阅读说明：本技术 一种榫头表层树脂浸填处理方法及增强型木结构榫卯节点 (Tenon surface layer resin impregnation treatment method and enhanced wood structure mortise and tenon joint ) 是由 武国芳 钟永 任海青 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明提出的一种榫头表层树脂浸填处理方法及增强型木结构榫卯节点,所述方法包括：利用酚醛树脂、水和纳米二氧化硅配制复合树脂溶液；将木梁的榫头端部在常温常压下浸入制备的复合树脂溶液中24h；取出木梁的榫头端部后用水冲清其表层残留的复合树脂溶液,并将木梁在10-20℃,65±10％湿度环境中养护48h以上,使得侵入木梁榫头的复合树脂溶液固化,并在木梁榫头浅层形成坚固层。所述榫卯节点包括木梁和开有卯口的木柱,在木梁的榫头表层具有一层上述坚固层。本发明在不改变木构件和节点外观,且不对木构件做切割开槽等机械切割的前提下可有效提高榫卯节点的承载性能。(The invention provides a tenon surface layer resin impregnation treatment method and an enhanced wood structure mortise and tenon joint, wherein the method comprises the following steps: preparing a composite resin solution by using phenolic resin, water and nano silicon dioxide; soaking the tenon end part of the wood beam into the prepared composite resin solution at normal temperature and normal pressure for 24 hours; and taking out the tenon end part of the wood beam, washing away the residual composite resin solution on the surface layer of the tenon end part by using water, and maintaining the wood beam at the temperature of 10-20 ℃ and the humidity of 65 +/-10% for more than 48 hours, so that the composite resin solution intruding into the tenon end of the wood beam is solidified, and a solid layer is formed on the shallow layer of the tenon end of the wood beam. The tenon-and-mortise joint comprises a wood beam and a wood column with a mortise opening, and the surface layer of the tenon of the wood beam is provided with the solid layer. The invention can effectively improve the bearing performance of the mortise and tenon joint on the premise of not changing the appearance of the wood member and the joint and not performing mechanical cutting such as cutting, slotting and the like on the wood member.)

一种榫头表层树脂浸填处理方法及增强型木结构榫卯节点

技术领域

本发明涉及木结构建筑工程技术领域，具体为一种榫头表层树脂浸填处理方法及增强型木结构榫卯节点。

背景技术

木结构是我国古代建筑的重要建筑形式，采用榫卯连接作为木构件间的连接方式是我国古代木结构最主要的特征。榫卯连接是木构件之间采用凹凸结合形成的一种连接方式，突出的部分称为榫头，凹进去的部分称为卯口，构件之间通过榫头和卯口结合在一起形成榫卯连接节点。

榫卯连接节点的种类繁多，其中梁柱间的榫卯连接是一种基本和重要的连接形式。梁柱间榫卯节点对结构的整体承载性能具有非常重要的影响。梁柱间的榫卯连接节点不仅将木梁上的竖向荷载传递至木柱，在风或地震等侧向荷载作用下，梁柱间的角度将会发生变化，榫头的上下表面与木柱的卯口互相挤压，形成抵抗弯矩，以抵抗侧向荷载。由于木材的横纹方向的弹性模量和横纹方向的受压强度均较低，传统榫卯节点的抗弯刚度和承载力均有限。研究发现，在弯矩作用下，榫头和卯口互相挤压，往往在榫头压出较深的凹坑。此外，对我国现存古代木结构的调查中也发现，一些榫卯节点在长期使用过程中由于过度挤压变形，出现了榫卯节点松动、局部拔榫等现象。故梁柱间榫卯连接节点的性能是制约榫卯连接梁柱式木结构跨度、高度等的重要因素。

随着人们对居住空间品质需求的逐渐提升，现代木结构建筑在我国的应用越来越广泛。现代木结构在对古代木结构传承的基础上，在材料和加工技术方面都取得了新的进展。越来越多的新型木产品正被研发出来，与传统方木、原木相比，胶合木、工程木产品等新型木产品不仅尺寸更大，而且性能更加稳定，已经成为木结构建筑的主要材料，随着建筑体量的增大，对榫卯连接节点力学性能的要求也再不断提升；另外数控加工技术的应用不仅提高了加工精度，也大大提高了加工效率，采用榫卯连接的木结构建筑可以实现工业化生产，具有良好的应用前景。针对榫卯节点抗弯性能较弱的特点，需提出合适的增强方法。

现有的一些专利公开了一些木结构榫卯节点增强方法。如“一种耗能弧形钢板加固的木结构榫卯节点”(申请号201120137388.1)中所述的弧形钢板增强方法；“一种木结构榫卯节点的加固与耗能减震装置”(申请号201320561955.5)中所述采用金属紧固件加固的方式；“点阵式横纹增强型木结构榫卯节点”(申请号201410831335.8)所述采用木竹材点阵式的加固方式。“插板式横纹增强型木结构榫卯节点”(申请号201410830182.5)所述的榫头***木竹板材式的加固方式。

现有的木结构榫卯节点增强方式可以部分达到增强榫卯节点竖向承载力、耗能能力等的效果，但是也存在如下主要问题：

1)结构外观受影响，如采用弧形钢板或金属连接件加固，往往需要使得加固材料外露，影响建筑的外观。

2)所述插板式和点阵式榫头增强方法对于榫卯节点的竖向承载力增强效果较好，但是由于垂直于榫头的钻孔以及开槽操作破坏了木材纤维的连续性，减少了榫头的抗弯承载力，导致受弯时榫卯节点容易在榫头处断裂；且增强体和木材之间的连接可能随着时间的发展而退化，甚至可能失效。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提出一种榫头表层树脂浸填处理方法及增强型木结构榫卯节点，本发明在不改变木构件和节点外观，且不对木构件做切割开槽等机械切割的前提下可有效提高榫卯节点的承载性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种榫头表层树脂浸填处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)配制复合树脂溶液

