胶合木glued timber

将木材纹理互相平行的板材或小方材先在长度或宽度方向上分别作端接或边拼，形成层板，再在厚度方向上层积胶合而成的木质材料。又称胶合层积木。它与人造板同样具有改良材质和扩大用途的作用。胶合木的用途广泛，主要用作房屋建筑的屋架、梁、拱、柱、门窗框；木船的龙骨、桅杆；车辆的底梁、厢框。还可用于家具、体育用品、枕木、犁辕、飞机螺旋桨、工艺品等。
简史 胶合木用作建筑结构始于1893年，瑞士巴塞尔(Basel)城建造的一座音乐厅采用胶合木作拱架。1905年德国人奥托·黑策尔(Otto Hetzer)在瑞士获得“胶合木构造法”专利。这 一技术在欧洲得到应用并在1900年前后传入美国。从30年代起，胶合木在房屋建筑方面的应用得到了发展。1948年中国在淮南煤矿建造职工宿舍全部采用上海扬子木材厂所制造的胶合木拱形屋架。1963年北京市光华木材厂试制成功跨度长26米无金属胶合木屋架。1989年铁道部北京防腐厂和中国林业科学研究院木材工业研究所、中国建筑技术开发公司合作为亚运会工程康乐宫嬉水乐园结构，制成跨长30米的胶合木大梁。胶合木开始时使用酪素胶，以后应用脲醛树脂胶、酚醛树脂胶和间苯二酚—苯酚—甲醛树脂胶，使胶合性能得到很大改善，用途也随之扩大。
胶合木种类 按使用条件、形状和用途可分为3类：❶室外用胶合木和室内用胶合木。前者以间苯二酚—苯酚—甲醛树脂胶和酚醛树脂胶等具有高度耐水、耐候性能的胶粘剂胶合；后者以脲醛树脂胶或三聚氰胺改性脲醛胶等具有耐湿或耐水性能的胶粘剂胶合。
❷直形胶合木和弯曲胶合木。前者多用作房屋的梁和柱，后者常用作拱及造船用的龙骨、肋骨、船头与船尾骨架料；按上述制品的断面形状又可分为矩形、工字形、T形、箱形等。
❸结构用胶合木和非结构用胶合木。前者用作承重构件，后者作非承重构件。
胶合木主要特点 ❶强度性能高。结构用胶合木的静曲强度比木材约高23%，静曲弹性模量约高22%。这是因为在制造过程中将一些木材天然缺陷如节子、腐朽等切除或使集中的材质缺陷合理分散，改善了木材的强度不均匀性。
❷尺寸稳定性好。因层积用板材经过干燥、胶压成大规格材，内部含水率均匀，避免了大尺寸木料难于干燥、易开裂翘曲等毛病。
❸可以利用小规格材制成大规格材，为小径木、板皮、短料的利用提供了途径。
❹可以根据强度的需要设计和制造变断面构件和弯曲、异形构件。胶合木与锯材相比，其缺点是制造同规格材料，能源消耗高，加工工序多，又需用胶粘剂，故成本高。此外，在加工技术、加工设备和质量管理方面的要求也较严。
胶合木制造 制造工艺过程如图1。

图1 胶合木制造工艺过程

层板材料 根据胶合木用途选择层板的树种、等级、厚度等。树种宜采用胶合性能良好、不易开裂和翘曲的针叶树材或具有上述性能的阔叶树材。中国国家标准“木结构设计规范(GBJ 5-88)”对胶合构件的用材等级、承重胶合木结构选材、树种选用等方面均作了规定。构成一根胶合木的各层层板厚度、树种应相同。常用的层板厚度为20～50毫米。中国采用针叶树材和软阔叶树材时，层板厚度不大于40毫米，采用硬木松或硬质阔叶树材时不宜大于30毫米。对于弯曲胶合木的层板厚度不应大于其曲率半径的1/300，同时其厚度不应大于30毫米。层板含水率应在8～15%之内，尽量减少各层板之间含水率差异，或控制在规定含水率的±2%范围内。
胶接技术 层板接长宜采用指接（见指接成材）。在不具备指接技术条件下则可采用斜接，即将要接长的两块板材端部切削成相同倾斜的平面，然后互相胶接在一起的纵接方法(图2a)。斜接接合强度好，但木材损耗大。其接合强度决定于倾斜比t/l，一般采用t/l=1/8—1/12。为了节约木材和减少胶接工作量，在胶合木中受力不大的部位也可有限地使用对接(图2b)。对接时，两块对接的板材厚度差不应大于0.1毫米。层板的拼宽一般都用边拼。接长或拼宽后的层板要经过刨光，其刨光质量应满足如下要求：❶上、下胶合面应密合，无局部透光。个别部位因刀口缺损造成的凸痕不高出板面0.5毫米。
❷在刨光木板中，靠近木节处的粗糙长度应不大于10毫米。刨光后的层板应在12小时内进行胶合，至多不超过24小时，并在涂胶前要清除表面的尘灰和油污等。

图2 板材斜接和对接

胶粘剂 层积胶合时要根据胶合木用途、使用环境、作业条件等因素选择胶粘剂。结构用材常用间苯二酚—苯酚—甲醛树脂，它能在常温下固化，具有优良的胶合性能和耐老化性能。亦可采用酚醛树脂。非结构用胶合木常用脲醛树脂胶或三聚氰胺改性脲醛胶。常用的涂胶设备有四辊筒涂胶机、淋胶机和喷胶机。涂胶量对小型材料一般为250克/平方米，对大型结构材为350—400克/平方米。

