防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響

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(1)防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 內政部建築研究所委託研究報告中華民國 95 年 12 月.

(2) PG9502-0237. 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 受委託者：財團法人中華建築中心研究主持人：王松永共同主持人：蔡明哲研. 究. 員：林振榮. 研究助理：楊德新、謝耀明. 內政部建築研究所委託研究報告中華民國 95 年 12 月.

(3) 目次. 目次目次......................................................................................... I 表次...................................................................................... III 圖次.....................................................................................VII 摘. 要.............................................................................. IX. 第一章緒論.......................................................................1 第一節研究緣起與背景....................................................1 第二節研究目的................................................................2 第二章文獻回顧...................................................................5 第一節大木構材防腐防蟲蟻處理..................................5 2-1-1 防腐處理 .................................................................5 2-1-2 防蟲處理 ...............................................................13 第二節防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響 ............................................................................................17 第三章防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響 ...............................................................................................21 第一節實驗材料............................................................23 第二節實驗方法............................................................26 3-2-1 實驗設計 ...............................................................26 3-2-2 實驗設備與方法 ...................................................26 第四章實驗結果與討論...................................................33 第一節力學性質測試......................................................39 4-1-1 試材抗彎性質量測 ...............................................39 4-1-2 抗彎測試結果 .......................................................41 4-1-3 抗壓試驗 ...............................................................45. I.

(4) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 第二節收縮膨脹測試......................................................46 4-2-1 縱向收縮率 ...........................................................46 4-2-2 弦向與徑向收縮率 ...............................................48 第五章結論與建議...........................................................55 第一節結論......................................................................55 第二節建議......................................................................57 附錄.......................................................................................59 參考書目...............................................................................63. II.

(5) 表次. 表次表 1-1 木材劣化的種類、原因與結果 ................................2 表 2-1 國內「古蹟及歷史建築」曾採用之防腐方法.........8 表 2-2 國內曾採用之生物防治工法之優缺點 ....................8 表 2-3 國內「古蹟及歷史建築」曾採用之防蟲方法.....15 表 3-1 木材使用環境與危害分級 ......................................22 表 3-2 木材防腐藥劑吸收量基準 ......................................23 表 3-3 新型防腐藥劑 ACQ 對不同樹種物理與力學性質實驗規劃表.........................................................................26 表 3-4 Delmhorst RDM-2S 含水率計儀器規格表 ............27 表 3-5 Sylvatest Duo 超音波檢定儀儀器規格表 ............29 表 4-1 台灣杉不同 ACQ 藥劑吸收量試材抗彎彈性模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 .........................................................................................33 表 4-2 台灣杉 ACQ 不同藥劑吸收量試材抗彎破壞模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 .........................................................................................34 表 4-3 柳杉不同 ACQ 藥劑吸收量試材抗彎彈性模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 ..34 表 4-4 柳杉不同 ACQ 藥劑吸收量試材抗彎破壞模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 ..35 表 4-5 杉木不同 ACQ 藥劑吸收量試材抗彎彈性模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 ..35 表 4-6 杉木不同 ACQ 藥劑吸收量試材抗彎破壞模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 ..36 表 4-7 台灣杉不同 CuAz 藥劑吸收量試材抗彎彈性模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 III.

(6) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. .........................................................................................36 表 4-8 台灣杉 CuAz 不同藥劑吸收量試材抗彎破壞模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 .........................................................................................37 表 4-9 柳杉不同 CuAz 藥劑吸收量試材抗彎彈性模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 ..37 表 4-10 柳杉不同 CuAz 藥劑吸收量試材抗彎破壞模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 .........................................................................................38 表 4-11 杉木不同 CuAz 藥劑吸收量試材抗彎彈性模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 .........................................................................................38 表 4-12 杉木不同 CuAz 藥劑吸收量試材抗彎破壞模數與基本物理性質 ANOVA 線性迴歸(Y=AX+B)分析結果 .........................................................................................39 表 4-13 不同 ACQ 藥劑吸收量試材抗彎性質量測結果..39 表 4-14 不同 CuAz 藥劑吸收量試材抗彎性質量測結果.40 表 4-15 台灣杉不同 ACQ 吸收量之平均平均抗彎強度/比重之比強度增加/減少百分比............................................41 表 4-16 柳杉不同 ACQ 有效吸收量與平均抗彎強度/比重之比強度增加/減少百分比................................................42 表 4-17 杉木不同 ACQ 有效吸收量與平均抗彎強度/比重之比強度增加/減少百分比................................................42 表 4-18 台灣杉不同 CuAz 有效吸收量與平均抗彎強度/比重之比強度增加/減少百分比........................................43 表 4-19 柳杉不同 CuAz 有效吸收量與平均抗彎強度/比重之比強度增加/減少百分比............................................44 表 4-20 杉木不同 CuAz 有效吸收量與平均抗彎強度/比重之比強度增加/減少百分比............................................44 IV.

(7) 表次. 表 4-21 台灣杉抗壓基本物理性質與力學性質 ................45 表 4-22 柳杉抗壓基本物理性質與力學性質 ....................45 表 4-23 杉木抗壓基本物理性質與力學性質 ....................46 表 4-24 柳杉不同 ACQ 有效吸收量試材縱向收縮率增加/ 減少百分比.....................................................................47 表 4-25 台灣杉不同 ACQ 有效吸收量試材徑向收縮率增加 /減少百分比....................................................................48 表 4-26 台灣杉不同 ACQ 有效吸收量試材弦向收縮率增加 /減少百分比....................................................................49 表 4-27 柳杉不同 ACQ 有效吸收量試材徑向收縮率增加/ 減少百分比.....................................................................50 表 4-28 柳杉不同 ACQ 有效吸收量試材弦向收縮率增加/ 減少百分比.....................................................................51 表 4-29 杉木不同 ACQ 有效吸收量試材徑向收縮率增加/ 減少百分比.....................................................................52 表 4-30 杉木不同 ACQ 有效吸收量試材弦向收縮率增加/ 減少百分比.....................................................................52. V.

(8) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. VI.

(9) 圖次. 圖次圖 3-1 ACQ 防腐處理試材取材方式..................................24 圖 3-2 台灣杉試材現況圖 ..................................................24 圖 3-3 柳杉試材現況圖 ......................................................25 圖 3-4 杉木(福州杉)試材現況圖........................................25 圖 3-5 Delmhorst RDM-2S 含水率計現況圖 ....................27 圖 3-6 超音波法的測定 ......................................................28 圖 3-7 Sylvatest Duo 超音波檢定儀現況圖 .......................29 圖 3-8 萬能強度試驗機以及資料記錄器 ..........................30 圖 3-9 ACQ 防腐處理台灣杉與柳杉儀器設備..................32 圖 3-10 ACQ 防腐處理杉木儀器設備................................32 圖 4-1 台灣杉、柳杉以及杉木試材縱向抗壓試體示意圖 .........................................................................................45 圖 4-2 柳杉收縮膨脹試體示意圖 ......................................47 圖 4-3 台灣杉、柳杉以及杉木收縮膨脹試體示意圖.......48. VII.

(10) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. VIII.

(11) 摘要. 摘. 要. 關鍵詞：ACQ、CuAz、防腐、物理性質、力學性質一、研究緣起國內木結構古蹟及歷史建築約佔六成以上，其劣化種類中生物劣化（約佔九成）是國內古蹟及歷史建築木作中最常見的。針對腐朽蛀蝕嚴重而須抽換代之以新木料之耐腐設計，由於木材大多採用人造林木，其耐腐性較差，目前國內傾向以新型防腐藥劑 ACQ 或 CuAz 抽真空加壓灌注法處理，但 ACQ 或 CuAz 抽真空加壓灌注法處理後是否影響木料物理性質與力學性質卻困擾古蹟修復設計者，實有必要進行相關研究。. 二、研究方法及過程收集國內外新型防腐劑（CCA、ACQ、CuAz 等）不同藥劑吸收量處理木構件後對木材物理性質與力學性質所產生的影響，後續本研究規劃以 ACQ 或 CuAz 等不同藥劑吸收量處理台灣杉、柳杉以及杉木，且分別進行試材抗彎、抗壓以及收縮率等力學性質及物理性質的測試，試驗完成後研究團隊並將實驗數據以統計進行線性迴歸以及採用同質性分析等方式來探究其相關性以及不同藥劑吸收量處理組間的變異性，並將資料歸納整理成表格的方式以供後續研究參考之依據。. 三、重要發現 1.. 經由 ACQ 防腐處理後，其防腐組與對照組相較之下，有效吸收量達 CNS3000 中 K2、K3 以及 K4 級條件藥劑吸收量試材（台灣杉、柳杉以及杉木）平均抗彎彈性模數（MOE）/比重與平均抗彎破壞模數（MOR）/比重之比強度經 ANOVA 同質性統計分析結果顯示其強度變化不顯著（除了台灣杉 K2 組 MOE 會顯著降低外），MOE 與 MOR 變動值約在正負 10%左右。. 2.. 經由 CuAz 防腐處理後，其防腐組與對照組相較之下，有效吸收量達 CNS3000 中 K2、K3 以及 K4 級條件藥劑吸收量試材：台灣杉平. IX.

