古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級

年6月23日古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級資料內(nèi)容僅供參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級

來源:木材標準化技術(shù)委員會發(fā)布人:侯建筠日期:-3-17ICS79.BLY中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標準

LY/TXXXXX—200X

古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級

Methodfornon-destructivetestingandclassificationofwoodelementdecayofancientarchitecture

(征求意見稿)

200X–XX–XX發(fā)布

200X–XX–XX實施

國家林業(yè)局發(fā)布

前

言本標準按GB/T1.1—給出的規(guī)則進行起草。本標準的附錄A為規(guī)范性附錄。請注意本標準的某些內(nèi)容可能涉及專利。本標準的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別這些專利的責任。本標準由全國木材標準化技術(shù)委員會(SAC/ＴＣ41)提出并歸口。本標準起草單位:中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所。本標準主要起草人:黃榮鳳、呂建雄、趙有科、周永東、吳玉章。

古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級1范圍本標準規(guī)定了古建筑木構(gòu)件腐朽狀況非破壞性檢測評價方法和腐朽分級標準。本標準適用于古建筑木構(gòu)件的腐朽狀況檢測及木材殘余物理力學(xué)性能評價。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T14019

木材防腐術(shù)語GB50005

木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范3術(shù)語和定義GB/T14019和GB50005界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1

木結(jié)構(gòu)timberstructure單純由木材或主要由木材承受荷載的結(jié)構(gòu)。3.2

木構(gòu)件woodelement木結(jié)構(gòu)建筑中可劃分為最基本單位的木質(zhì)件。3.3

非破壞性檢測non-destructivetesting在不破壞木材的情況下,正確檢測出木材內(nèi)部的腐朽、缺陷及性能。3.4

皮羅釘檢測Pilodyntesting在固定力作用下,將微型探針打入木材內(nèi)部,根據(jù)進針深度的變化判斷木材腐朽程度的一種非破壞性檢測方法。3.5

阻力儀檢測Resistographtesting是將直徑小于等于1.5mm的微型鉆頭鉆入木材內(nèi)部,根據(jù)鉆頭前進時所遇到的阻力,判斷木材的密度及內(nèi)部腐朽、開裂、節(jié)疤等缺陷的一種非破壞性檢測方法。4檢測方法概述在進行古建筑木構(gòu)件非破壞性檢測時,木構(gòu)件內(nèi)部不同深度的腐朽很難用同一種方法檢測。表面腐朽能夠經(jīng)過目測和皮尺測量判斷腐朽的程度和范圍,但內(nèi)部腐朽必須借助皮羅釘和阻力儀等儀器進行檢測。皮羅釘適用于木材表層0-40mm范圍內(nèi)的木材腐朽狀況檢測,阻力儀適用于木材內(nèi)部部腐朽狀況檢測,檢測深度能夠達到1000mm。對腐朽嚴重的木構(gòu)件,可采用生長錐檢測,對腐朽狀況進行實物確認。經(jīng)過上述檢測方法的綜合運用,能夠?qū)崿F(xiàn)對不同腐朽程度木構(gòu)件的檢測。5儀器和設(shè)備(1)錐子(2)皮羅釘檢測儀(3)阻力儀(4)生長錐(5)卷尺(6)記號筆或粉筆6檢測程序6.1表層腐朽6.1.1目測和錐扎首先目測判斷木構(gòu)件的外部是否有腐朽發(fā)生,對有腐朽跡象的部位用錐子初步檢測腐朽的范圍,確定腐朽部位,記錄在附錄A中,并對腐朽部位拍照,記錄照相時間。6.1.2皮羅釘檢測同一木構(gòu)件在腐朽和未腐朽部位分別進行皮羅釘檢測,且檢測方向必須相同,即同為徑向或弦向,同一部位設(shè)置不少于3個檢測點,將檢測結(jié)果記錄在附錄A中。6.2深層腐朽經(jīng)過表層腐朽檢測,皮羅釘?shù)拇蛉肷疃冗_到30mm以上時,應(yīng)進一步用阻力儀檢測木材內(nèi)部的腐朽狀況。6.2.1阻力儀檢測檢測部位的確定:(1)對接觸地面的木構(gòu)件,必須進行內(nèi)部腐朽檢測。檢測應(yīng)從距地面高20cm開始,檢測部位的縱向間隔應(yīng)小于50cm,每個部位至少從2個方向檢測,直至檢測到無腐朽為止。(2)對非接觸地面的木構(gòu)件,在目視判斷有腐朽的情況下,應(yīng)從有腐朽的部位開始,向長度方向的兩側(cè)每隔50cm設(shè)置一個檢測部位,每個部位至少從2個方向檢測,直至檢測到無腐朽為止。

