杨小军:美丽乡村建设中耐久性木材产品研发与应用

党的十九大报告提出，实施乡村振兴战略要坚持农业农村优先发展，按照产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的总要求，建立健全城乡融合发展机制和政策体系，加快推进农业农村现代化，“产业振兴、人才振兴、文化振兴、生态振兴、组织振兴”五大振兴要在乡村振兴中全面落实，真正将城乡融合发展统筹于乡村振兴的全过程中。

1月18日，“木兴中国”中加木材论坛在北京成功召开。行业大咖汇聚云端，共同深入探讨新时代背景下的乡村振兴发展、文旅康养产业创新、碳中和碳达峰等主题，以全新的乡村振兴思维促进文旅康养产业绿色发展，进一步搭建乡村振兴战略学习交流平台。

本次论坛由加拿大木业主办，由中国建筑业协会、加拿大驻华大使馆、国际绿色建筑联盟、中国城市科学研究会城乡融合发展专业委员会、江苏省建筑产业现代化创新联盟、江苏省现代木结构产业联盟、南京工业大学、南京林业大学、搜狐焦点狐椒文旅联合支持。

博士后、南京林业大学木结构建筑系副主任杨小军线上出席会议并分享主旨演讲。他主要从耐久性木材产品开发背景、传统耐久性木材产品特点、新型耐久性木材产品开发、耐久性木材产品应用展望等四方面阐述观点。

他指出，政府从2006年起，公布了一系列政策支持耐久性木材产品开发。这其中包含，《中共中央国务院关于推进社会主义新农村建设的若干意见》、《促进绿色建材生产和应用行动方案》等，明确提出发展木结构的相关建议，要求推动和促进城镇木结构建筑的应用。

2016年国务院出台了《进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》，要求大力推广装配式建筑、绿色节能建筑和建材，加快绿色建筑产业建设，支持现代木结构发展及耐久性木材产品开发。

2017年至2020年，住房和城乡建设部相继颁布实施了《装配式木结构建筑技术标准》(GB/T51233-2016)、《多高层木结构建筑技术标准》(GB/T51226-2017)、《木结构设计标准》(GB50005-2017)、《木骨架组合墙体技术标准》(GB/T50361-2018)、《古建筑木结构维护与加固技术标准》(GB/T50165-2020)等国家标准。

据介绍，现代木结构建筑体现了建筑与人和环境和谐共生的理念。

1、园林景观建筑，是建筑环境的重要组成部分，人们对建筑环境品质要求不断提升，户外木制品或木建筑小品(如地面平台、护栏、木亭、廊架、桌椅等)得到了广泛应用。（港珠澳大桥的东、西人工岛；上海迪士尼户外木地板）。

2、户外木制品。以木材为主体材料，面对恶劣的外部环境，普通木材无法抵抗霉菌虫害、雨水、阳光等的侵蚀，极易腐朽、破损或变色等现象。为适应户外建筑制品的应用，户外大都选用天然耐腐朽性较好的树种木材、经化学药剂处理的防腐木或经高温处理的碳化木等。

3、防腐木，是将普通木材经过人工添加化学防腐剂处理之后，使其具有防腐蚀、防真菌、防虫蚁、防霉变以及防水等性能的木材产品。

杨老师介绍，木材防腐处理方式为高压浸渍罐处理，无压力浸渍罐处理。采用高压浸渍罐处理方法是木材防腐最重要和最有效的工业生产方法。高压浸渍法采用的是满细胞法，将普通木材经过严格的蒸汽烘干、养生、抛光成形和防腐剂真空加压注入木材细胞组织内，使防腐剂固定于细胞纤维组织内，避免渗流，从而达到防腐防霉防蚁的目的。经过防腐处理的木材有效弥补了普通木材在户外环境使用时存在的不足，大大延长了木材的使用寿命。

木材防腐处理的不足之处也包括：防腐木在长期使用中易出现退色、开裂及变形等现象，防腐木中防腐剂在雨水侵蚀后易出现流失，此外，防腐剂是由多种化学药剂组成，有一定程度的毒性，不利于安全环保。

4、炭化木，是指在低含氧量的惰性气体、水蒸气或油等介质中，经过160-250 ℃ 热处理后得到的木材产品。经过高温热处理后，木材中的半纤维素水解成糖类，易吸水的羟基含量降低了木材的吸湿性，提高了木材的尺寸稳定性。除此之外，经过炭化的木材，抽提物挥发，使腐朽真菌的食物减少，可以提高耐腐朽性能。与化学改性相比，在处理炭化木的过程中不使用药剂，不会对环境和人类造成伤害，因此炭化木制品得到广大环保人士及商家的青睐并被大规模使用。

炭化木在室外主要用于房屋外墙板、庭院家具、游乐场轻型木构件、露天地板或甲板、田园建筑小品等，但由于炭化木脆性大，因此不推荐在重型木结构中使用。而不足之处也在于我国研究和生产炭化木的历史较短，炭化木产品成本较高，炭化木的脆性较大不适合用作建筑结构构件，耐腐朽性不及防腐木。

5、木塑复合材是以木质纤维或者植物纤维为主要材料，与聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子树脂混合，并添加偶联剂和添加剂，经过一系列工艺复合而成的材料。