(12) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 均抗彎彈性模數（MOE）/比重與平均抗彎破壞模數（MOR）/比重之比強度經 ANOVA 同質性統計分析結果顯示其強度變化不顯著、柳杉 MOE 會顯著增加而 MOR 變化不顯著、杉木 MOE 與 MOR 會顯著降低。 3.. ACQ 防腐處理後，其平均抗壓強度/比重之比強度提昇或減少方面：台灣杉抗壓強度會顯著降低、柳杉 K4 組抗壓強度會顯著降低、杉木抗壓強度變化不顯著。. 4.. 經由 ACQ 防腐處理後，其防腐組與對照組相較之下，有效吸收量達 CNS3000 中 K2、K3 以及 K4 級條件藥劑吸收量試材（柳杉）之縱向收縮率經 ANOVA 同質性統計分析結果顯示平均收縮率在 K2 組有顯著差異（顯著增加）、15%收縮率在 K4 組有顯著差異（顯著減少）、全收縮率在 K2 及 K4 組有顯著差異（K2 組顯著增加而 K4 組顯著減少）。. 5.. 台灣杉經由 ACQ 防腐處理後，其防腐組與對照組相較之下，有效吸收量達 CNS3000 中 K2、K3 以及 K4 級條件藥劑吸收量試材之徑向收縮率試體平均收縮率、15%收縮率以及全收縮率之對照組與防腐組（K2、K3 以及 K4）有顯著差異，台灣杉徑向收縮率試體之收縮率會因為防腐處理後有增大之趨勢。台灣杉弦向收縮率試體平均收縮率與全收縮率之對照組與防腐組（K2、K3 以及 K4）有顯著差異而 15%收縮率在對照組與防腐組僅與 K3 及 K4 組有顯著差異，台灣杉弦向收縮率試體平均收縮率與全收縮率會因為防腐處理後在 K2 與 K3 組有減小之趨勢，而 K4 組有增大之趨勢；15%收縮率會因為防腐處理後在 K3 有減小之趨勢，而 K4 組有增大之趨勢。. 6.. 柳杉經由 ACQ 防腐處理後，其防腐組與對照組相較之下，有效吸收量達 CNS3000 中 K2、K3 以及 K4 級條件藥劑吸收量試材之徑向收縮率試體平均收縮率之對照組與防腐組（K2、K3 以及 K4）有顯著差異、15%收縮率在對照組與防腐組僅 K3 組有顯著差異、全收縮率在對照組與防腐組僅 K2 與 K3 組有顯著差異，柳杉平均收縮率、15% 收縮率以及全收縮率對照組與防腐組（上述有顯著差異者）會因為防腐處理後收縮率有增大之趨勢。柳杉弦向收縮率試體 15%收縮率. X.

(13) 摘要與全收縮率之對照組與防腐組（K2、K3 以及 K4）有顯著差異而平均收縮率在對照組與防腐組僅 K3 組有顯著差異，柳杉平均收縮率、 15%收縮率以及全收縮率對照組與防腐組（上述有顯著差異者）會因為防腐處理後 K2 與 K4 組收縮率有減小之趨勢而 K3 組有增大之趨勢。 7.. 杉木經由 ACQ 防腐處理後，其防腐組與對照組相較之下，有效吸收量達 CNS3000 中 K2、K3 以及 K4 級條件藥劑吸收量試材之徑向收縮率試體平均收縮率與全收縮率之對照組與防腐組（K2、K3 以及 K4）有顯著差異而 15%收縮率在對照組與防腐組僅 K4 組有顯著差異，杉木平均收縮率、15%收縮率以及全收縮率對照組與防腐組（上述有顯著差異者）會因為防腐處理後 K2 組收縮率有減小之趨勢而 K3 與 K4 組有增大之趨勢。杉木弦向收縮率試體平均收縮率與全收縮率之對照組與防腐組（K2、K3 以及 K4）有顯著差異而 15%收縮率在對照組與防腐組僅 K2 與 K4 組有顯著差異，杉木平均收縮率、 15%收縮率以及全收縮率對照組與防腐組（上述有顯著差異者）會因為防腐處理後 K2 組收縮率有減小之趨勢而 K3 與 K4 組有增大之趨勢。. 四、主要建議事項建議一 ACQ 與 CuAz 不同藥劑吸收量試材收縮率之影響：中長期建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：財團法人中華建築中心由於木材收縮率試驗需進行飽水、調濕至 15%以及絕乾等三階段，由於時間關係目前僅完成 ACQ 處理後不同藥劑吸收量試材弦徑向收縮率試驗（台灣杉、柳杉以及杉木）與縱向收縮率試驗（柳杉）；後續將進行其餘部分至完成。. 建議二 ACQ 與 CuAz 不同藥劑吸收量對古蹟常用材種力學性質與收縮率之影響：中長期建議. XI.

(14) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：財團法人中華建築中心由於國內古蹟與歷史建築常用材種包括：台灣扁柏、紅檜、台灣肖楠、巒大杉、福州杉(杉木)、台灣杉、柳杉(日杉)、松木、樟木、牛樟、台灣櫸、烏心石、大葉楠，為全面建立長期基本的資料庫提供古蹟修復設計參考，建議後續進行至完成。. XII.

(15) 摘要. ABSTRACT Keywords: ACQ、CuAz、preservative treated、Physical property Over sixty percent of the historical buildings are wooden structural system in Taiwan.. In the mean time, historical buildings suffer from termites and fungus. were the most common forms in wooden structures.. In-situ, the historical. buildings often use the man-plant forest for preservative treated instead of the serious decay wood, but the anti-decay property was bad. ACQ (Ammoniacal Copper Quat) and CuAz (Copper boron Azole) preservative treated wood are environmental protective methods than CCA (Chromated Copper Arsenate), it is the new trend in preservative treated the wooden elements but the mechanical and physical properties are unknown after the preservative treated, so in this study investigate the mechanical and physical properties by the bending test, compressive test and shrinkage test, the results refers as follows: 1.. Comprasion with the control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of MOE/Specific and MOR/Specific for Taiwania cryptomerioides, Cryptomeria japonica and Cunninghamia lanceolata by ANOVA analysis show the strength is not significant（Expect Taiwania cryptomerioides, the MOE is decreased in K2）.. 2.. Comprasion with the control and CuAz preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of MOE/Specific and MOR/Specific for Taiwania cryptomerioides, Cryptomeria japonica and Cunninghamia lanceolata by ANOVA analysis show MOE and MOR of Taiwania cryptomerioides specimens are not significant, Cryptomeria japonica specimens is significant increased in MOE but MOR is not significant, Cunninghamia lanceolata specimens are significant decreased in MOE and MOR.. 3.. Comprasion with the control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of Compressive stress/Specific for Taiwania cryptomerioides, Cryptomeria japonica and Cunninghamia lanceolata by ANOVA analysis show K4 compressive stress is significant decreased in Taiwania cryptomerioides, K2~K4 compressive stress is significant. XIII.

(16) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. decreased in Cryptomeria japonica, the compressive stress is not significant in Cunninghamia lanceolata. 4.. Comprasion with the control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of longitudinal shrinkage for Cryptomeria japonica by ANOVA analysis shown K2 specimen is significant increased in average shrinkage, K4 specimen is significant deceased in 15% shrinkage and K2 specimen is significant increased but K4 specimen is decreased in full shrinkage.. 5.. Comprasion with the control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of radial shrinkage for Taiwania cryptomerioides by ANOVA analysis shown K2, K3 and K4 specimens is significant increased in average shrinkage, 15% shrinkage and full shrinkage.. The. control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of tangent shrinkage for Taiwania cryptomerioides by ANOVA analysis shown K2 and K3 specimens are decreased and K4 specimen is increased in average and full shrinkage, K3 specimen is decreased in 15% shrinkage. 6.. Comprasion with the control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of radial shrinkage for Cryptomeria japonica by ANOVA analysis shown K2, K3 and K4 specimens is significant increased in average shrinkage, K3 specimens is significant increased in 15% shrinkage, K2 and K3 specimens is increased in full shrinkage. The control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of tangent shrinkage for Cryptomeria japonica by ANOVA analysis shown K2 and K4 specimens are decreased and K3 specimen is increased in average shrinkage, 15% shrinkage and full shrinkage.. 7.. Comprasion with the control and ACQ preservative treated specimens (K2, K3 and K4) of radial and tangent shrinkage for Cunninghamia lanceolata by ANOVA analysis shown K2 specimens is significant decreased, K3 and K4 specimens is significant increased in average. XIV.

(17) 摘要 shrinkage, 15% shrinkage and full shrinkage.. XV.

(18) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. XVI.

(19) 第一章緒論. 第一章緒. 論. 第一節研究緣起與背景木材是可再生的生物材料，且具有許多優良的居住特性，自古以來一直為人類所喜愛而大量選用為建築材料，也由於台灣地區盛產木材，所以以前較傳統的建築中結構體具木構造者就佔有相當之比例，隨著時光的推演，有不少具有歷史、文化價值之木構造古建築物、傳統聚落、古巿街及其他歷史文化遺蹟等等就成了今日的歷史建築，為台灣地區增加了不少文化資產。國內木結構古蹟及歷史建築約佔六成以上，然而木材是生物性的有機材料，其主要成分纖維素、半纖維素、木質素係由碳、氫、氧三元素所構成之有機高分子，當由木材營造之建築物使用於本省高溫多濕的環境時，易受生物性的環境因子（如：真菌、蟲蟻等）與非生物性的環境因子（如：降雨、火等）的影響而產生生物劣化、吸水吸濕劣化、天候劣化、應力劣化及人為燃燒劣化等(表 1-1)，足見在台灣要維護木結構古蹟及歷史建築殊為不易。上述劣化種類中生物劣化（約佔九成）是國內古蹟及歷史建築木作中最常見的劣化種類，也就是木構架受微生物與蟲蟻之侵害而產生腐蝕之情況最為嚴重。腐朽蛀蝕除了減短木構造古蹟及歷史建築的使用壽命外，更對其結構安全性造成影響。針對腐朽蛀蝕嚴重而須抽換代之以新木料之耐腐設計，由於木材大多採用人造林木，其耐腐性較差，目前國內傾向以新型防腐藥劑 ACQ(銅烷基銨化合物)或 CuAz(銅、硼、唑化合物)抽真空加壓灌注法處理。. 1.

