新材料在古建筑木結構修復工作的應用
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[摘要]中華文化深厚的底蘊不僅體現在文學與音樂中，也融入到古建筑中進行傳承和發揚，對于后人具有重要的研究和借鑒價值。我國古建筑多以木結構為主，它的優點在于保溫節能、抗震抗災，但隨著時間流逝，也很容易出現變形、腐蝕、坍塌等情況。有鑒于此，古建筑木結構的修復工作勢在必行，而當今時代所研發的各種新材料無疑能給修復工作提供巨大的便利，本文即對此展開詳細探究。
在中華民族悠遠的歷史文化中，古建筑蘊含有豐富的藝術成就和偉大的精神寄托，在一定意義上象征著古代社會的輝煌，同時也記載著時代變革的軌跡。作為古代建筑的主流，木結構具有良好的穩定性和較強的適用性，備受古代建筑大師的青睞，為古人的生活生產提供了不可替代的作用。與此同時，由于火災、地震、水患、雷電等自然因素的影響，木結構易于遭受破壞，因此對其進行修復和加固意義重大。需要注意的是，木結構古建筑的修復不能過大地改變原有的主體結構，只需要針對損壞處進行修復，以保證其完整性即可，這樣才能最大程度地維持原有的歷史樣貌和文化底蘊。
1對木結構古建筑進行修復的原則
在對木結構古建筑進行修復之前，首先要了解我國的木結構古建筑受到破壞的兩類主要原因，即人為損壞和自然損壞。人為損壞是指缺乏科學的嘗試和正確的保護意識，導致木結構古建筑在存在過程中易受到刻字、砍伐、胡亂改造等錯誤行為的影響，加速其使用壽命；自然損壞是指木結構古建筑在存在過程中無時無刻會受到自然因素的影響，尤其是會受到烈日酷曬、雨水侵蝕以及蟲蟻病害等摧殘。其次，應掌握我國的木結構古建筑的組成特點，即由木質素和纖維素構成的天然高分子材料，其本身就具有易受環境影響的特性。當遇到氣溫變化較大、空氣中重金屬含量超標、紫外線強烈照射、長時間雨水浸濕等情況時，木結構古建筑會受到較大甚至難以挽救的損害。在現代社會中，發達的科技成果為解決以上問題提供了有效途徑，比如類似納米技術的新型科技就能夠應用在木結構古建筑的修復工作中。修復人員在分析具體的損壞成因和損壞程度之后，再選擇最適用的新型材料或技術，就能夠很好地完成對木結構古建筑的修復工作?？紤]到木結構古建筑不僅是中華優秀傳統文化的一部分，更是世界文化遺產名錄上不可或缺的藝術作品，因此在對其進行修復的過程中應秉承“尊重文物”的態度，盡最大可能確保其完整性并恢復到原始面貌。建筑的發展過程伴隨著歷史的演變，對現代建筑理念具有深遠的影響。木結構古建筑作為值得研究的文化瑰寶，體現的是古代工匠在建筑領域的聰明才智和勞動貢獻。盡管從現代的角度來看，古代工匠們使用的材料或者工藝技術不夠科學合理，但我們對其進行保護和修復一定不能擅自更改原建筑的結構和外貌，否則就淪為“二次損壞”?？偠灾瑢τ谀窘Y構古建筑的修復工作應堅持總體結合與可持續發展的戰略思想，既要盡可能恢復古建筑的原貌，又要為后人的保護和修復工作留下施展的空間?；谶@一理念，當前在修復木結構古建筑過程中可選取一些新型材料，這些材料不能含有破壞性的天然材質，同時要能延長建筑的使用壽命或使其免于再次損壞。
2新材料在木結構古建筑修復中的應用
木結構古建筑的修復工作是一項復雜且長期的任務，考慮到其建筑群數量龐大且材質特殊，為了盡可能還原其真實性，一般不會直接選用原有的建筑材料進行大面積替換，這樣不僅收效低微，還會影響后人的保護和修復工作。在現代科技發達的今天，對木結構古建筑進行修復一般會針對其受損部位進行單獨處理，同時廣泛采用新型的建筑材料，用最科學、合理與人性化的方式完成修復工作。為了在保護木結構古建筑原貌的基礎上進行有效加固，最好采用碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維和纖維布等效果顯著且安全環保的新型材料，同時配合化學加固法完成整個修復工作。
2.1在木結構古建筑修復中運用碳纖維