對于有明顯腐朽的區(qū)域,可在該區(qū)域適當增加檢測點的個數(shù)。檢測方法:阻力儀鉆頭鉆入木材時應(yīng)該垂直于木材年輪,儀器設(shè)定為自動記錄檢測結(jié)果并打印檢測結(jié)果圖譜。6.2.2生長錐檢測經(jīng)阻力儀檢測后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有嚴重腐朽的木構(gòu)件,需要用生長錐鉆取木芯,取樣進一步確認木材內(nèi)部的腐朽狀況。7記錄內(nèi)容(1)記錄檢測地點、構(gòu)件名稱、檢測時間。(2)記錄檢測部位,能夠用圖示表示。(3)記錄目測結(jié)果(4)記錄皮羅釘檢測打入深度(5)導(dǎo)出阻力儀檢測結(jié)果。8計算皮羅釘和阻力儀的檢測結(jié)果均采用相對值表示,即用腐朽木材的檢測值相對于未腐朽木材檢測值變化的百分比表示。皮羅釘打入深度增加率:根據(jù)未腐朽部位的皮羅釘打入深度和腐朽部位的皮羅釘打入深度計算打入深度增加率,按式(1)計算,精確至0.1%。

…………………(1)式中:P皮羅釘打入增加變化率,用百分比表示;L0未腐朽部位的皮羅釘打入深度,mm;L1腐朽部位的皮羅釘打入深度,mm。

阻力值降低率:根據(jù)未腐朽部位的阻力值和腐朽部位阻力值計算阻力值的減低率,按式(2)計算,精確至0.1%。

…………………(2)式中:R阻力值的降低率,用百分比表示;r0未腐朽部位的阻力值;r1腐朽部位阻力值。9木材腐朽分級對目測、皮羅釘檢測和阻力儀檢測等三種檢測結(jié)果,取同一部位測試點的平均值進行腐朽等級判定。各個等級的腐朽狀況描述見表1。三種方法檢測方法的適用范圍分別為:(1)目測適用于木材表面腐朽狀況檢測,包括肉眼觀察和錐扎檢測;(2)皮羅釘檢測適用于表層40mm以下的木材腐朽狀況檢測;(3)阻力儀檢測適用于深層腐朽,即距表面40mm以上的木材內(nèi)部腐朽狀況檢測。表1木材腐朽程度分級標準腐朽分級目測狀態(tài)皮羅釘打入深度增加率P(%)阻力值降低率R(%)0材質(zhì)完好,肉眼觀察無腐朽癥狀001表面有可見的輕微腐朽0＜P≤250＜R≤152表面有較明顯的腐朽25＜P≤6015＜R≤253表面有嚴重的腐朽60＜P≤9025＜R≤354木材腐朽至損毀程度P＞90R＞35

附錄A(規(guī)范性附錄)

古建筑木構(gòu)件腐朽狀況檢測記錄表1、古建筑名稱:

2、地點:

3、檢測時間:

4、檢測人:

5、記錄人:

木構(gòu)件名稱木構(gòu)件編號直徑(cm)檢測部位(距地面或端頭)腐朽范圍皮羅釘打入深度(mm)阻力值記錄編號照相時間備注長度寬度(cm)(cm)(cm)123

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林業(yè)行業(yè)標準《古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級》(征求意見稿)編制說明

一、工作情況《古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級》林業(yè)行業(yè)標準(項目編號:-LY-069)由中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所申報,6月獲得國家林業(yè)局和全國木材標準化技術(shù)委員會批準立項,8月國家林業(yè)局和國木材標準化技術(shù)委員會轉(zhuǎn)撥其標準起草經(jīng)費到中國林科院木材工業(yè)研究所。標準由中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所負責起草。標準起草人員由長期從事木材物理、木材無損檢測和古建筑保護的科研、技術(shù)工作的專業(yè)人員組成。古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級,是由我們承擔的科技部社會公益研究專項”古建筑木結(jié)構(gòu)防護和無損檢測評價新技術(shù)研究”(編號:DIB5J187)取得的研究成果轉(zhuǎn)化而來。標準起草小組參加了對故宮、恭王府、天壇和應(yīng)縣木塔等重點古建筑木結(jié)構(gòu)的勘查工作,進行了大量的木構(gòu)件非破壞性檢測工作,制定和完善了測試和評價方法,并進行了實際驗證應(yīng)用。同時,標準起草人員就標準涉及到的內(nèi)容進行了大量調(diào)研,獲得了較為豐富的基礎(chǔ)材料。標準起草小組經(jīng)過多次討論、修改,于6月完成了初稿,經(jīng)過項目負責人以及部分專家的審閱,又對初稿進行了多次修改和完善,于1月形成了當前的《古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級(征求意見稿)》。