(20) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 表 1-1 木材劣化的種類、原因與結果木材劣化的種類生物劣化吸水吸濕劣化. 天候劣化. 應力劣化人為燃燒劣化. 劣化的原因劣化的結果木材腐朽菌、黴菌類與蟲蟻腐蝕等之寄生木材因含水率變化引起收反翹、變形或割裂縮或膨脹木材受紫外線、風砂雨水之木材組成分改變，並使木構打擊與熱、濕氣、氧氣之綜件漸次發生硬脆、摩耗之現合作用，在木材內部引起物象，外觀受損，裂、變形理及化學變化等隨之發生乾燥應力木口割裂、表面割裂、內部割裂火源燒損、燒毀. 資料來源：本研究自製。為達保存古蹟及歷史建築木構造之目的，建研所已針對木作防腐防蟲工法適切性、使用木料之基本資料庫、木作危害環境分級之基本資料庫、 CNS14495 中新型防腐藥劑之耐腐試驗等，進行過研究。CNS14495 中新型防腐藥劑 ACQ 或 CuAz，也成為近幾年來國內古蹟木構造修復抽真空加壓灌注法處理人造林福州杉(杉木)(學名 Cunninghamia lanceolata)的主要藥劑，但新型防腐藥劑 ACQ 或 CuAz 抽真空加壓灌注法處理後，木料物理性質與力學性質之變化卻困擾古蹟修復設計者，為求實務上有助於古蹟及歷史建築木構造防腐防蟲工程設計者，實有必要進行相關研究。. 第二節. 研究目的. 本研究目的擬收集與分析木料防腐防蟲蟻處理對其物理性質與力學性質影響之相關文獻，並且接續建研所三年來「古蹟及歷史建築木作防腐與防蟲工程之研究」、「木作防腐防蟲工作手冊之研究」、「濕氣與白蟻對古蹟與歷史建築木作破壞鑑定工作手冊」，採用新型防腐藥劑 ACQ 或 CuAz 對新木料進行抽真空加壓灌注法處理後，進行木料物理性質與力學性質之測定，供古蹟木構造修復設計之參考。歸納研究目的如下： 1.. 收集與分析國外木料防腐防蟲蟻處理後對其物理性質與力學性質影響之相關文獻。. 2. 2. 究明新型防腐藥劑 ACQ 或 CuAz 對新木料進行抽真空加壓灌注法處.

(21) 第一章緒論理後，木料物理性質與力學性質之變化。. 3.

(22) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 4.

(23) 第二章. 第二章第一節. 文獻回顧. 文獻回顧. 大木構材防腐防蟲蟻處理. 2-1-1 防腐處理 2-1-1-1 防腐處理之藥劑種類與工法防腐處理主要使用防腐劑，防腐劑主要是應用於木構件生物性危害之防治，防腐劑一般是指可使木構件免於真菌等微生物之危害，提高木構件的耐久性，延長木構件的使用年限之化學藥劑。木材防腐劑的種類繁多，有些藥劑具有普遍性，對危害木材的生物都有毒效，但有些藥劑卻具有選擇性，需根據實際情況選用有效的防腐劑。而一種良好的防腐劑需具備以下的條件:(1) 對危害木材之生物有足夠的致死毒性，(2) 需具有持久性和穩定性，(3) 對木材有良好的滲透性，(4) 對金屬無腐蝕性，(5) 不影響木材表面性質，(6) 不降低木材強度，(7) 使用安全，對人畜無害，不污染環境。常用的木材防腐劑可分為三類：即煤焦油類(tar-oil type)、油溶性類 (organic solvent type)及水溶性類(water-borne type)。煤焦油類的防腐劑包括如雜酚油類(creosote)與煤焦油蒸餾物(coal tar distillates)等，煤焦油類防腐劑是一種普遍型防腐劑，對各種木材腐朽菌、昆蟲、白蟻及海生鑽孔動物都有良好的致死性和預防作用，且價格低廉，具抗水性，不易流失，並對金屬的腐蝕性低，但煤焦油類之防腐劑具有剌激味道，黑色之外觀，且處理後之產品無法塗裝。油溶性類的木材防腐劑係由一種或數種殺菌劑 (fungicides) 或殺蟲劑 (insecticides)溶於有機溶劑中所調配出之防腐劑，一般這些殺菌劑或殺蟲劑之濃度在 5%以下，過去木材防腐常用之殺菌劑有五氯酚類(pentachlorophenol， PCP)，目前已禁用，此類型之防腐劑有以下之優點：(1) 對危害木材的各種生物毒性強，(2) 易被木材吸收，可用刷塗、浸漬等簡易方法進行，(3) 耐久性佳，(4) 處理後木材變形小，(5) 被處理材表面乾淨，(6) 不腐蝕金屬。但油溶性之防腐劑有成本較高，處理後之木材易燃等缺點。水溶性類防腐劑是目前世界各國應用廣泛、種類最多的一種防腐劑。此類型的防腐劑大都是由具毒性之離子鹽類所組成。而在水溶液鹽類中有殺菌殺蟲能力的活性成分固然重要，但那些非毒性而扮演固著角色的成分也是相. 5.

(24) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 當的重要，由於它們的存在會促使鹽類的溶解作用，同時對鹽類的滲透性和在木材中的保留量也有一定的影響。國內廣泛使用於新木料之防腐處理是水溶性類木材防腐劑，主要是鉻化砷酸銅（Chromated Copper Arsenate；CCA）。但近年由於 CCA 的毒性對人體健康與環境保護可能造成極大威脅，且加上 CNS14495 木材防腐劑的新制訂，國內木材之防腐處理已有採用較環保的新型的低毒性防腐劑（如 ACQ 與 CuAz）之趨勢。以防腐工法來說（防蟲工法亦然），選擇適當的化學藥劑配合正確的處理方法，可使防腐與防蟲處理達到最佳之效果。一般來說，影響木構件防腐與防蟲處理效果之因子有三，即前處理、化學藥劑和處理方法。而選用一種可靠有效的處理方法，則需根據材種、用途以及所使用的化學藥劑而定。就木構材防腐與防蟲處理方法而言有很多種，如刷塗法(brushing)、噴塗 (spraying)、浸漬法(immersion or dipping)、噴淋(deluging)、擴散法(diffusion)、熱冷浴法(hot and cold open tank)、及加壓法(pressure)等。前五種屬於常壓下之防腐與防蟲處理，而後者之加壓法依所使用壓力之高低，又可以分為高壓法 (high pressure processes)及低壓法(low pressure processes)，前者所施加之壓力高於 5 bar，而後者使用之壓力低於 5 bar。木材表面處理是利用木材組織的毛細作用，使木材吸收防腐與防蟲藥劑，從藥劑之浸透量或浸透深度觀點觀之時，其效力持續性會較加壓注入處理為差，所以和木材使用環境或必要之耐用年數相對應的，再者，使用刷塗、噴塗、噴淋及浸漬等方式，其藥劑的流失可能對施作人員安全與健康的危害也相對的大。此外，在常壓下最有效的防腐與防蟲處理是熱-冷浴法。這種方法的原理是將木材先在熱的防腐與防蟲藥劑中加熱，隨著木材內溫度的上升，其中的空氣膨脹、水分蒸發，因此木材內的壓力高於大氣壓，空氣和水蒸氣便會由木材內排出，此時再迅速將木材由熱的防腐與防蟲藥劑槽中移至冷的防腐與防蟲藥劑槽中。因為驟然冷卻，木材內的空氣受冷而收縮，未排出的水蒸氣也冷凝，如此木材內便產生真空。由於木材內和防腐與防蟲藥劑之間的壓力差，防腐與防蟲藥劑因此而被吸入木材中，如此之工法，在良好的抽氣條件下，比刷塗、噴塗、噴淋及浸漬等工法來的安全。加壓之防腐與防蟲處理在各種處理方法中是最重要及最有效的。此法是將木材放入密閉的容器中，利用壓力將防腐與防蟲藥劑注入木材內部。加壓. 6.

(25) 第二章. 文獻回顧. 法依所使用壓力之高低，可分為高壓法及低壓法。高壓法的基本注入法有三種，即(1)充細胞法(full ce1l process)，又稱為白氏法(Bethell process)，(2)空細胞法(empty cell process)，包括勞利法(Lowry process)與魯賓法(Rueping process)，(3)半空胞法，此外還有一些改良的處理方法。在這些方法中以充細胞法最為重要，是目前國內木料防腐最廣為使用之方法。此法是由英國之工程師 Bethell 所開發，原理是利用加壓前將處理槽之壓力排除，而使防腐與防蟲劑能充滿木材細胞，所以充細胞法能保留最大量的防腐與防蟲劑，故又名全吸收法。充細胞法適用於水溶性防腐劑，其操作程序首先於注入筒進行前排氣，抽除木材細胞內之空氣以便防腐與防蟲劑進入木材內，真空度約為-0.8 bars 維持 15 分鐘至 60 分鐘，然後在真空狀態下導入防腐與防蟲藥劑於注入筒，進行加壓，壓力一般為 10-l4 bars，壓力維持 1 小時至 3.5 小時，隨樹種而異，加壓結束後解除壓力，並將防腐與防蟲藥劑導回藥劑儲藏筒，最後進行後排氣，真空度為-0.8 bars，維持 15 分鐘，以便去除木材表面多餘之防腐與防蟲藥劑。由上述之工法流程可看出，只要確實執行，並在良好的抽氣與排氣條件下，此工法比刷塗、噴塗、噴淋及浸漬等工法均安全，但仍需視使用的化學藥劑與溶劑之毒性而定。 2-1-1-2 國內「古蹟及歷史建築」現有防腐處理之藥劑種類與工法（A）舊木料（表 2-1 與表 2-1）就國內「古蹟及歷史建築」未解體時或解體後堪用之舊木構件而言，由於以白蟻危害較嚴重者居多，所以大部分之生物防治較忽略防腐朽處理，藥劑大多採用油溶性類（溶劑型）的木材保存劑為主（主要為防蟲蟻有效成分，部分結合防腐朽有效成分），不採用水溶性之木材保存劑之原因乃容易造成舊木料之含水率增加，一方面使結構構件之強度減弱，另一方面，未解體大斷面之構件乾燥極緩，且乾燥過程之應力劣化與尺寸變化會影響結構安全性。而國內「古蹟及歷史建築」舊木構件防腐處理至今採用之工法主要為表面刷塗法與鑽孔灌注法，表面刷塗處理法一般使用於斷面較小之椽條，刷塗處理雖操作簡單便利，不須特殊設備，但較不具長效性，藥劑的流失及可能對施作人員安全與健康的危害也相對的大。而鑽孔加壓灌注法一般使用於斷面較大之楹構件與柱構件，效力持續性會較表面刷塗法為佳，但藥劑的流失可能. 7.