木塑材料兼具了木材和塑料的优点，且具有价格低、可重复使用、可生物降解、木纤维资源丰富、比强度和硬度高等特点。此外，由于木塑复合材料具有良好的尺寸稳定性、强度以及耐腐蚀性，与普通木材相比在使用期间更能保障构筑物的安全，因而常应用在亲水栈道以及登山栈道这种使用条件复杂且对安全性要求较高的户外构筑物中。但不足之处也比较明显：木塑复合材主要由高分子塑料组成，在户外长期应用过程中，易发生老化，出现粉化褪色的现象。老化现象一方面是由木塑表层的树脂高分子老化造成，另一方面是由pH值较小的雨水(酸雨) 对木塑中的无机系色料的侵蚀造成。

天然木材、防腐木、碳化木等传统耐久性木材产品都存在不能长久保持品质、易被污染、易开裂变形、易褪色及需经常维护等不足。高熔点蜡无毒无污染，具有较好的稳定性和疏水性，对木材能起到较好的保护作用。研究团队已成功做到将熔融状态高熔点聚乙烯蜡注入4cm厚的规格材。

然而，高熔点蜡浸注木在工程服役过程中易出现颜色减淡、变灰或泛白等颜色不稳定现象，糟糕外观表现严重影响了工程木产品蜡浸注木的使用价值。杨小军表示，本发明是提供了一种具有良好材色稳定性的户外用蜡浸注木制备方法，以该方法制备的无色系蜡浸注木（未加染料染色的蜡浸注木，即本色蜡浸注木）和有色系蜡浸注木（加染料染色的蜡浸注木），其材色抗人工加速老化及抗自然老化性较好，不会出现因光照及温度剧烈变化等引起的材色衰减或不稳定现象。

据悉，蜡用作建筑物构件和家具表面的重要保护材料已有悠久的历史，春秋战国时期人们发明了烫蜡工艺，将熔化的蜂蜡或白蜡涂布在青铜器的表面，达到上釉和防氧化的目的。然而，烫蜡工艺操作步骤复杂，基材的抛光、涂蜡量、烘烤时间、上蜡时间和擦蜡时间均会影响烫蜡的最终成品效果，且蜂蜡和白蜡的熔点较低，家具使用过程中易出现蜡渍，影响美观和使用。

据介绍，聚乙烯蜡有着很好的热学稳定性、颜色稳定性和体积收缩性。

而聚乙烯蜡是低分子量聚乙烯共聚物，熔点在100℃以上，以微晶形式存在，具有蜡的性质，能代替蜡使用，且性能优于普通石蜡。

此外，聚乙烯蜡冷却体积收缩，可在一定程度上方便控制聚乙烯蜡注入量，便于聚乙烯蜡附着于木材细胞壁保护木材。相同树种和尺寸条件下，浸渍保压时间越长含蜡量越高相同尺寸和浸注工艺条件下，柳桉含蜡量大于SPF；宏观抗弯性能分析中，聚乙烯蜡抗弯强度随高温浸渍保压时间增加而略微下降，抗弯弹性模量随着浸渍保压时间的增加而增加。虽然细胞壁纵向弹性模量降低，但高温状态会使木材过干而变脆,提高蜡浸注木弹性模量；蜡以熔融流动的状态进入木材孔隙，与周围木质纤维紧密结合成整体，卸压冷却后使木材纤维变硬，大大提高蜡浸注木的弹性模量。

人工加速老化—力学性能测试中，樟子松、泡桐和柳桉三个树种的蜡浸注木试样抗弯强度和抗弯弹性模量随老化周期增加呈减小的趋势，其中柳桉抗弯性能下降程度最小，樟子松的抗弯性能下降较大；而蜡浸注木和未注蜡试样的硬度值随着加速老化的进行呈现逐渐减小的趋势，且蜡浸注木试样硬度值减小程度较未注蜡试样小。

冻融循环老化测试中，在水温25±2℃的恒温水槽中放置18h，取出后放入-15±2℃的冰箱中3h，最后放入鼓风干燥箱中50℃条件下烘干3h。蜡浸注木试样抗弯强度和抗弯弹性模量下降幅度均比未注蜡试样小，聚乙烯蜡与木材纤维结合紧密，提高了木材抵抗冻融循化老化的能力。

天然耐腐朽性能测试中，在野外埋置环境中，注蜡试样表面轻微变色，而未注蜡试样表明凹凸不平，有明显白蚁啃食痕迹，明显变色，其中辐射松和柳桉未注蜡试样出现腐朽导致的折断现象。杨小军解释，因为排出内部多余水分，减少吸水通道形成保护层，隔绝白蚁与木材接触。

杨老师称，通过实验可以得出对蜡浸注木工艺及耐久性能综合评价。

首先，聚乙烯蜡热学性质稳定，熔点高，颜色稳定性强，采用聚乙烯蜡浸渍处理木材可以得到性质均匀、稳定的蜡浸注木产品。

其次，将助剂应用于蜡浸注木中可显著提高木材的材色稳定性。经聚乙烯蜡和少量抗老化助剂处理后的木材，老化过程中颜色变化程度变小。

再次，聚乙烯蜡浸注处理木材可以显著提高木材的尺寸稳定性。

最后，蜡浸注木具有良好的耐腐朽和防白蚁性能。

对此，杨小军表示，国内外户外用木材产品的应用较为广泛，市场巨大，性质稳定的蜡浸注木产品是克服了现有户外用木材产品的不足，其装饰性、环保性、功能性、安全耐久性均具有很好的发展前景。对促进木材产品的高值化利用、促进园林建筑小品、现代木结构发展及美丽乡村建设，具有深远的实际意义。