称取水和酚醛树脂分别作为溶剂和溶质，并加入纳米二氧化硅作为分散剂，搅拌均匀后制得复合树脂溶液；其中，所述酚醛树脂的质量浓度为10％～15％，所述纳米二氧化硅的添加量为酚醛树脂重量的0.4～0.6％；

2)将木梁的榫头端部浸入制备的复合树脂溶液中，常温常压浸泡24h；

3)将木梁从复合树脂溶液中取出后，用水冲洗木梁端部表层残留的复合树脂溶液，并将木梁在10-20℃，65±10％湿度环境中养护48h以上，使得侵入木梁榫头的复合树脂溶液固化，并在木梁榫头的浅层形成一层坚固层。

本发明还提出一种增强型木结构榫卯节点，包括木柱和木梁，所述木柱上开有卯口，所述木梁端部加工成与木柱卯口尺寸匹配的榫头，所述木柱和木梁通过将木梁的榫头***木柱卯口的方式形成榫卯连接；其特征在于，在所述木梁的榫头表层具有一层坚固层，该坚固层是通过将木梁的榫头端部浸入复合树脂溶液中24h，然后取出木梁榫头并清洗其表面残留的复合树脂溶液，随后将木梁在10-20℃、65±10％湿度环境中养护48h以上形成；所述复合树脂溶液是以水作为溶剂、质量浓度10％～15％的酚醛树脂作为溶质、纳米二氧化硅作为分散剂搅拌均匀制得，所述纳米二氧化硅的添加量为酚醛树脂重量的0.4～0.6％。

进一步地，配置的复合树脂溶液中还添加有体积分数不超过该复合树脂溶液10％的木材防腐剂，所述木材防腐剂采用四硼酸钠、季安铜、铜唑或咗醇啉。

进一步地，所述坚固层的厚度为5～15mm。

本发明的特点及有益效果：

1)不影响外观，采用本发明方法增强后的榫卯节点与未增强节点外观几乎没有任何区别。

2)通过本发明处理，在榫头表层形成一定厚度的硬壳层，针对性缓解榫头局部挤压变形，达到提升榫卯节点承载力和刚度的效果。本发明对于节点构件零损伤，且树脂浸填入细胞腔内部，与木材混合在一起，可以长久共存，耐久性好。

3)本发明可以将防腐处理与增强结合起来，在提高榫卯节点力学性能的同时，增强节点的耐腐性。

附图说明

图1是本发明实施例中所示增强型木结构榫卯节点的结构示意图。

图2是图1所示榫卯节点中木柱及其卯口的结构示意图。

图3是对图1所示榫卯节点中木梁榫头端部进行树脂浸填的操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案进行进一步说明。

本发明实施例的一种榫头表层树脂浸填处理方法，包括以下步骤：

1)配制复合树脂溶液

称取水和低分子量(分子量为200～400)酚醛树脂分别作为溶剂和溶质，并加入纳米二氧化硅作为分散剂，高速搅拌均匀后制得复合树脂溶液；其中，酚醛树脂的质量浓度为10％～15％，纳米二氧化硅的添加量为酚醛树脂重量的0.4～0.6％，用于增强树脂的流动性和渗透性。

2)将木梁的榫头端部浸入制备的复合树脂溶液中，常温常压浸泡24h，使得树脂分子通过木材导管、木射线、细胞腔等木材结构中天然存在的孔隙渗入榫头表层达到一定深度。复合树脂溶液中分子量较大的树脂分子主要填入木材导管和木射线中，分子量较小的树脂分子可进入木材细胞腔内部。其中，木梁端头浸入复合树脂溶液时，应保证全部榫头高度加不少于50mm的木梁浸入复合树脂溶液中。

3)将木梁从复合树脂溶液中取出后，用水冲洗木梁端部表层残留的复合树脂溶液，并将木梁在10-20℃，65±10％湿度环境中养护48h以上，使得侵入木梁榫头的复合树脂溶液固化，并在木梁榫头的浅层形成一层5～15mm厚的坚固层。浸入木材的树脂固化后对榫头木材的多孔微观结构起到填充和支撑作用，在木梁榫头浅层形成一层坚固硬壳，从而有效增强榫头表层木材的强度和弹性模量，并提高榫卯节点的抗弯刚度和承载力。

本发明另一实施例提出的增强型木结构榫卯节点，参见图1、2，包括木柱1和木梁2，木柱1上开有卯口11，木梁2端部加工成与木柱卯口孔洞口尺寸匹配的榫头，木柱1和木梁2通过将木梁的榫头***木柱卯口的方式形成榫卯连接；其中在木梁2的榫头表层具有一层坚固层，该坚固层是通过将木梁2的榫头端部浸入装有复合树脂溶液3的容器4中24h，然后取出木梁2榫头并清洗其表面残留的复合树脂溶液，随后将木梁在10-20℃、65±10％湿度环境中养护48h以上形成，厚度为5～15mm，参见图3。

本发明另一实施例，在配置的复合树脂溶液中加入四硼酸钠、季安铜、铜唑或咗醇啉等符合我国相关规范的木材防腐剂，使得榫头处理后兼具防腐功能。所加入的木材防腐剂的量不超过复合树脂溶液体积分数的10％。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对对上述实施方式进行的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各个组成部分均可用现有技术加以实现。