(26) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 對施作人員安全與健康的危害也相對的大，而滲出來之藥劑對彩繪之影響國內尚未進行研究，且舊木料鑽孔處理後需回填孔洞。至 1998 年止，根據中國技術學院(1999)之調查，共有 26 處古蹟使用油溶性類（溶劑型）的木材保存劑（結合防蟲蟻與防腐朽有效成分）進行舊木料生物危害防治。而國內曾採用之防腐工法之特性與優缺點則如表 2-2 所示。. 表 2-1 國內「古蹟及歷史建築」曾採用之防腐方法新木料舊木料 1.防腐處 1977 年彰化孔廟首度採 CCA 工至 1998 年止，共有 26 處古蹟理法；至 1998 年止，共有 78 處古使用油溶性類（溶劑型）的木蹟採 CCA 工法（CCA+充細胞材保存劑（結合防蟲蟻與防腐法）朽有效成分）進行舊木料生物 2001 年已有幾處古蹟修復設計危害防治，工法含表面刷塗法採 ACQ 工法（ACQ+充細胞法）與鑽孔加壓灌注法與 CuAz 工法（CuAz+充細胞法）少數古蹟修復案例使用煤焦油類的防腐劑刷塗於新的楹構件兩端嵌入於牆體處. 資料來源：本研究自製。表 2-2 國內曾採用之生物防治工法之優缺點防治防治特性優點缺點對象工法須在專業工廠完成處理具長效性使用於新木料：注入筒進行前排氣，真空度在良好的抽氣與排氣條件工廠設備成本較高不得小於 560mmHg，並維持下，此工法比刷塗、噴塗、施作人員專業性較高噴淋及浸漬等工法均安 30 分鐘以上在真空狀態下導入藥劑於注全，但仍需視使用的化學藥入筒，進行加壓，壓力一般劑與溶劑之毒性而定 1.充木為 4～14 kgf/cm2，壓力維持細胞料 1～8 小時法加壓結束後解除壓力，並將藥劑導回藥劑儲藏筒最後進行後排氣，真空度不得小於 560 mmHg，並維持相當時間，以便去除木材表面多餘之防腐與防蟲藥劑. 8.

(27) 第二章. 文獻回顧. 在浸漬槽內進行新木構件藥操作簡單便利效力持續性會較加壓注劑浸漬，壓力為常壓，長時設備成本低，僅須適當之浸入處理為差，但優於表面 2.浸間浸漬維持 20 小時～數天漬槽處理法漬法可在專業工廠或古蹟修復藥劑的流失可能對施作現場完成處理人員安全與健康的危害也相對的大較不具長效性主要含刷塗法、噴塗法操作簡單便利不須特殊設備若使用煤焦油類的防腐刷塗量一般為 150-200 2 2 g/m ，噴塗量為 200-300 g/m 若使用煤焦油類的防腐劑劑進行木構材表面處刷塗以進行兩次以上為原進行木構材表面處理，對各理，具有剌激味道，黑色則，但第二次刷塗之吸收量種木材腐朽菌、昆蟲、白蟻之外觀，且處理後之產品 3.表會較第一次為少；刷塗間隔及海生鑽孔動物都有良好無法塗裝面處時間水溶液是在經過 20 小的致死性和預防作用，且價效力持續性會較加壓注理法時以上，油溶性液是在經過格低廉，具抗水性，不易流入處理為差 5 小時以上後失，並對金屬的腐蝕性低藥劑的流失可能對施作人員安全與健康的危害也相對的大木材鑽孔深度大約為木材一速效性的藥劑確實有效邊的 2/3，並傾斜 45 度，每效力持續性優於表面處理孔距離約 30cm 者 4.鑽鑽頭直徑採用 3-10mm 孔灌所鑽之孔以經藥劑處理過之注法木塞填入 3cm 以上以 12-20kg/cm²壓力灌注. 藥劑未及之處防治即無效，藥效過後即又入侵，必須再加處理效力持續性會較加壓注入處理為差藥劑的流失可能對施作人員安全與健康的危害也相對的大應用於木構件蟲害之去除能驅除危害木材的蟲蟻基本上無預防之長效燻蒸處理時木構材與建築物對真菌危害之抑制較無 5.燻須覆蓋妥當效用蒸法過去使用之燻蒸劑具劇毒；燻蒸劑對彩繪之影響仍有疑慮在土壤（地坪）下埋設管線，在補充藥劑時不用掀開土視使用藥劑之種類，可能 6. 防日後定期灌注藥劑壤（地坪）造成土壤污染與地下水蟻盾污染法. 9.

(28) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 白蟻侵襲路徑. 以 5kg/cm²壓力灌注 7.牆鑽孔處以牆面磚接縫之泥灰體與處為優先考慮。如為水泥地土壤面施工後應將洞口填堵完整（地每孔距離 30-50cm，必要時坪）鑽得縮短距離。使藥劑相交形孔灌成完整之防蟲帶於牆體與建注處築物周邊理法灌注深度須達牆面厚度 1/2，求均勻分佈 8. 惰沿牆體周邊鋪設一定粒徑之性帶花岡岩或玄武岩粉末鋪於需要經常檢查與維護牆基之工法 9. 白有效成分干擾蟲皮的形成，蟻族使蟲子無法脫皮，達到殺死群消白蟻與降低白蟻族群之目的滅系需要經常檢查與維護統工法. (1) 視使用藥劑之種類，有 (1) 視使用藥劑之種立即性毒殺白蟻之效，或白類，，可能造成土壤污染蟻有忌避之效與地下水污染. 有物理性阻絕白蟻入侵之須配合其他工法防治白功效蟻無化學污染之虞. 有偵測白蟻、消滅白蟻、預專業性高，須詳細損壞調防白蟻之效查為基礎具環保性與經濟性的辦法. 資料來源：本研究自製。（B）新木料（表 2-1 與表 2-1）就國內「古蹟及歷史建築」抽換舊木料需以新木料復原時之防腐考慮，無論是否能取得質優或質劣之新木料，大多進行化學性之木材保存。簡單處理者（可在古蹟現場操作），有少數古蹟修復案例使用煤焦油類的防腐劑塗刷於新的楹構件（可能已有防腐處理）兩端嵌入於牆體處，以增加對腐蝕之防範。工廠防腐處理者，自 1977 年彰化孔廟首度採 CCA 工法（CCA+充細胞法）後，似成為國內古蹟修復依循之規範，無論是否能取得質優或質劣之新木料，一律進行 CCA 工法，至 1998 年止，共有 78 處古蹟採 CCA 工法，成為國內古蹟修復時新木料防腐最廣為使用之方法，之所以使用 CCA 工法，其著眼點乃 CCA 藥劑主要成分一旦進入木材內，便與木材之主要化學組成分相結合，形成一種穩定的錯合物(Chemical complex)，此種錯合物不易溶解，因此能固著在木材內而不會在受雨水等環境因子之影響而流失，所以以 CCA 處理後之木材除了能防止黴、菌、昆蟲、白蟻、海蟲等之危害外，亦具提高耐水性、. 10.

(29) 第二章. 文獻回顧. 耐光性與耐候性等之特性。雖然 CCA 工法具有上述許多優點，但在未確實的瞭解與施作下，部份曾施行 CCA 工法之木構造建築在修復 10 餘年後，木構材又遭嚴重之生物性危害，全然不在預期之內。另外 CCA 工法處理後，會產生木材表面著色(呈綠褐色)的困擾，且從 1999 年 5 月起 CCA 已被環保署列為需以毒化物管理之化學藥品，即 CCA 的毒性對人體健康與環境保護可能造成極大威脅。尤其 CCA 處理之構材，在加工過程所產生的殘材與 CCA 處理材於使用後的再利用或廢棄問題產生極大之困擾，不僅再利用時可能造成不同藥劑污染源之混合，日後分類管理困難，其原始成分所含之 Cr6+（CrO3）或燃燒廢棄所產生的 Cr6+，吸入人體後可致癌，且燃燒所產生的有毒物質（As2O3）由於較低的昇華溫度（465∘C）易揮散。目前燃燒爐之條件尚無法完善加以控制。再加上，燃燒後所產生的 Cr6+ 與 Cr3+會殘留於灰燼中，部份會揮散，又 Cr6+可溶於水，存在危害之可能性（Bringezu and Voß，1993）。因此瑞士明令禁止使用 CCA，同時也禁止 CCA 處理材之進口（Rentsch，1988），德國等歐聯國家則限制 CCA 處理材僅能使用於持續之接水與（或）接地之處（Bringezu，1990），同時 CCA 處理材回收處理之責任也由製造商承當，由於回收去污染處理之成本極高，也因此如 AAC(Alkyl ammonium compounds) 類無色之木材防腐劑、 CuAz(Copper boron azole)、ACQ(Ammoniacal copper quat)與 Cu-HDO 等不含鉻之防腐劑應運而生，成為未來木材保存藥劑之發展趨勢。在 2001 年國內已有幾處古蹟修復設計採 ACQ 工法（ACQ+充細胞法）與 CuAz 工法（CuAz+ 充細胞法），採用之 ACQ 與 CuAz，亦大多結合充細胞法處理，同樣如 CCA 工法需在防腐工廠完成處理。 ACQ 雖無在台灣長期試驗之結果報告，但在日本主要是用來取代 CCA 使用的重要防腐劑之一。在日本，為延長木材使用期限，過去除大量使用煤焦油外，亦使用很多之 CCA，其處理材不但較便宜，且耐久年限長，可說是功效最好的木材保存藥劑。但由於 CCA 處理的廢殘材在後續廢棄處理時有環保與人體健康保護之顧忌，1985 年起日本木材防腐業界已有逐步替換較為環保的保存藥劑之準備，以因應廢棄處理的環保與人體健康保護問題，所以於 1996 年起逐步減少 CCA 處理量，而增加 ACQ 及 CuAz 處理量，就 1998 年木材防腐處理材所使用藥劑之比例 CCA 共有 7.2%，而水溶性銅系木材防腐劑. 11.

