新材料在古建筑木结构修复工作的应用
前言：本站为你精心整理了新材料在古建筑木结构修复工作的应用范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。
[摘要]中华文化深厚的底蕴不仅体现在文学与音乐中，也融入到古建筑中进行传承和发扬，对于后人具有重要的研究和借鉴价值。我国古建筑多以木结构为主，它的优点在于保温节能、抗震抗灾，但随着时间流逝，也很容易出现变形、腐蚀、坍塌等情况。有鉴于此，古建筑木结构的修复工作势在必行，而当今时代所研发的各种新材料无疑能给修复工作提供巨大的便利，本文即对此展开详细探究。
在中华民族悠远的历史文化中，古建筑蕴含有丰富的艺术成就和伟大的精神寄托，在一定意义上象征着古代社会的辉煌，同时也记载着时代变革的轨迹。作为古代建筑的主流，木结构具有良好的稳定性和较强的适用性，备受古代建筑大师的青睐，为古人的生活生产提供了不可替代的作用。与此同时，由于火灾、地震、水患、雷电等自然因素的影响，木结构易于遭受破坏，因此对其进行修复和加固意义重大。需要注意的是，木结构古建筑的修复不能过大地改变原有的主体结构，只需要针对损坏处进行修复，以保证其完整性即可，这样才能最大程度地维持原有的历史样貌和文化底蕴。
1对木结构古建筑进行修复的原则
在对木结构古建筑进行修复之前，首先要了解我国的木结构古建筑受到破坏的两类主要原因，即人为损坏和自然损坏。人为损坏是指缺乏科学的尝试和正确的保护意识，导致木结构古建筑在存在过程中易受到刻字、砍伐、胡乱改造等错误行为的影响，加速其使用寿命；自然损坏是指木结构古建筑在存在过程中无时无刻会受到自然因素的影响，尤其是会受到烈日酷晒、雨水侵蚀以及虫蚁病害等摧残。其次，应掌握我国的木结构古建筑的组成特点，即由木质素和纤维素构成的天然高分子材料，其本身就具有易受环境影响的特性。当遇到气温变化较大、空气中重金属含量超标、紫外线强烈照射、长时间雨水浸湿等情况时，木结构古建筑会受到较大甚至难以挽救的损害。在现代社会中，发达的科技成果为解决以上问题提供了有效途径，比如类似纳米技术的新型科技就能够应用在木结构古建筑的修复工作中。修复人员在分析具体的损坏成因和损坏程度之后，再选择最适用的新型材料或技术，就能够很好地完成对木结构古建筑的修复工作。考虑到木结构古建筑不仅是中华优秀传统文化的一部分，更是世界文化遗产名录上不可或缺的艺术作品，因此在对其进行修复的过程中应秉承“尊重文物”的态度，尽最大可能确保其完整性并恢复到原始面貌。建筑的发展过程伴随着历史的演变，对现代建筑理念具有深远的影响。木结构古建筑作为值得研究的文化瑰宝，体现的是古代工匠在建筑领域的聪明才智和劳动贡献。尽管从现代的角度来看，古代工匠们使用的材料或者工艺技术不够科学合理，但我们对其进行保护和修复一定不能擅自更改原建筑的结构和外貌，否则就沦为“二次损坏”。总而言之，对于木结构古建筑的修复工作应坚持总体结合与可持续发展的战略思想，既要尽可能恢复古建筑的原貌，又要为后人的保护和修复工作留下施展的空间。基于这一理念，当前在修复木结构古建筑过程中可选取一些新型材料，这些材料不能含有破坏性的天然材质，同时要能延长建筑的使用寿命或使其免于再次损坏。
2新材料在木结构古建筑修复中的应用
木结构古建筑的修复工作是一项复杂且长期的任务，考虑到其建筑群数量庞大且材质特殊，为了尽可能还原其真实性，一般不会直接选用原有的建筑材料进行大面积替换，这样不仅收效低微，还会影响后人的保护和修复工作。在现代科技发达的今天，对木结构古建筑进行修复一般会针对其受损部位进行单独处理，同时广泛采用新型的建筑材料，用最科学、合理与人性化的方式完成修复工作。为了在保护木结构古建筑原貌的基础上进行有效加固，最好采用碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和纤维布等效果显著且安全环保的新型材料，同时配合化学加固法完成整个修复工作。
2.1在木结构古建筑修复中运用碳纤维
