木材生物耐久性测试技术：原理、欧洲标准体系与评估挑战

木材，作为一种源远流长的建筑材料，凭借其天然易得、加工便捷、优良的绝缘与弹性（相较于混凝土、钢材等）等特性，在人类数千年的文明史中扮演了不可或缺的角色。高密度木材如橡木、柚木甚至表现出令人惊讶的耐火性。然而，木材的有机物本质也使其成为微生物、昆虫及其他节肢动物的潜在营养源。这种生物降解是限制木材应用寿命的核心挑战。

本文旨在深入探讨用于评估木材、木制品及防腐处理木材抗生物侵蚀能力的测试方法学。我们将以欧洲标准体系为蓝本，剖析其背后的基本原则、测试框架以及在实际应用中面临的复杂挑战。

木材的天然耐久性与化学防护

木材的生物易损性并非绝对。部分树种在漫长的进化中形成了有效的防御机制。例如，铁力木（Bongossi）或柚木（Teak）的心材细胞中会沉积酚类物质，这些天然的化学屏障能显著延缓微生物的侵蚀，赋予木材“天然耐久性”。为了量化这种特性，业界已开发出一系列实验室及户外测试方法，如欧洲标准EN 350系列，专门用于评估欧洲商业常用木材的天然耐久等级。

与此相对，松木、榉木等许多树种则极易被生物降解。若要将其长期用于建筑等领域，必须借助化学防腐剂进行处理。因此，当前绝大多数生物测试标准的核心目标，是评价木材防腐剂处理后，材料所获得的防护效能与长期性能。

在标准的测试流程中，通常会引入未经处理的木材试样作为对照组，其目的是为了验证测试体系中微生物的“毒力”或活性是否达标。同时，一些测试还会使用“参考产品”——即那些经过数十年验证、效果公认的防腐剂。通过与参考产品的性能进行比对，可以更准确地评估测试方法的严苛程度，并为新型防腐剂的测试结果提供一个可靠的参照基准。

理想测试方法与现实障碍

一个理想的木材防护效能测试方法，应当满足以下几个条件：

• 真实反映木材在实际使用环境中所承受的条件。
• 覆盖木材使用寿命内所有相关的侵蚀生物及其演替过程。
• 兼顾不同的木材防腐处理工艺。
• 能够快速提供可重复的测试结果。
• 操作简便，易于执行。
• 成本控制在合理范围内。

然而，在现实中构建这样的理想模型困难重重。主要的障碍包括：

• 环境与生物的多样性：木材实际面临的环境条件和腐朽生物种类极其繁杂。
• 生物敏感性差异：不同腐朽生物对不同类型防腐剂的敏感度存在巨大差异。
• 防腐剂的物理与生物降解：防腐剂不仅会因蒸发、淋溶和扩散等物理因素而流失；对于有机防腐剂，它们还可能被非目标微生物利用，甚至作为营养源被分解，从而导致失效。
• 木材处理性的差异：并非所有木材树种都具备同等的渗透性和可处理性。

面对这些复杂性，开发简化且标准化的测试方法成为必然选择。这些方法需要在模拟的复杂性与结果的可靠性之间找到一个平衡点，为评估处理或未处理木材的性能提供充分的依据。准确评估这些复杂交互作用对材料耐久性的影响，需要高度专业的知识和严谨的实验控制。

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抗生物侵蚀性能的通用要求与标准框架

欧洲标准体系为木材的生物耐久性评估提供了清晰的框架。其中，EN 350标准主要针对木材的天然耐久性，而EN 599标准则聚焦于经防腐处理后木材的性能。

• EN 350-1：木材及木制品耐久性 - 实木的天然耐久性 - 第1部分：天然耐久性测试与分级原则指南。
• EN 350-2：木材及木制品耐久性 - 实木的天然耐久性 - 第2部分：欧洲重要木材树种的天然耐久性与可处理性指南。
• EN 599-1：木材及木制品耐久性 - 通过生物测试确定的木材防腐剂性能 - 第1部分：根据使用等级的规范。
• EN 599-2：木材及木制品耐久性 - 通过生物测试确定的木材防腐剂性能 - 第2部分：分级与标签。

使用等级（Use Classes）的引入

木材遭受生物侵蚀的可能性，与其所处的环境密切相关。欧洲标准EN 335将这些潜在的使用环境系统地划分为不同的等级，即“使用等级”（Use Classes），该术语取代了旧称“危害等级”（Hazard Classes）。

• EN 335-1：木材及木制品耐久性 - 生物侵蚀使用等级的定义 - 第1部分：总则。
• EN 335-2：木材及木制品耐久性 - 生物侵蚀使用等级的定义 - 第2部分：在实木中的应用。
• EN 335-3：木材及木制品耐久性 - 生物侵蚀使用等级的定义 - 第3部分：在人造板中的应用。

EN 335-1标准界定了木材可能被使用的环境分区，并描述了各分区中木材面临的主要危害。该标准定义了五个使用等级，如下表所示。全球其他国家也制定了类似的分类体系，一项基于此原则的ISO标准“木材及木制品耐久性 - 使用等级的定义”也正在制定中。

表1. 欧洲标准EN 335-1:1992中定义的生物侵蚀危害等级（现为使用等级）

注：U = 欧洲普遍存在；L = 欧洲局部存在。¹ 根据CEN/TC 38的决议，现已更名为“使用等级”。² 根据具体使用情况，侵蚀风险可能不显著。

耐久性测试前的预处理方法

为了评估木材防腐剂的长期有效性，在进行正式的抗微生物或昆虫测试之前，必须对处理后的木材试样进行人工加速老化。

• EN 73: 蒸发老化程序 该标准描述了一种适用于防腐处理木材试样的蒸发老化程序。通过该程序，可以评估防腐剂中挥发性组分的流失对其后续生物防护效能的影响。

• EN 84: 淋溶老化程序 该标准描述了一种淋溶老化程序，模拟雨水等对防腐剂的冲刷作用。通过对比淋溶前后试样的生物抗性，评估防腐剂的抗流失能力。

• CEN/TR 15046: 人工风化程序 这份技术报告描述了一种模拟“紫外线辐射-水喷淋”交替循环的老化方法。由于在较高温度下进行，该方法在一定程度上也包含了蒸发老化的效应，综合模拟了物理因素对木材防腐剂的主要影响。

面向未来的挑战：微生物降解的模拟

现代有机杀菌剂和杀虫剂自身也可能被微生物降解。这意味着，仅靠上述基于物理因素的老化标准，可能不足以完全预测这些防腐剂的真实使用寿命。为此，一项名为“木材防腐剂 - 生物实验室测试前处理木材试样的离地自然预处理方法”的欧洲技术规范（CEN/TS）正在制定中。该方法旨在结合自然的物理应力因素（如温湿度、光照）与自然存在的微生物群落演替，以更真实地模拟防腐剂在实际使用中（特别是对应欧洲使用等级3的环境）可能面临的生物降解挑战。这标志着木材耐久性测试正朝着更加精细化和贴近现实的方向发展。