(30) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. (ACQ 與 CuAz)為 59.3%，水溶性非銅系木材防腐劑(AAC 與 BAAC)為 18.0%，其他(VZN、NZN 與 NCU)為 1.3%，而煤焦油為 14.2%。再經過幾年 CCA 將在日本消失掉。而防腐處理材之種類以建築用土台 46.9%最多，其次為其他建築材 25.6%、外構材 11.4%、枕木(主要分道用、橋樑用與接合用)9.4%、其他(工業用)6%、電柱為 0.7%。底下就以目前日本使用量最多的水溶性銅系木材防腐劑(ACQ 與 CuAz)的特性與實驗結果，加以闡述其適用範圍與未來在台灣使用於木材保存處理之潛力。以 ACQ 而言，是由銅化合物(CuO)和 Benzalkonium chloride（殺菌消毒劑）配合而成。在日本，ACQ 是不屬於「毒劇物取締法」限制的普通化學藥品。 ACQ 處理木材後，由於 ACQ 的主成分在木材中被牢固的固定，所以從處理過的木材中流出的化學成分是非常微量的，並且從魚毒性試驗結果為 A 來看，對人、家畜、魚類以及植物都沒有危害。由於不含有害的的有機化合物，所以不會成為 VOC（揮發性有機化合物）和污染環境的起源，對室內的居住環境也不會帶來任何影響。由於不含有致癌以及影響人體內分泌和生殖器官的化學成分，所以是極為安全的。而 ACQ 的防腐與防蟻效力經 11 年實驗後，效力高，所以用於野外、埋在土裡或是水裡，也可以長年保持健全的狀態。用 ACQ 加壓處理的木材，過去只是用於住房的建築材料和野外的木構造物，但是最近還用於安定河床以及防止水土流失的工程建設，其用途和需要正在逐步擴大。以 CuAz 而言，是由銅化合物（CuO）、硼化合物（H3BO3）和鐵布可唑（Tebuconazole）配合而成。在日本，CuAz 亦是不屬於「毒劇物取締法」限制的普通化學藥品。CuAz 處理木材後，除硼化合物外，其主成分在木材中被牢固的固定，所以從處理過的木材中流出的化學成分是非常微量的，對人、家畜、魚類以及植物都沒有危害。由於不含有害的的有機化合物，所以亦不會成為 VOC（揮發性有機化合物）和污染環境的起源，對室內的居住環境也不會帶來任何影響。由於不含有致癌以及影響人體內分泌和生殖器官的化學成分，所以是極為安全的。經試驗後，顯現其高的防腐與防蟻效力，相較於 CCA 與 ACQ，CuAz 也有相當的防腐與防蟻效力，考慮到硼化合物的流失性，所以除野外接地與水外，CuAz 之適用範圍亦頗為廣泛。有鑑於 CuAz 中硼化合物的流失性，新一代的 CuAz 正研發實驗中。. 12.

(31) 第二章. 文獻回顧. 2-1-2 防蟲處理 2-1-2-1 防蟲處理之藥劑種類與工法防蟲處理依所使用藥劑分類之不同，而分為燻蒸處理與一般防蟲處理。燻蒸處理主要使用燻蒸劑，燻蒸劑主要是應用於建築物木構件蟲害之去除，燻蒸劑一般是指可殺死遭危害木材內之生物的藥劑，使危害不繼續擴大，一般用於舊木料之燻蒸處理，亦不排除對有蟲蟻危害疑慮新木料之燻蒸處理。燻蒸劑對真菌危害之抑制較無效用，所以一般用於驅除危害木材的蟲蟻。而燻蒸處理主要在覆蓋木構材與建築物妥當下，以溴化甲烷（N-Methyl Bromide）或氟化硫醯（sulfuryl fluoride）等燻蒸劑加以驅除蟲蟻。然而燻蒸劑主要驅除木製品的虫、卵、蛀屑與排遺，所以若考慮環保問題，國內未來可朝物理性的方法加以研究，如以熱空氣、氮氣或二氧化碳予以驅除蟲蟻，因物理性的方法較化學性的方法為環保，同時如此無後續維修時與其他使用材料不相容的問題。而一般之防蟲處理主要使用防蟲劑，防蟲劑主要是應用於木構件蟲害之防與治，防蟲劑一般是指可使木構件免於蟲蟻等生物之危害，提高木構件的耐久性，延長木構件的使用年限之化學藥劑。而一種理想的防蟲劑需具備以下的條件：(1) 必需具殺蟻的活性，(2) 對於哺乳動物的毒性低，(3) 對水的溶解性低，如此才不致於流失而污染地下水及環境，(4) 維持適當的長效性， (5) 必需具低揮發性且無臭味，(6) 價格必需低廉，(7) 配方必需容易調配、使用。早期的防蟻藥劑為含氯的有機化合物(organochlorine)如 aldrin、氯丹（chlordane）、dieldrin、飛佈達（heptachlor）、靈丹（lindane）等，這些防蟻藥劑對於白蟻的防止的確十分有效，亦發現於早年國內木構造古蹟舊木料之處理（未有正式記錄）。但以上之藥劑被使用了約 30 年後，人們發現這些含氯的防蟻藥劑不易被破壞分解，具潛在的不良副作用，且可能是致癌物質，於是環保人士紛紛要求禁止使用此類防蟻藥劑，在 1980 至 1990 年代間，這些含氯的防蟻藥劑便陸續被世界各國禁用。隨著含氯防蟻藥劑的禁用，於是各國研究人員便致力於尋求其他可代替含氯有機化合物的其他防蟻藥劑，經過多年的研究目前商業上常見的有機防蟻藥劑可分為二大類，一為除蟲菊類化合物（pyrethrom），另一為有機磷類化合物(organophosphorus) ，這些化合. 13.

(32) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 物在這幾年也廣為使用於國內木構造之蟲蟻危害防治。就木構材防蟲處理方法而言基本上亦可以防腐處理法為之，如前述之刷塗法、噴塗、浸漬法、噴淋、擴散法、熱冷浴法、及加壓法等。但由於國內古蹟大木構材遭受地棲性白蟻之蛀蝕極為嚴重，當使用化學藥劑保護木材防治生物之劣化時，不排除結合其他阻斷白蟻侵襲路徑之防治工法，如設置防蟻盾、牆體鑽孔灌注藥劑處理、阻絕帶或者進行土壤（地坪）鑽孔灌注處理、誘捕法，以求達到蟲蟻防治之目的。就土壤阻絕蟲蟻之方法而言，使用花岡岩或玄武岩粉末形成一條惰性帶有相當作用，把兩條惰性帶放在建築周圍，白蟻無法通過惰性帶之間的真空地帶，不過需要經常檢查與維護。誘餌法也是一種對環境較不會有影響的方法，當白蟻吃了誘餌，把有毒的東西帶回到它住的地方餵食其餘之白蟻，而達到降低或消滅白蟻族群之目的。其中包含六福隆 (hexaflumuron)，顯示是一種具環保性與經濟性的辦法，六福隆干擾蟲皮的形成，使蟲子無法脫皮，達到殺死白蟻與降低白蟻族群之目的。. 2-1-2-2 國內「古蹟及歷史建築」現有防蟲處理之藥劑種類與工法. (A)舊木料（表 2-3 與表 2-2）國內古蹟及歷史建築燻蒸處理始於 1982 年的板橋林家花園之修復，唯因相關措施未能配合而效果不彰，其後根據中國技術學院（1999）調查，僅 1991 年鄞山寺（汀州會館）修復時採燻蒸處理。就國內「古蹟及歷史建築」未解體時或解體後堪用之舊木構件防蟲而言，由於危害主要以白蟻危害為主，藥劑大多採用除蟲菊類化合物或有機磷類化合物或油溶性類（溶劑型）的木材保存劑為主（主要為防蟲蟻有效成分結合防腐朽有效成分），舊木構件防蟲處理亦不宜採用水溶性之木材保存劑。而採用之工法含木構材表面處理與鑽孔灌注處理，其應用之時機與場合與上述有關「國內古蹟及歷史建築腐有防腐處理之藥劑種類與工法」相似。鑽孔灌注處理舊木料時一般沿著白蟻蛀蝕之蟻道處鑽小孔後，將藥劑以高壓灌注機灌入木材蟻道中，使藥劑經由蟻道流至各白蟻活動藏匿處殺滅白蟻，（另於木材. 14.