考虑到木质材料拥有较好的弹性，长时间使用必然会出现各种变形，这也是木结构古建筑逐渐从建筑领域历史舞台中隐退的主要原因。在现代社会中，发达的科技成功地弥补了木结构古建筑的材料缺陷，通过将高强度的复合型材料和木质材料进行融合，制作出的新木质材料弹性有所降低，且承载负荷重量极大地提高。以CFRP碳纤维为例，它比其他材料具有更高的强度，尤其是在膨胀系数和抗拉伸程度上优势显著。作为最稳定的分子结构，碳元素是日常生活中应用最广的元素之一，因而碳纤维具有出众的力学性能，能够对木质材料进行强有力的加固。碳纤维拥有高于普通403钢材20余倍的强度，且自身重量极轻，能够显著提升木质材料的稳定性。[1]与此同时，碳纤维较强的抗腐蚀性，使木质材料在面对自然雨水的侵蚀时能够延长使用寿命，从根本上保障了木结构古建筑的修复工作切实有效。综合以上原因，融合了碳纤维的复合型木质材料成为了现阶段木结构古建筑修复工作中使用最广泛的新型材料。需要注意的是，在使用碳纤维复合型木质材料时应加入与之配套的侵渍胶，以便更好地完善其稳定性。侵渍胶主要用于木结构古建筑裂缝的补合处理以及防老化工作上，在具体使用前应先彻底清洁修复对象和部位，为基底树脂的涂刷打好基础，接着从表面入手贴合纤维材质并挤出气泡按压贴实，最后涂刷在碳纤维材料的表层以增强其耐久性。
2.2在木结构古建筑修复中运用玻璃纤维
与CFRP碳纤维相似，GFRP玻璃纤维增强材料在木结构古建筑修复中的优势也主要体现在强度上，但区别在于前者面对横截面为方形的木质结构时力学性能不出众，很容易在修复过程中浪费掉大量的材料；而后者对于方形横截面木质结构的修复具有更好的力学性能，可以极大地提高木结构古建筑的耐久性，同时避免了材料的浪费，便于修复工作者进一步完善修复工艺。
2.3在木结构古建筑修复中运用玄武岩纤维
尽管运用融合了CFRP碳纤维和GFRP玻璃纤维的新型木质材料的确能显著提升木结构古建筑的稳定性和耐久性，但这两类材料的可塑性较低，不利于对木结构古建筑的原貌进行恢复。在这种情况下，可以运用具有较强可塑性的无极材质玄武岩纤维，从而最大程度地保证木结构古建筑的真实性和完整性。与此同时，玄武岩纤维对木结构古建筑的外观破坏很小，在操作上也更加容易实施，尤其是轻薄、方便裁剪的性能使其被广泛应用。在木结构古建筑修复工作中使用玄武岩纤维的操作流程包括三个部分：首先，针对要修复的部位进行彻底清洁和平滑处理，确保其表面不能过于粗糙，不能存在明显的凹凸处；其次，将玄武岩纤维材料黏贴在修复部位表面，并沿着受力方向挤出气泡；最后，涂抹树脂以提升其使用年限。需要注意的是，使用玄武岩纤维来修复木结构古建筑的方式有主动加固和被动加固之分，前者可以通过BFS液体的缝隙间浇筑来完成，在木质修复部位的侧面施加一定压力即可达到加固的目的；而后者可以通过连续缠绕来进行加固，但这种方式虽然加固效果良好，却难以避免材料表面出现凹槽，对于后期的原貌恢复工作造成了很大的阻碍。因此在实际使用玄武岩纤维的过程中，多采用主动加固的方式来完成对木结构古建筑的修复工作。
2.4在木结构古建筑修复中运用化学加固法
大量使用木质材料的古建筑受雨水侵蚀严重，如果没有进行及时有效地处理就会很快出现局部腐烂现象。且随着年代逐渐久远，很多木结构古建筑中的木质元素自身已经发生了变化，容易因外界侵蚀而出现大面积腐烂，再加上虫蚁啃食等因素，进一步加大了被破坏的程度。对于这种情况，最有效的修复是采用化学加固法。首先，对于已经腐烂的部位进行及时彻底地清理，避免腐烂面积进一步扩大；其次，用含有不饱和树脂的化学试剂来对处理过的腐烂部位进行灌注；最后，针对虫蚁啃食的小面积部位，利用超声波检测的方式进行精确查找，再使用相关仪器对其进行化学修复。综合而言，新型复合材料的使用提高了木结构古建筑的稳定性，而化学加固法则提高了木结构古建筑的抗腐蚀性。不仅极大地延长了木结构古建筑的使用年限，更在修复工作中落实了环保理念、降低了人工浪费，因此在实际修复工作中具有良好的应用前景。
3结语
我国拥有大量的木结构古建筑，对其进行保护和修复是一项意义重大但颇具难度的工作，而现代科技为其提供了良好的助力。以碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维为主的新型复合材料以及化学加固法的配合使用，使得木结构古建筑的修复工作得以安全、高效的开展，且以更强的稳定性、坚固耐久性和抗腐蚀性存在，从而保障了优秀工艺文化的传承。
【参考文献】
[1]龚鑫.浅谈古建筑木结构修复中新型材料的应用[J].四川水泥，2018(05).
[2]李昊翼,陈际洲,史睿超.古代木结构建筑修复中的新型材料应用研究[J].科协论坛(下半月)，2012(12).
[3]陈慧芳.古建筑木结构修复中新型材料的应用[J].建材与装饰，2018(43).
作者:周勤劳 单位:西安市古建园林设计研究院
