關於工程

使用正確的木材

前言:
“海水“泛指海洋中以及受到潮水影響的港灣中的水。許多接觸海水的建造物或結構構件,如遊艇、碼頭、橋樑、海堤甚至是房屋的基礎都是由木材製成的。當然這裡面的海水包括天然海水,海灣中的水或受到潮水影響的海港(河口)的水(有時稱為淡海水,即經過淡水稀釋的海水)。在這樣的環境中,木材可以說是一種功能多樣且十分有用的建築材料。

“海水“接觸會給木結構帶來一些特定的危險因素,因為海水中存在著一類可以破壞木材的海洋生物,統稱為海生鉆孔動物。這些海洋生物以木材為食物來源或在木材中營造自己的洞穴。海生鉆孔動物很少會存在於純的淡水系中,另外,也不應將海生鉆孔動物和陸地上侵害木材的昆蟲混為一談。

海水接觸危險帶通常是從海底(有時也稱淤泥線)到高潮水位線之間的區域。在這個區域內,任何與海水長期接觸的木質材料都會有海生鉆孔動物蛀蝕的危險。而對於埋在海底下或是高於高潮水位線(激浪區)的木材則沒有此危險。

木材在海水中的危險

對木材來說,與海水接觸具有如此高的生物危害等級並且有時用防腐處理也很難控制的原因,主要有三種因素:

(1 )某些海生鉆孔動物(如蛀木水蝨和團水蝨)並不是以木材為食,而只是鉆入木材中棲息或躲避捕食者。既然它們不吃木材,當然防腐劑的毒性對於它們來說沒有很大作用。另外一些種類的海水鉆孔動物如船蛆的確會吃木材,但是它們可以很深鉆入木材中,因此在某些情況下可以避開防腐處理的部份。

(2)和淡水相比,金屬基的防腐劑,尤其是對於含銅的防腐劑,在咸水中的流失作用更強。對於CCA處理木材在海水中長期流失的一系列研究結果表明,在海水中防腐劑的流失加速並具有選擇性,銅的流失更為顯著。其原因與海水中所含的氯有關。

(3)海浪對木材的沖刷作用是機械劣化的一種形式,它可以使海生鉆孔動物的危害加劇。例如,在一些區域由於蛀木水蝨和團水蝨的危害嚴重,在木材表面上形成大量孔洞,從而使木材結構松軟,也更容易在海浪的沖刷作用下暴露出更多新的木材表面,供海生鉆孔動物侵襲。

不同種類的海生鉆孔動物

海上鉆孔動物是許多種海洋生物的總稱。海生鉆孔動物主要可分為兩大類:軟體動物和甲殼動物。盡管根據地區條件的不同,在種類分佈上會有所不同,但它們幾乎存在於世界上的每一片海洋。對具有重要經濟價值的木結構和木質材料(如:橋樑、碼頭、船、海樁等等)存在危害的主要海生鉆孔動物類型,如下所述:

船蛆

蛀木水蟊

馬特海筍

團水蝨

「船蛆」是一種軟體動物,身體很長,在一端一個很小的殼,用來在木材中銼蝕孔道。它們能對與海水接蝕的木結構構成很大的危害,並且這種危害從外面很難檢測到,因為從一個很小的幼蟲進入一塊木材開始,直至長成成蟲的整個階段中,它們可以一直呆在木材中。它們以木材為食,同時也從水中取食浮游生物。通常,它們被稱為是最主要的海生鉆孔動物。

「蛀木水蝨」是一類很小的蝦狀的甲殼動物,經常和團水蝨在一起出現,目前,有關蛀木水蝨是否真正食用木材或與團水蝨一樣只是把木材作為棲息場所,在學術上還有爭議,但有一點可以肯定的是,受蛀木水蝨嚴重侵襲後可以造很大的危害。

「團水蝨」是一類小型的甲殼動物(最多10mm),它們在木材中銼蝕出狹長的孔道,並且形成嚴重侵染,導致木材結構產生皺縮或損壞。木材受到團水蝨和蛀木水蝨嚴重侵害及表面侵蝕。最導致水位線上木樁產生中間變細或沙漏形狀的主要原因。

