随着木材及加工领域科学技术的发展,高强度、性能稳定的工程木制品不断面世,全世界范围内木结构建筑向多高层、大跨度和混合建筑发展。胶合木(glued laminated timber,GLT)是将三层或三层以上、厚度不大于45mm的木质层板沿顺纹方向叠层胶合而成的工程木制品。层板分级和组坯技术的应用,弥补了人工林木材径级小、强度低和材质不均等缺陷,因此GLT具有性能可控、结构可设计、规格可调等特点,是小材大用、劣材优用的有效途径之一。
胶合木作为现代木结构建筑中的主体建筑材料,其产品质量直接影响建筑结构安全。胶合木由原木到成品,历经分等、指接、胶合等工艺,包括选材、干燥、锯切、刨光、纵接、拼宽、组坯、砂光等若干工序。此外,针对大跨度、异型胶合木等特殊受弯构件需求时,以及采用木材力学强度较低的杉(Cunninghamia lanceolata)、柳杉(Cryptomeria japonica)、辐射松(Pinus radiata)等原材料制备胶合木时,胶合木材料本身力学强度并不满足结构力学需求,需要通过添加增强材料进一步提升其力学抗弯性能。
GB 50206—2012《木结构工程施工质量验收规范》明确要求胶合木进行指接强度、胶缝完整性及抗弯性能检验,以检验胶合木的指接工艺、胶合工艺以及层板分等是否符合工程质量要求。
1.层板分等
GLT强度等级主要由层板分等分级控制。现行的国内外层板分等方法主要为目测分等和机械分等。目测分等起源于20世纪北美,以目测木材表面缺陷程度划分强度等级。机械分等是采用机械分等设备对锯材进行非破坏试验,主要包括弯曲法、应力波法、超声波法、横向振动法和纵向振动法。
2. 指接工艺
指接工艺是胶合木制备的关键环节,指接端压、指榫类型、指榫长度及嵌合度是控制层板力学性能的关键工艺参数。
(1)端压:研究表明端压-位移曲线主要分为单线连续型、双线连续型和双线间歇型;建议端压选择范围在单线连续型曲线第一直线段的中间值和双线间曲线第一直线段的上限值之间。
图1 新西兰辐射松指接层板端压-位移曲线
(2)指榫类型:按照加工方向可分为水平型(H型)和垂直型(V型),垂直指接强度普遍高于水平指接,但垂直型指肩面积过大趋于端接,胶接面积低于水平型指接,会导致垂直型指接的层板抗弯强度低于水平型指接。
(3)指榫长度:对指接层板抗弯性能有显著影响,层板抗弯强度随着指榫长度的增加而增大。在实际生产中并不是指榫越长越好,在满足指接强度的前提下应选择较短指榫长度,减少能源消耗。
(4)嵌合度:嵌合度是指顶宽与指底宽之差,是保证齿榫结合时胶合压力作用充分发挥的关键因素。嵌合度的选取与指长密切相关,研究发现指长14mm和19mm最适嵌合度为0.1mm;指长25mm和28mm的最适嵌合度为0.2mm。
3. 胶合工艺
胶层剪切强度和浸渍剥离是评判GLT胶合性能的主要指标,研究主要集中在胶黏剂类型、涂胶量、冷压压力等工艺参数对胶合性能影响。
胶黏剂:结构胶黏剂选择主要由GLT产品使用环境,包括气候、温度和湿度,木材树种、含水率和抽提物含量,以及环保性能要求等因素来确定。
施胶量:不同类型胶黏剂的施胶量不同,一般情况下间苯二酚-酚醛树脂和三聚氰胺—脲醛树脂施胶量>250g/m2,单组份聚氨酯施胶量<200g/m2。
压力:研究发现在相同施胶量水平下,胶合压力并不是越大越好。