(33) 第二章. 文獻回顧. 與木材及木材與土牆接縫處，亦是白蟻有翅成蟲紛飛後藏身活動築巢的地方，也以高壓灌注機灌入適量藥劑）。由於鑽微細小孔並不會顯著影響木材強度，但鑽孔後仍以經藥劑處理之木釘填縫處理。至 1998 年止，根據中國技術學院（1999）之調查，共有 26 處古蹟使用使用除蟲菊類化合物或有機磷類化合物或油溶性類（溶劑型）的木材保存劑（結合防蟲蟻與防腐朽有效成分）進行舊木料生物危害防治，工法含木構材表面處理或鑽孔灌注處理。. 表 2-3 國內「古蹟及歷史建築」曾採用之防蟲方法 1.防蟲處理. 新木料舊木料 1977 年彰化孔廟首度採 CCA 工至 1998 年止，以燻蒸處理除去法；至 1998 年止，共有 78 處古舊木料蟲害，僅林本源園邸（花蹟採 CCA 工法園部份）（1982 年）與鄞山寺（汀幾處古蹟修復案例以除蟲菊類州會館）（1991 年）二處古蹟進化合物或有機磷類化合物進行行過新木料表面處理、浸漬處理至 1998 年止，共有 26 處古蹟少數古蹟修復案例使用煤焦油使用除蟲菊類化合物或有機磷類的防腐劑或含防治白蟻之油類化合物或油溶性類（溶劑型）劑塗刷於新的楹構件兩端嵌入的木材保存劑（結合防蟲蟻與於牆體處防腐朽有效成分）進行舊木料生物危害防治，工法含木構材表面處理或鑽孔灌注處理牆體及與木構件搭接處，以高壓灌注機灌入適量藥劑（主要為除蟲菊類化合物或有機磷類化合物）. 2.白蟻侵土壤中設置防蟻盾（僅台北保安宮）襲路徑防阻絕帶或者進行土壤（地坪）鑽孔灌注處理（多處古蹟）治處理以花岡岩或玄武岩粉末鋪設於牆基形成一條惰性帶之工法（佳冬蕭宅與金門浦邊周宅之修復設計）白蟻族群消滅系統工法（台北紫藤盧、台北孔廟、鳳山龍山寺）註：W-E-R 工法、防護塗料塗刷工法亦有生物防治之功能，但不列入本文討論範圍。. 資料來源：本研究自製。（B）新木料就國內「古蹟及歷史建築」抽換舊木料需以新木料復原時之防蟲考慮，. 15.

(34) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 無論是否能取得質優或質劣之新木料，大多進行化學性之木材保存。簡單處理者（可在古蹟現場操作），有少數古蹟修復案例使用煤焦油類的防腐劑或含防治白蟻之油劑塗刷於新的楹構件（可能已有防腐處理）兩端嵌入於牆體處，以增加對白蟻之防範。另一可在古蹟現場操作者，有幾處古蹟修復案例以除蟲菊類化合物或有機磷類化合物進行新木料表面處理、浸漬處理。工廠處理者，與上述有關「國內古蹟及歷史建築腐有防腐處理之藥劑種類與工法」相似，主要採 CCA 工法，其著眼點乃 CCA 藥劑兼有優越之防腐與防蟲效果，以 CCA 處理後之木材除了能防止黴、菌、昆蟲、白蟻、海蟲等之危害外，亦具提高耐水性、耐光性與耐候性等之特性。至 1998 年止，共有 78 處古蹟採 CCA 工法。另外就牆體及與木構件接縫處之處理工法而言，國內多處古蹟主要以除蟲菊類化合物或有機磷類化合物或其他相似藥劑，以高壓灌注機灌入適量藥劑，以防堵白蟻入侵。. （C）白蟻侵襲路徑防治處理由於國內古蹟大木構材遭受地棲性白蟻之蛀蝕極為嚴重，其危害之途徑除藉由梅雨季時之分飛外，主要是由土壤（地坪）沿著牆體（或在牆體內）再進入木構件中加以蛀蝕，所以當使用化學藥劑保護木構件防治白蟻時，不排除結合其他防護工法，如牆體及與木構件接縫處之處理、設置防蟻盾（僅台北保安宮）、阻絕帶或者進行土壤（地坪）鑽孔灌注處理（多處古蹟），以求達到蟲蟻防治之目的。另亦有多處以除蟲菊類化合物或有機磷類化合物或其他相似藥劑進行土壤（地坪）鑽孔灌注處理；台北保安宮則在土壤（地坪）下埋設管線，供日後定期灌注除蟲菊類化合物藥劑；另，佳冬蕭宅與金門浦邊周宅之修復設計中，使用花岡岩或玄武岩粉末形成一條惰性帶，把兩條惰性帶放在建築周圍，白蟻無法通過惰性帶之間的真空地帶，不過需要經常檢查與維護。台北紫藤盧、台北孔廟、鳳山龍山寺則採用白蟻族群消滅系統工法（誘餌法），對環境較不會有影響的方法，兼具偵測白蟻、消滅白蟻、預防白蟻之效。. 16.

(35) 第二章. 第二節. 文獻回顧. 防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響. 李鴻麟等人(2005)針對 CCA、ACQ、TCY、CuAz 等四種藥劑進行防腐效能試驗，以 1.25%CCA 及 2%的 ACQ、TCY、CuAz 等處理杉木與柳杉，對三種褐腐菌(Fomitopsis pinicola, Laetiporus sulphureus, Gloeophyllum trabeum)進行耐腐性試驗，重量損失率均小於 2%；同樣以 1.25%CCA 及 2%的 ACQ、 TCY、CuAz 等處理楓香，對白腐菌(Trametes versicolor) 進行耐腐性試驗，重量損失率均小於 2 %，ACQ、TCY、CuAz 等較具環保性之防腐劑可以達到 CCA 之效果。林美臣(1981)針對常見之防腐劑鉻化砷酸銅（CCA）、五氯苯酚，施用於高比重樹種之集成材，如:杜仔、校力、白雞油、相思樹，對於木材之剪斷強度，有顯著的影響。王松永(1997)曾針對集成材經鉻化砷酸銅（CCA）防腐劑處理後強度與膠合性質之影響做過研究，探討經 CCA 處理過之五種木材之 PF 及 PU 集成材，在動彈性模數（Ed）、抗彎彈性模數（MOE）、破壞模數（MOR）及膠合剪力（ τ ）等性質之改變，實驗使用的木料為柳杉（ Cryptomeria japonica）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、落羽松（Taxodium distichum）、油仔（Dipterocarpus grandiflorus）及紅柳桉（Shorea negrosensis）等，防腐劑為氧化物型之保力定 K33－CCA 木材防腐劑；膠合物為酚膠（Phenolic formaldehyde resin）及聚酯膠（Polyurethane adhesives)。主要結果有下列五點： 1.. 五種木材之 PF 及 PU 集成材，不論經過 CCA 處理或未處理，其 MOE、MOR 以及 τ 值可達 JAS 之集成材的闊葉樹 A 級，針葉樹 A 級或 B 級標準。. 2.. CCA 處理對集成材之 Ed 及 MOE 值之影響較不顯著，但對於 MOR 值及 τ 值之影響較顯著。如 MOR 值之減低效應；PF 集成材為 5.2％～18.1％；PU 集成材為 11.9％～18.5％。τ 值之減低效應；PF 集成材為 4.5％～23.2％，PU 集成材為 28.1％～50.5％，PU 集成材受 CCA 處理影響明顯較 PF 集成材為大。. 3.. Ed 值會較 MOR 值約高 35%。. 4.. 各種試材之 Ed、MOR 值與氣乾比重（γu）間有直線關係存在。. 5.. 各種試材中 MOR 與 Ed、MOR 與 MOE 間有直線關係存在。 17.

(36) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 試材經防火防腐綜合處理後，可能需要於木構造設計應用時宜加強考慮應變量、潛變，以及對變形敏感之處，並配合其他耐震吸能構造，經處理之福州杉、放射松及柳桉木，大致上處理材強度折減大約 20%，彈性模數折減大於 10%，即剛性與韌性降低，主要結果有下列七點：(巫佳芸，2005) 1.. 縱向抗壓強度提升 7.0~14.4%，但柳桉木降低 10.6%。. 2.. 縱向抗拉強度降低 23.0~24.6%，但福州杉降低達 41.3%。. 3.. 抗彎破壞模數降低 1.8~14.5%，且因纖維方向而異，但福州杉、柳桉木之徑切面載重增加 4.3~9.8%。. 4.. 抗剪強度降低 2.8~8.2%，但柳桉木弦切面抗剪強度降低達 14.0%，而放射松弦切面與柳桉木徑切面抗剪強度提升 12.5%、17.4%。. 5.. 橫向抗壓彈性模數降低 9.9~11.4%，但福州杉徑向載重者增加 13.7%。. 6.. 部分抗壓強度提升 20.7~30.3%，但福州杉與柳桉木徑向部份抗壓強度提昇達 70.0%、88.4%，放射松弦向部份抗壓強度降低 1.6%。. 7.. 釘著力提昇 6.9~19.9%，但福州杉與放射松徑切面釘著力提昇達 48.9%、90.1%。. 而在國外，此方面之研究較多，Yildiz et al.（2004）以不同濃度之 CCA (0.85%, 1.5% and 2%)、ACQ-1900 (2%, 3% and 7%)、ACQ-2200 (1%, 2%)、 Tanalith E 3491 (2%, 2.8%)以及 Wolmanit CX-8 (2%, 2.8%)處裡黃松(Pinus sylvestris L.)，以評估其破壞模數（MOR）及抗彎彈性模數（MOE）之影響。結果顯示濃度為 2%的 Tanalith E 3491 及 2.8%的 Wolmanit CX-8 會提高處理材之 MOE，其餘藥劑種類與濃度之處理材則為不影響或會降低試材 MOE；此外，在使用濃度為 2.8% Wolmanit CX-8 及 7% ACQ-1900 會提高處理材之 MOR，除此之外，使用其餘藥劑種類與濃度之處理材則為不影響或會降低試材 MOR。 Winandy and Lebow（1997）評估 CC(Ammoniacal copper citrate)處理結構用材，對於機械性質的影響，與 CCA 及其他銅銨基防腐藥劑有著相似的結果，當試材吸收 CC 藥劑達 6.4kg/m3，MOR 會減損 5%，最大載重能力減少 7%～18%，但是對於 MOE 則無影響。綜合言之，文獻回顧發現一般經過防腐處理的木料，它的力學性質會改變，防腐處理後木料力學性質會有以下情況：. 18.