「馬特海筍」也是一種軟體動物,但是它們的整個身體縮在它們的殼中,殼的直徑可達15mm,長度可達25mm。它們喜歡吸附在軟化的或浸泡在水中的木材上,甚至是在軟的岩石上,並且把殼的開口對著外面,這樣它們就可以從周圍的水中過濾食物。

木材的天然耐海蟲蛀蝕性

世界上有許多樹種被以為具有很強的天然耐海蟲蛀蝕性,其中包括生長在澳大利亞的希氏鐵木和生長在東南亞的坤甸鐵樟等。天然耐海蟲柱蝕性和在陸地上使用時考慮到的傳統的天然耐久性並不是直接對應的,比如,有很多樹種像婆羅雙木以及許多桉樹,在不與地接觸或與地接觸的場合下天然耐久性很高,但是在與海水接觸的場合下卻不耐久。天然耐海蟲蛀蝕性的機理在很大程度上取決於兩個方面的綜合作用,其中一個方面是通常意義上的抵抗生物劣化的能力,而另一方面則是對機械劣化的物理抵抗力,比如希氏鐵木就是由於其構造中產生了矽酸鹽晶體因此其物理抵抗力加強了。但是,目前在許多國家,具有較強的天然耐海蟲蛀蝕性的樹種資源非常有限。

針對海水接觸場合的木材防腐

對於那些在生物危害等級較的情況下需要進行防腐處理的不耐久木材來說,很難使其達到可以防止所有海生鉆孔動物的滿意效果。澳大利亞聯邦科學與工業研究院進行的大量研究表明,在溫暖的水域海生鉆孔動物的生物危害等級更高。CCA處理木材在較冷的澳大利亞南部水域表現出很好的耐海蟲蛀蝕性,但是並不能說在溫暖的亞熱帶和熱帶水域會表現出同樣的效果。 在台灣目前大都使用ACQ防腐,但並不能達到很好的效果,原本台灣使用CCA防腐,但是CCA防腐有毒性,內含有鉻、砷、銅化物等物質,所以在2005年國家CNS標準拿掉了鉻、砷兩種物質,加入了四級銨鹽的延伸化合物,稱ACQ,造成目前的木材防腐效果不好,而且銨的物質還會侵襲鐵件,造成鐵件銹蝕及木材腐爛。 MCA防腐是目前的最新防腐技術,主要的成份是微米銅及唑化合物,能有效防腐及防白蟻,並改善防腐木材對鐵件鏽蝕的問題,經試驗結果,其效果相近於CCA防腐材和素材。

什麼是木材天然耐久性

在防腐的效果不能達到保護木材的效果之時,要如何選擇木材天然耐久性的木材。木材具有的抵抗生物侵害的能力,是木材本身的一種性質。例如:木材抵抗腐的天然耐久性,木材抵抗白蟻蛀食、蠹蟲蛀食、海蟲蛀食的天然耐久性,對於這些耐久性也分別稱為木材的天然耐腐性、天然耐(白)蟻性、天然耐(蠹)蛀性、天然抗海蟲性。木材的天然耐久性指的是木材心材的耐久性。除非特別注明是邊材,否則,木材天然耐久性的等級和數據都是指心材的耐久性。所有木材的邊材均不耐久。同樣,木材的天然耐腐性、天然耐蛀性(抗蛀性)、抗海蟲性指的都是木材心材,木材的邊材均不耐腐、不耐蛀、不抗海蟲。木材天然耐久性的測定,有實驗方法、戶外地面以上和野外埋地實驗方法三大類,實驗室試驗方法主要用於快速比較不同防腐劑處理的差別,但並不能真正反映木材的實際使用的天然耐久性,木材天然耐久性的數據應以野外埋地實驗的結果為準。 木材天然耐久性的分級,依據野外埋地實驗得出的數據,並根據對木材使用壽命的預期來制定,試驗場進行並分別位於熱帶、溫帶地區,經過野外埋地實驗得出的木材耐久年限,取平均值,再相應地將該種木材納入適當的耐久性等級中。所以在木材的選擇上要特別加以注意,在海邊上要選擇有抗腐蝕及抗海生鉆孔動物的木材,例如:香二翅豆木(Dipteryx odorata (Aubl) Will)、南美雞翅木(Vouacapoua Americana)…等等木材