热传递和抑制气相及固相的氧化反应。以上阻燃途径相辅相成、相互补充、互为因果。一种阻燃剂往往具有一种以上的阻燃作用，并有侧重。因此，在木材阻燃剂配方中一般都选用两种以上的成分进行复合，各成分相互补充，产生阻燃协同作用。常用的木材阻燃剂主要有：磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硼系阻燃剂等。经过阻燃处理的木材，抗火性能明显提高，木构件表面火焰的燃烧速度降低，相应地提高构件的耐火极限，改变其燃烧性能，但不能提高构件的耐火等级。1木材的阻燃处理木材经过阻燃剂处理后，可有效降低木材燃烧概率。阻燃剂的阻燃途径主要有：抑制木材高温下的热分解、抑制热传递和抑制气相及固相的氧化反应。由于阻燃途径是相辅相成、相互补充的。一种阻燃剂往往具有一种以上的阻燃作用，并有侧重。因此，在木材阻燃剂配方中一般都选用两种以上的成分进行复合，各成分相互补充，产生阻燃协同作用。常用的木材阻燃剂主要有：磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硼系阻燃剂等。经过阻燃处理的木材，抗火性明显提高，木构件表面火焰的燃烧速度降低，相应地提高构件的耐火极限，改变其燃烧性能。因此，建议少数民族聚居区的建筑木材应经过阻燃处理后再建筑。2木材的表面防护表面防护是在最后加工成型的木材及其制品上涂覆阻燃剂或防火涂料，或者在其表面包覆不燃性材料，通过这层保护层达到隔热、隔氧、抑制燃烧的目的。这是目前对木材进行防火保护最有效的方法。据文献记载：早在20世纪60年代，我国就已研制出了非膨胀型防火涂料，如过氯乙烯防火漆等，建筑都是通过涂料本身的难燃性或不燃性，或者通过涂层在火焰下释放出不燃气体，并在表面形成釉状物的绝氧隔热膜来保护基材。20世纪80年代，又陆续研制出各种膨胀型防火涂料，用作木质材料的饰面型防火保护层。膨胀型防火涂料受热后，会形成多孔性的海绵状炭化层结构，具有很好的隔氧隔热保护作用。将其涂刷在可燃建筑结构上，遇小火不燃烧；火势不大时，具有阻滞延燃能力，从而减缓火焰传播速度；离开明火后能自行熄灭，可提高材料的耐火能力，防止火灾迅速蔓延扩大，但不能完全阻止和消灭火灾。有资料报道，建造木制房屋时，在墙体和天花板上安装防火石膏板，可使整个木结构组合墙体的耐火极限长达2h。少数民族聚居区可通过在建筑木材上涂表面防护材料，以此来增加木材的耐火时间，提高材料耐火能力。3建筑木构件的结构设计通常情况下，只有在温度达到250℃时木材才会燃烧。一旦着火，木材在火势凶猛的情况下将以0.64mm/s的速度炭化。炭化层将木材内部与外界隔离并提高木材可承受的温度，使构件内部免于火灾。因此，按照参考文献的数据，可以计算得出：在一场持续30min的大火中，木构件的每个暴露表面将只有19mm因炭化而损失，其余的绝大部分原始截面则保持完整无损。通常情况下，大型建筑结构中都包含大规格的梁或柱，其本身就具有很好的耐火性能。这是因为木材的导热性能低，且大构件表面燃烧所形成的碳化层会进一步隔绝空气和热量的作用，以延缓木材燃烧的速度并保护其余未烧着的木材。这使得大块木材要燃烧很长时间才会引起结构的破坏。也即，当采用大截面构件时，若尺寸达到一定的要求就可以得到较高的耐火极限。一般而言，木构件截面越大，防火性能越好。木结构的防火设计主要是根据设计荷载的要求，结合不同树种的木材在受到火焰作用时的炭化速度。通过规定结构构件的最小尺寸，利用木构件本身的耐火性能来满足所需的耐火极限要求。三、结语林木生长缓慢，我国又是森林资源贫乏的国家之一，这与我国高速发展的经济建设需用大量木材。形成日益突出的矛盾，因此，建筑工程中，一定要经济合理的使用木材，做到长材不短用，优才不劣用，并加强对木材的防腐、防火处理，以提高木材的耐久性，延长使用年限。