图3 层板接头的分散配置

图4 层板拼缝间距配置

组坯 在层积组坯时，要注意做到：两个相接的胶合面的纹理应相似（因弦切材不宜与径切材相胶合）；将接头和拼缝分散配置，避免集中或层叠在一起；两层间指接接头间距应不小于10t，两层间斜接接头间距应不小于20t(图3)，两层层板拼缝间距应大于板厚(图4)。胶合木的外层宜采用等级高的锯材，在芯层可选用较低等级的锯材。在弯曲胶合木中，外层应采用整板，不宜用纵接或边拼的层板。
坯料加压 要求沿材长各部分受压均匀。压力大小根据木材的密度、板面加工精度、胶液粘度等条件决定。加压所用的单位压力：针叶树材为0.5～1兆帕；阔叶树材为1～1.5兆帕。在压制过程中，加压和养护可以在同一设备上完成，也可以分别在两种装置中完成。加压设备应根据加热方式、产品规格、产量大小等来选择(表1)。

表1 胶合木加压设备的选择

加 压设备		加 热 方 式					适用压制 的材料
加压与养护	压力 测定	常温	空气 加热	热板 加热	高频 加热	低电压 加 热
螺旋夹紧装置	△	○	○	-	△	△	通直材、 弯曲材、 长大材
压机螺旋夹紧	○	○	○	-	△	△	通直材
油缸加压	○	○	○	-	△	△	通直材、 弯曲材、 长大材
压机	○	×	×	△	○	△	通直材
连续加压	○	×	×	×	○	×	通直材、 长大材

○、△、×分别表示适合、可、不适合。
螺旋加压、油缸加压装置适于长大材和弯曲材长时间加压的常温和中温空气加热方式。压机、连续加压适于产量高、规格材的短时间加压的高频加热和热板加热方式。压制好的胶合木坯料还要经过刨光、砂光、截料和表面装饰等工序制成胶合木成品。
胶合木的物理力学性质 对使用有重要影响的性质有胶合强度、胶层剥离率、静曲强度及静曲弹性模量、燃烧安全性。
胶合强度 反映胶合木的胶合质量的重要指标之一。它是胶层在外力作用下达到破坏时所测出的单位胶合面积上的应力。对试件作顺纹剪切试验时按下式计算：

按照中国国家标准GBJ 5—88《木结构设计规范》的规定，胶合木的胶合强度应符合表2所列规定值。

表2 中国对胶合木胶合强度的规定值

状 态	胶缝顺纹抗剪强度(MPa)应不低于
	对红松等软木松	对栎木或水曲柳
干态(试件含水率≤15%) 湿态(试件浸水24小时后)	5.9 3.9	7.8 5.9

木材破坏率 衡量胶合质量的另一个指标。它是试件在测定胶合强度时， 当试件受剪破坏时， 胶合面上木材破坏面积与整个胶合面积之比。通常采用目测法， 准确到5～10%即可。木材破坏率按下式计算：

胶层剥离率 反映胶合木耐用程度。胶合木在使用过程中，受到大气温度特别是湿度变化、紫外线照射、大气中有害物质的作用，使木材产生膨胀与收缩，引起各层木板之间尺寸的变化，并作用于胶层形成内应力，导致胶层龟裂及剥离，影响胶合木的使用寿命。一般采用人工加速老化试验促使胶合木端面胶层产生剥离，按其端面胶层剥离总长度与试件端面胶层总长度之比来衡量。剥离率按下式计算：

静曲强度与静曲弹性模量 它们是衡量胶合木强度性能的两个主要指标，特别在结构用途中尤为重要(表3)。影响胶合木静曲强度的主要因素有： 组成胶合木的木材本身强度；各层木板的层积配置；胶合质量等。在相同厚度的胶合木中，层积层数增加亦可显著提高其强度性能。

表3 日本对胶合木静曲强度与弹性模量的规定值

树 种	1 级		2 级
	静曲弹性模量 (103·MPa)	静曲强度 (MPa)	静曲弹性模量 (103·MPa)	静曲强度 (MPa)
日本赤松、花旗松、黑松等 日本落叶松、罗汉柏、桧木、白桧等 日本铁杉、美国铁杉等 冷杉、云杉、柳杉等 栎木、山毛榉、水曲柳、桦木、榆木、阿必东等 柳安等	10.8 9.8 8.8 7.8 8.8 7.8	47.0 44.1 41.2 37.2 48.0 42.1	9.8 8.8 7.8 6.9 7.8 6.9	31.4 29.4 27.4 24.5 32.3 29.4

燃烧安全性 木材虽是易燃物，但用于建筑构件的胶合木因断面较大，遭火灾时断面缩小，燃烧较慢，因而延长了倒塌时间，提高了火灾安全性。胶合木梁的安全燃烧时间可按下式计算：式中 t为安全燃烧时间（分）;D为燃烧前梁的高度（厘米）;d为燃烧后的梁高（厘米）;β为炭化速度，胶合梁平均炭化速度为0.05～0.06厘米/分。为了提高安全性，一般采用在胶合木表面涂布防火石棉层或防火涂料，以延长着火时间。