引言

　　木材作為可再生的生物質材料，在建筑領域應用廣泛。現存的木結構歷史建筑具有極高的文物、歷史和藝術價值，但因長期暴露在外界環境下，受多種因素影響出現材性劣化。化學藥劑處理是木結構建筑保護和維修的常用有效措施，而可處理性對木材保護效果至關重要，探究自然老化過程中木構件可處理性的變化及機理對歷史木結構建筑修繕保護和古舊木材再利用意義重大。木材可處理性取決于內部孔隙連通性，老化會影響木材化學成分和解剖結構，進而改變孔隙連通性。目前有關歷史建筑木材材性的研究主要集中在化學成分和力學性能等方面，對古木構件不同部位老化的系統研究較少，因此分區域研究自然老化對木構件可處理性的影響很有必要。本研究以使用約 100 年的自然老化杉木梁為對象，分區域研究其可處理性變化及機理，為歷史建筑中木構件的保護、修繕和再利用提供科學指導。

　　1 材料與方法

　　材料：老化杉木木梁取自浙江寧波云龍學校維修現場，建于 1922 年，2020 年維修，樹齡 22 年，在承重狀態下使用約 100 年，2021 年取樣后存于實驗室，保存完好。現代杉木砍伐于浙江，樹齡 18 年，砍伐后在實驗室存放 1 - 2 年。

　　杉木的區域劃分：將老化杉木圓盤沿徑向分為邊材、外心材和內心材 3 個區域，分別標記為AWI、AWII和AWIII;現代杉木同樣劃分為 3 個區域，標記為MWI、MWII和MWIII。

　　研究方法

　　化學成分測定：采用范氏洗滌法測定纖維素、半纖維素和木質素含量，每組重復 3 次取平均值;利用傅里葉紅外光譜分析化學成分中官能團變化。

　　微觀結構觀察：用滑走切片機制備試件，干燥噴金后用掃描電子顯微鏡觀察微觀結構。

　　孔隙結構測定：制作小試件，用壓汞儀測定累計進汞量和孔徑分布。

　　可處理性測定：制作試件，用真空浸漬法處理，配制銅唑木材防腐劑，通過前后質量差計算載藥量，每個區域重復 8 次取平均值;試件氣干一周后截斷，噴灑顯色劑觀察防腐劑滲透深度。

　　2 結果與分析

　　化學成分：老化杉木化學成分降解程度低，邊材中木質素和半纖維素降解，木質素降解程度更高，導致纖維素相對含量增加;外心材主要是半纖維素降解;內心材主要化學成分無明顯降解。紅外光譜分析進一步驗證了這些結論。

　　微觀結構：現代杉木橫截面管胞壁光滑、排列整齊，老化杉木細胞壁表面粗糙、有破壞，邊材部分管胞壁有輕微裂紋，心材細胞結構變形大，管胞壁有大量裂縫，胞間層分離。老化杉木由外到內管胞被壓縮得越來越緊密，早材壓縮更嚴重，邊材和外心材部分紋孔膜被降解，內心材幾乎看不到菌絲，具緣紋孔保持閉塞狀態。老化杉木各區域老化機理和程度存在明顯差異，長期徑向載荷對內部微觀結構影響更大。

　　孔隙結構：老化杉木各區域峰值對應的孔徑比現代杉木更大，大孔徑孔隙數量和比例明顯高于現代杉木，累計進汞量分別是現代杉木的 1.96、1.56 和 1.34 倍，外心材和內心材微米級以下孔隙數量和體積高于邊材。

　　可處理性及其機理：老化杉木邊材、外心材和內心材載藥量分別是現代杉木的 2.97、3.27 和 6.21 倍，各區域滲透深度比現代杉木高，可處理性明顯提高，且內心材比外心材更容易處理。這是因為老化杉木細胞壁成分降解和壓縮，改善了內部孔隙連通性，但各區域老化機理和程度不同，導致可處理性提高程度不同。

　　3 結論

　　老化杉木越靠近內部化學成分降解程度越低，邊材主要是木質素和半纖維素降解，且木質素降解程度更高，外心材主要是半纖維素降解，內心材化學成分無明顯降解。微觀結構顯示老化杉木紋孔膜被降解，胞間層分離，管胞壁有裂紋，且徑向越靠近內部細胞壁被壓縮程度越高，各區域老化機理和程度存在明顯區別。

　　化學成分降解和細胞壁壓縮使老化杉木各區域大孔徑孔隙數量和比例明顯提高，改善了孔隙連通性，可處理性明顯高于現代杉木，但各區域老化機理和程度不同，導致可處理性提高程度不同，邊材、外心材和內心材載藥量分別是現代杉木的 2.97、3.27 和 6.21 倍。

　　老化杉木內部化學成分降解程度低，但細胞壁被壓縮破壞程度高于外部，說明長期載荷對木梁構件內部微觀結構影響更大，導致內心材比外心材更容易被藥劑處理。老化杉木各區域可處理性比現代杉木明顯提高，為舊木材藥劑處理和再利用奠定了基礎，但還需進一步研究藥劑處理前后老化木材各區域的力學性能。

方 旋;張景朋;熊怡心;李嘉欣;姜 琿;馬星霞,中國林業科學研究院木材工業研究所,202411