考慮到木質材料擁有較好的彈性，長時間使用必然會出現各種變形，這也是木結構古建筑逐漸從建筑領域歷史舞臺中隱退的主要原因。在現代社會中，發達的科技成功地彌補了木結構古建筑的材料缺陷，通過將高強度的復合型材料和木質材料進行融合，制作出的新木質材料彈性有所降低，且承載負荷重量極大地提高。以CFRP碳纖維為例，它比其他材料具有更高的強度，尤其是在膨脹系數和抗拉伸程度上優勢顯著。作為最穩定的分子結構，碳元素是日常生活中應用最廣的元素之一，因而碳纖維具有出眾的力學性能，能夠對木質材料進行強有力的加固。碳纖維擁有高于普通403鋼材20余倍的強度，且自身重量極輕，能夠顯著提升木質材料的穩定性。[1]與此同時，碳纖維較強的抗腐蝕性，使木質材料在面對自然雨水的侵蝕時能夠延長使用壽命，從根本上保障了木結構古建筑的修復工作切實有效。綜合以上原因，融合了碳纖維的復合型木質材料成為了現階段木結構古建筑修復工作中使用最廣泛的新型材料。需要注意的是，在使用碳纖維復合型木質材料時應加入與之配套的侵漬膠，以便更好地完善其穩定性。侵漬膠主要用于木結構古建筑裂縫的補合處理以及防老化工作上，在具體使用前應先徹底清潔修復對象和部位，為基底樹脂的涂刷打好基礎，接著從表面入手貼合纖維材質并擠出氣泡按壓貼實，最后涂刷在碳纖維材料的表層以增強其耐久性。
2.2在木結構古建筑修復中運用玻璃纖維
與CFRP碳纖維相似，GFRP玻璃纖維增強材料在木結構古建筑修復中的優勢也主要體現在強度上，但區別在于前者面對橫截面為方形的木質結構時力學性能不出眾，很容易在修復過程中浪費掉大量的材料；而后者對于方形橫截面木質結構的修復具有更好的力學性能，可以極大地提高木結構古建筑的耐久性，同時避免了材料的浪費，便于修復工作者進一步完善修復工藝。
2.3在木結構古建筑修復中運用玄武巖纖維
盡管運用融合了CFRP碳纖維和GFRP玻璃纖維的新型木質材料的確能顯著提升木結構古建筑的穩定性和耐久性，但這兩類材料的可塑性較低，不利于對木結構古建筑的原貌進行恢復。在這種情況下，可以運用具有較強可塑性的無極材質玄武巖纖維，從而最大程度地保證木結構古建筑的真實性和完整性。與此同時，玄武巖纖維對木結構古建筑的外觀破壞很小，在操作上也更加容易實施，尤其是輕薄、方便裁剪的性能使其被廣泛應用。在木結構古建筑修復工作中使用玄武巖纖維的操作流程包括三個部分：首先，針對要修復的部位進行徹底清潔和平滑處理，確保其表面不能過于粗糙，不能存在明顯的凹凸處；其次，將玄武巖纖維材料黏貼在修復部位表面，并沿著受力方向擠出氣泡；最后，涂抹樹脂以提升其使用年限。需要注意的是，使用玄武巖纖維來修復木結構古建筑的方式有主動加固和被動加固之分，前者可以通過BFS液體的縫隙間澆筑來完成，在木質修復部位的側面施加一定壓力即可達到加固的目的；而后者可以通過連續纏繞來進行加固，但這種方式雖然加固效果良好，卻難以避免材料表面出現凹槽，對于后期的原貌恢復工作造成了很大的阻礙。因此在實際使用玄武巖纖維的過程中，多采用主動加固的方式來完成對木結構古建筑的修復工作。
2.4在木結構古建筑修復中運用化學加固法
大量使用木質材料的古建筑受雨水侵蝕嚴重，如果沒有進行及時有效地處理就會很快出現局部腐爛現象。且隨著年代逐漸久遠，很多木結構古建筑中的木質元素自身已經發生了變化，容易因外界侵蝕而出現大面積腐爛，再加上蟲蟻啃食等因素，進一步加大了被破壞的程度。對于這種情況，最有效的修復是采用化學加固法。首先，對于已經腐爛的部位進行及時徹底地清理，避免腐爛面積進一步擴大；其次，用含有不飽和樹脂的化學試劑來對處理過的腐爛部位進行灌注；最后，針對蟲蟻啃食的小面積部位，利用超聲波檢測的方式進行精確查找，再使用相關儀器對其進行化學修復。綜合而言，新型復合材料的使用提高了木結構古建筑的穩定性，而化學加固法則提高了木結構古建筑的抗腐蝕性。不僅極大地延長了木結構古建筑的使用年限，更在修復工作中落實了環保理念、降低了人工浪費，因此在實際修復工作中具有良好的應用前景。
3結語
我國擁有大量的木結構古建筑，對其進行保護和修復是一項意義重大但頗具難度的工作，而現代科技為其提供了良好的助力。以碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維為主的新型復合材料以及化學加固法的配合使用，使得木結構古建筑的修復工作得以安全、高效的開展，且以更強的穩定性、堅固耐久性和抗腐蝕性存在，從而保障了優秀工藝文化的傳承。
【參考文獻】
[1]龔鑫.淺談古建筑木結構修復中新型材料的應用[J].四川水泥，2018(05).
[2]李昊翼,陳際洲,史睿超.古代木結構建筑修復中的新型材料應用研究[J].科協論壇(下半月)，2012(12).
[3]陳慧芳.古建筑木結構修復中新型材料的應用[J].建材與裝飾，2018(43).
作者:周勤勞 單位:西安市古建園林設計研究院