(37) 第二章. 文獻回顧. 1.. MOE 通常不會受影響。. 2.. 最大抗壓強度從不受影響到稍微增加都有。. 3.. MOR 值視再乾燥溫度的控制，減少範圍在 0％～20％。. 4.. 能量相關性質減少範圍在 10％～50％。. 5.. 載重期間長短會影響木料的抗彎破壞模數。未經處理的木料在衝擊載重下，抵抗強度較長期載重時為高，但是經ＣＣＡ處理的木料則未見明顯增加，而且原本強度即不高之ＣＣＡ處理木料則無升高。. 19.

(38) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 20.

(39) 第三章. 防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響. 第三章防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響本研究以新型防腐藥劑 ACQ 針對台灣杉、柳杉以及杉木(福州杉)進行抽真空加壓灌注法處理，並探究不同 ACQ 藥劑吸收量（對照組、CNS3000 中 K2 級、K3 級、K4 級條件下之藥劑吸收量）對木料物理與力學性質之影響，後續建立基本資料庫以供古蹟修復設計施工參考之依據。危害分級 K2 級、K3 級、K4 級條件(如表 3-1)是國內古蹟與歷史建築木構件最常見之所處環境與危害條件。國內古蹟建築之構造與種類很多，很難逐一舉例解說其受使用環境危害之分級，茲以建築之屋頂、屋身、台基與其他概分析如次：(1) 屋頂木構件：屋頂木構件主要包括椽條（桷仔）、望板（椽條上方若鋪木板）、封檐板等。椽條位於屋頂的底層，一般為支承屋面重量的扁平構材，望板則位於椽條上方，在具有固定與防漏作用的座灰下方，根據台灣地區氣象狀況，木構材有受蟲蟻與真菌危害之可能，危害級數為” K3”；但出檐椽與封檐板等有直接天候劣化之虞，除可能受蟲蟻與真菌危害外，也會有吸水吸濕劣化，危害級數為”K4”。(2) 屋身木構件：屋身木構件包括柱、通（樑）、枋（壽樑）、楣、檁子（楹）、燈樑、穿、天花、藻井、楹引、斗拱、挑、垂花（吊筒）、雀替、瓜筒（童柱）、束、通隨、束隨（看隨）等。根據表 4-1.2 之區分，屋身木構件一般是處於危害級數” K3”，有受蟲蟻與真菌危害之可能；但根據不同構件的分佈位置，如有些靠建築物外側的檐柱、壽樑、四點金柱、雀替、出檐作法的構件如檐廊廊柱、步通、員光、挑檐檁、副拱、正拱、垂花、豎材、撐拱、斗拱、挑等等都有直接天候劣化之虞，危害級數為” K4”。另外，若柱構件底端直接接水與（或）接地，除可能受蟲蟻、真菌與吸水吸濕危害外，尚有遭受軟腐菌攻擊的可能，危害級數為”K5”。(3)台基木構件：台基指地面之上、柱牆之下的基座，其功能之一為防止室內遭到雨水漫淹、潮濕，所以其構件包括門檻與地板等若使用木材，可能有直接天候劣化之虞，或持續之接水與（或）接地之可能，危害級數為” K4”或”K5”。(4) 其他木構件：由於國內古蹟建築之種類與式樣極為複雜，其使用木構件之分佈位置亦難僅用屋頂、屋身與台基就能含括，其他亦可能使用木材，如常用於檐廊、遊廊、樓井及樓閣挑台邊緣的木欄杆等，這些木構件雖是工匠之喜愛，但工匠亦知木材怕潮濕，所以木欄杆之欄板多懸空，以隔絕地面水氣，但仍有直接天候劣化之虞，危害級數為” K4”。其他木構件又如門窗與隔斷等 21.

(40) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 裝修構件，或牌樓面構件如格扇、板門、檻窗、支摘窗、（透雕）板壁等構件，則要視其分佈之位置而定，極可能位於室內，無直接天候劣化之虞，危害級數為” K3”，也可能有直接天候劣化之虞，危害級數為” K4”，屬於危害級數為” K5”有持續之接水與（或）接地之可能的構件極少。. 表 3-1 木材使用環境與危害分級危害分級. 使用環境. 不同使用環境木材遭危害之可能種類蟲蟻真菌吸水吸濕軟腐. K1. 木材處於室內，且無蟲蟻危害之虞，或室內溫濕度可加以控制。. 無. 無. 無. 無. K2. 木材處於室內，室內相對濕度均佈，且≦70 %。. 有. 無. 無. 無. K3. 1.木材處於室內，室內相對濕度均佈，且＞70 %。 2.木材處於室內潮濕範圍，木材有防水處理。 3.木材處於室外，但無直接受天候劣化。. 有. 有. 無. 無. K4. 1.木材處於室外，並直接受天候劣化，但無持續接觸水與（或）地。 2.木材處於室內潮濕處。. 有. 有. 有. 無. K5. 木材處於室外，無保護，且長期間暴露於濕潤環境或接觸土壤。. 有. 有. 有. 有. 資料來源：CNS3000 木材之加壓注入防腐處理方法，2001。而針對不同藥劑與不同木材使用環境與危害分級，CNS3000 中亦有相關藥劑吸收量建議(表 3-2），如使用 ACQ 抽真空加壓灌注法處理後，吸收量主要分為 1.3 kg/m3 以上（K2 級）、2.6 kg/m3 以上（K3 級）、5.2 kg/m3 以上（K4 級），本研究即根據 CNS3000 進行木料之 ACQ 抽真空加壓灌注，供後續之試驗。. 22.

(41) 第三章. 防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響. 表 3-2 木材防腐藥劑吸收量基準危害分級 K1. K2. K3. K4. K5. 藥劑名稱. 藥劑代號. 吸收量之適合基準. 硼化合物(2) 鉻化砷酸銅烷基銨化合物烷基銅銨化合物. B CCA AAC ACQ. 環烷酸銅. NCU. 環烷酸鋅. NZN. 鉻化砷酸銅烷基銨化合物烷基銅銨化合物. CCA AAC ACQ. 環烷酸銅. NCU. 環烷酸鋅. NZN. 雜酚油鉻化砷酸銅烷基銨化合物烷基銅銨化合物. A CCA AAC ACQ. 環烷酸銅. NCU. 環烷酸鋅. NZN. 雜酚油鉻化砷酸銅. A CCA. 以硼酸計，在 1.2 kg/m3 以上以 CCA 計，1.8~9.0 kg/m3 以 DDAC 計，在 2.3 kg/m3 以上以 ACQ 計，在 1.3 kg/m3 以上以銅計，油劑為 0.4 kg/ m3 以上，乳劑為 0.5 kg/m3 以上以鋅計，油劑為 0.8 kg/ m3 以上，乳劑為 1.0 kg/m3 以上以 CCA 計，3.5~10.5 kg/ m3 以 DDAC 計，在 4.5 kg/ m3 以上以 ACQ 計，在 2.6 kg/ m3 以上以銅計，油劑為 0.8 kg/ m3 以上，乳劑為 1.0 kg/ m3 以上以鋅計，油劑為 1.6 kg/ m3 以上，乳劑為 2.0 kg/ m3 以上以雜酚油計，在 80 kg/ m3 以上以 CCA 計，6.0~18 kg/ m3 以 DDAC 計，在 9.0 kg/ m3 以上以 ACQ 計，在 5.2 kg/ m3 以上以銅計，油劑為 1.2 kg/ m3 以上，乳劑為 1.5 kg/ m3 以上以鋅計，油劑為 3.2 kg/ m3 以上，乳劑為 4.0 kg/ m3 以上以雜酚油計，在 170 kg/ m3 以上以 CCA 計，7.5~22.5 kg/ m3. 註(2) 使用硼化合物木材防腐劑之吸收量可參考 CNS 11372(地板檢驗法)之規定. 資料來源：CNS 3000, 2001。第一節. 實驗材料. 本研究共計採用台灣杉、柳杉以及杉木(福州杉)三種樹種進行防腐處理，其中 ACQ 處理材含抗彎試驗用材（長×寬×高＝120 cm × 5 cm × 5 cm）、抗壓試驗用材（長×寬×高＝2 cm × 2 cm × 4 cm）以及收縮膨脹試驗用材（縱向收縮率之長×寬×厚＝6 cm × 3 cm × 0.5 cm、弦徑向收縮率之長×寬×厚＝5 cm × 5. 23.

(42) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. cm × 0.84 cm），實驗材料取材方式與現況圖如圖 3-1～圖 3-4 所示。. 圖 3-1 ACQ 防腐處理試材取材方式資料來源：本研究自製。. 圖 3-2 台灣杉試材現況圖資料來源：本研究自製。. 24.

(43) 第三章. 防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響. 圖 3-3 柳杉試材現況圖資料來源：本研究自製。. 圖 3-4 杉木(福州杉)試材現況圖資料來源：本研究自製。. 25.

(44) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 第二節. 實驗方法. 3-2-1 實驗設計針對抽換舊料後使用新木料時之耐腐設計，目前國內傾向依 CNS3000 以新型防腐藥劑 ACQ 或 CuAz 進行抽真空加壓灌注法處理，新木料 ACQ 或 CuAz 、2.6 kg/ m3 抽真空加壓灌注法處理後吸收量主要分為 1.3 kg/ m3 以上（K2 級）以上（K3 級）、5.2 kg/ m3 以上（K4 級）。實驗設計首先將健康新料（台灣杉、柳杉以及杉木）以 ACQ 或 CuAz 抽真空加壓灌注法處理，使其吸收量分別達到 1.3 kg/ m3～2.6 kg/ m3、2.6 kg/ m3～5.2 kg/ m3 以及 5.2 kg/ m3 以上，共分三組不同防腐劑吸收量，然後依相關 CNS 進行木料之物理性質（CNS459 收縮膨脹性質）與力學性質（CNS454 抗彎與 CNS453 抗壓性質）之測試，實驗設計如表 3-3 所示。為瞭解更多木料防腐處理後之物理性質與力學性質變化，本研究另進行木料含水率、比重、平均年輪寬、超音波波速(進一步推算動彈性模數)等之測試，並探究彼此之相關性。而木料之力學性質受木料比重影響甚大，為探究防腐劑吸收量對木料力學性質的影響，並以比強度(強度性質/ 比重)進行分析，以消除木料比重不同(木材是非均質材料)之變因。. 表 3-3 新型防腐藥劑 ACQ 對不同樹種物理與力學性質實驗規劃表 ACQ 吸收量物理與力學性質收縮膨脹台灣杉抗彎抗壓收縮膨脹柳杉抗彎抗壓收縮膨脹杉木抗彎 (福州杉) 抗壓. 對照組. K2. K3. K4. 30 30 30 30 30 30 30 30 30. 30 30 30 30 30 30 30 30 30. 30 30 30 30 30 30 30 30 30. 30 30 30 30 30 30 30 30 30. 資料來源：本研究自製。 3-2-2 實驗設備與方法 1.含水率本研究之含水率測定採用電阻式含水率計（Delmhorst RDM-2S），其原理. 26.

(45) 第三章. 防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響. 為利用各種不同素材之間的電導特性和水量成份之間的關係來尋求素材之含水率。電導計有 2 到 4 個金屬探針或釘，其作用為插入建築材料中，藉由電極之間的電傳導來讀取含水率成分。假如水分含量偏高的話則電傳導率將增加，因此會有較高的水分含量讀值。電傳導率反應水分含量，本儀器包括類比(針指標)數字化的(文字數字指標)顯示，利用液晶(LCD)或者發光二極體技術來顯示數字化讀值，木材材種會影響電傳率數值，該含水率計的樹種被預設為花旗松，含水率計儀器規格與現況圖如表 3-4 與圖 3-5 所示。. 表 3-4 Delmhorst RDM-2S 含水率計儀器規格表規格量測方法預設值適用性量測範圍量測精度操作溫度溫度補整顯示器電力來源尺寸、重量重量 26-ES 探針. Delmhorst RDM-2S 探針式 70 oF、花旗松、2 探針電極內建 33 種樹種(0-100 相關之比例) 4.5 %-60 % (依樹種不同)，70 oF 0.1% 30 oF-120 oF(0 oC-50 oC) -20 oF-260 oF(–28 oC-126 oC) LCD 1-9 伏特鎳鎘電池、鹼性電池 4 (W) ×2 1/4 (D)×7 1/2 (H) in 14 oz 滑動鐵鎚裝置一個 10"鋼手柄以及#496 絕緣釘 (3/16"，最大釘入深度為 1-1/8"). 資料來源：參照 Delmhorst RDM-2S 儀器說明書。. 圖 3-5 Delmhorst RDM-2S 含水率計現況圖資料來源：本研究自製。 27.

(46) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 2.超音波波速與動彈性模數超音波科學檢測係利用音波傳播速度會與材料之彈性模數或強度相關特性之非破壞檢測儀器。超音波測定木材之動彈性模數由瑞士出廠之 Sylvatest Duo 音速測定儀進行。該儀器係以兩個壓電性 (Piezo-electrical) 換能器 (Transducer)，一個波動發振器(Pulse generator) 產生，另一個波動接受器 (Receiver)接受頻率為 16 kHz 之音波，由音波測定儀讀出所需時間(t)，其單位為微秒(Microsecond；µs)，精度為百萬分之一秒，測其於木材中之傳播速度，藉以評估木材材質，該儀器同時可測定木材溫度 0-50 ℃及含水率 0-156 %。本實驗測定木料之木理平行方向(縱向) (圖 3-6)之超音波穿透時間與計算音波傳播速度及動彈性模數值。. T.T.. R.T.. Specimen. L. 圖 3-6 超音波法的測定資料來源：本研究自製。超音波速度由次式計算出： V=L/T. (1). V 是超音波速度(m/sec) L 是試材長度(兩個感應器間的距離) T 是試材穿透時間動彈性模數(DMOE)依下式計算： DMOE(kgf/cm2)=ρ×V2=ρ×(L/T)2 DMOE：動彈性模數(kgf/cm2) ρ：比重. 28. (2).

(47) 第三章. 防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響. V：音速 (傳播速度) L：材長 (或徑向波速為圓木直徑) T：傳播(穿透)時間動彈性模數值愈高，表示木料力學強度愈好，反之，動彈性模數愈低，表示木料力學強度愈差。可進一步作為木構件新料挑選之評估基礎。超音波儀器規格與現況圖如表 3-5 與圖 3-7 所示。. 表 3-5 Sylvatest Duo 超音波檢定儀儀器規格表規格儀器主機. 軟體配件. Sylvatest Duo LCD 顯示開關鈕離開鈕加鍵減鍵可聯結測試棒接收資料連線孔電池頻率為 22 kHz 可接 PC RS-232 及下載資料二根測式棒及 1.5m、5m 連線專用袋子. 資料來源：參照 Sylvatest Duo 儀器說明書。. 圖 3-7 Sylvatest Duo 超音波檢定儀現況圖資料來源：本研究自製。 3.抗彎試驗及抗壓試驗. 29.

(48) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 試材依 CNS 454 規定將試材置於 UH-10A 強度試驗機(Shimadzu UH-10A type testing machine)（圖 3-8），試材尺寸(120 cm × 5 cm × 5 cm)，支承內長度為 70 cm，試驗載重面為弦切面，載重方向(徑向)垂直纖維方向，平均荷重速度每分鐘小於 150 kgf/cm2，載重方式以中央集中載重法進行。抗彎破壞模數（MOR）與抗彎彈性模數（MOE）依下式計算： 3PL MOR=. (3) 2bh2 △PL3. MOE=. (4) 4△Ybh3. MOR：抗彎破壞模數(kgf/cm2) MOE：抗彎彈性模數(kgf/cm2) P：最大荷重 L：跨距 △P：比例限度內上限載重與下限載重之差 △Y：△P 相對之跨距中央之彎曲變形量(撓度) b：試片斷面垂直壓力之邊長. 圖 3-8 萬能強度試驗機以及資料記錄器資料來源：本研究自製。. 30.

(49) 第三章. 防腐防蟲蟻處理對木材物理與力學性質之影響. 木材力學性質測定完畢後的試材，依 CNS452 絕乾法規定送入烘箱烘乾，測定其含水率值。抗壓試驗則依據 CNS453 標準進行，將試材鋸切成尺寸 2 cm × 2 cm × 4 cm，置於強度試驗機，平均載重速度每分鐘小於 100 kgf/cm2，依下式計算 σc。 P / A (kgf/cm2). σc =. (5). σc=縱向抗壓破壞強度(kgf/cm2) P=破壞載重(kgf) A=斷面積(cm2) 4. ACQ 抽真空加壓灌注處理與吸收量本研究採用新型藥劑 ACQ 防腐處理台灣杉、柳杉以及杉木(福州杉)，台灣杉與柳杉試材於宜蘭昆晉製材廠進行防腐處理（圖 3-9），而杉木(福州杉) 則於台北縣三峽進行防腐處理（圖 3-10）。其處理方式採用抽真空加壓灌注處理（充細胞法，亦稱白塞法），其處理步驟如次所述： 1.. 木材裝入處理槽內先實施抽真空，排氣度不得小於 600 mm Hg，並保持真空度 30 分鐘以上。. 2.. 確實測試防腐藥劑之濃度，一般在 2.5~4.0％。. 3.. 導入防腐劑，實施加壓，壓力通常在 14 kgf/cm2，維持壓力度時間之長短，視木材型式及樹種而定，通常為 2~8 小時。. 4.. 壓力隨後解除，除了將剩餘防腐劑排出筒外，應再實施後排氣，真空度亦不得小於 600 mm Hg，維持真空時間 30~45 分鐘，俾使木材表面乾燥清潔，防腐劑不致滴落流失。. 5.. 解除真空至常態，開啟並清洗木材表面之沈積物，保持木材清潔及加工人員之安全。. 實驗材料於 ACQ 處理完畢後進行有效吸收量計算，按照 CNS3000 有效吸收量進行分類，有效吸收量（K）計算如公式（6）所述：. K=. 後重 − 前重 ( kg / m 3 ) × 處理濃度 × 16 .4% 材積. (6). 式（6）中， 16.4%代表原廠有效成分含量。. 31.

(50) 防腐防蟲蟻處理對大木構材物理與力學性質之影響. 圖 3-9 ACQ 防腐處理台灣杉與柳杉儀器設備資料來源：本研究自製。. 圖 3-10 ACQ 防腐處理杉木儀器設備資料來源：本研究自製。. 32.