二、編制《古建筑木構(gòu)件腐朽的非破壞性檢測方法及分級》的重要意義木材作為生物材料,在長期使用過程中,由于自然風化及昆蟲和微生物等生物侵害,會發(fā)生腐朽和蟲蛀,導(dǎo)致木材的力學(xué)性能降低。因此,以木材作為結(jié)構(gòu)材料的古建筑,必須定期進行木結(jié)構(gòu)材質(zhì)狀況勘查,檢查木結(jié)構(gòu)所使用木材的風化、腐朽及蟲蛀情況,并進行相應(yīng)的防護處理,以保證木結(jié)構(gòu)古建筑的安全性。中國木結(jié)構(gòu)古建筑,如故宮、天壇、布達拉宮、塔爾寺等都是中國重要的文物和珍貴的歷史文化遺產(chǎn),受到國家重點保護。當前在這些木結(jié)構(gòu)古建筑維修與保護過程中,存在的主要技術(shù)難題是在不破壞原有木構(gòu)件的前提下,如何科學(xué)地檢測木構(gòu)件內(nèi)部是否存在腐朽或蟲蛀,且比較準確地確定木構(gòu)件的腐朽程度和殘余力學(xué)強度。但這又是木結(jié)構(gòu)古建筑勘查設(shè)計和制定維修設(shè)計方案時必須解決的問題。當前中國多采用定性的目視檢測與簡單敲擊相結(jié)合的方法進行古建筑木結(jié)構(gòu)材質(zhì)狀況勘測,還不能對材質(zhì)狀況做出定量評價。雖然應(yīng)力波及超聲波檢測技術(shù)的研究已經(jīng)受到科研人員的關(guān)注,但這些方法還處于實驗階段,離實際應(yīng)用還有相當一段距離。因此在現(xiàn)階段,利用現(xiàn)有的比較成熟非破壞性檢測技術(shù)和方法,科學(xué)地劃分木材腐朽等級,確定各個腐朽等級木材的殘余力學(xué)強度,并對其進行安全性評價,能夠為木結(jié)構(gòu)古建筑維修方案的制定和設(shè)計,以及施工中確定是否維修或更換木構(gòu)件等提供科學(xué)依據(jù)。當前世界各國對木材腐朽狀況評價還沒有制定相應(yīng)的標準。中國當前木結(jié)構(gòu)材質(zhì)狀況勘查參考的是《木材天然耐久性試驗方法》國家標準,中國制定了《古建筑木構(gòu)件木材內(nèi)部腐朽與殘余彈性模量應(yīng)力波無損檢測測試規(guī)程》,但沒有制定木材腐朽狀況評價的相關(guān)標準。民用建筑中以木結(jié)構(gòu)建筑為主的日本對木材腐朽狀況評價有相應(yīng)的等級標準,但還沒有形成標準。木材工業(yè)研究所開始開展”古建筑木結(jié)構(gòu)材腐朽等級劃分及其力學(xué)強度衰減研究”項目的研究工作,根據(jù)項目要求對故宮古建筑使用的落葉松、軟木松、云杉等舊木材的腐朽狀況進行了勘查,并對替換下來的部分腐朽的舊木材進行了目視腐朽等級劃分,并加工出各個腐朽等級的密度、抗彎強度和抗壓強度試件,實測了各個腐朽等級木材的物理力學(xué)性質(zhì),同時采用皮螺釘、阻力儀和FFT等3種非破壞性檢測技術(shù)做了相應(yīng)的測試和分析,取得了大量的試驗數(shù)據(jù)。其中部分數(shù)據(jù)經(jīng)過整理已經(jīng)在《北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報》、《林業(yè)科學(xué)》等核心刊物發(fā)表或投稿。這些研究成果為本項目的實施奠定了良好的基礎(chǔ)。

三、標準編制的基本原則1、本標準為技術(shù)性規(guī)范,規(guī)定了木材腐朽狀況非破壞性檢測評價方法和腐朽分級標準;2、本標準適用于古建筑木結(jié)構(gòu)維護與修繕過程中木材及木構(gòu)件的材質(zhì)狀況檢測及木材物理力學(xué)性能評價;3、確定腐朽等級劃分標準,在不破壞原有古建筑木結(jié)構(gòu)的前提下,運用本標準所規(guī)定的方法、步驟和腐朽分級標準對古建筑木構(gòu)件的材質(zhì)狀況進行評估,為古建筑木構(gòu)件的加固或更換,以及古建筑木結(jié)構(gòu)勘察和維護方案的制定提供依據(jù);4、采用目測、皮羅釘檢測、阻力儀檢測和生長錐取樣檢測相結(jié)合的方法,對木構(gòu)件進行全面綜合的檢測和分析,以確保非破壞性檢測結(jié)果的準確、可靠。

四、制定本標準的技術(shù)內(nèi)容的說明1、規(guī)范性引用文件:在進行古建筑木構(gòu)件非破壞性檢測和評價過程中,需要使用木材腐朽術(shù)語,本標準引用了木材防腐術(shù)語的國家標準。2、基本原則:(1)在不破壞原有古建筑木結(jié)構(gòu)的前提下,經(jīng)過檢測和分析木構(gòu)件的物理力學(xué)性能,對木構(gòu)件的材質(zhì)狀況進行評估,為古建筑維護和修繕方案的制定提供準確可靠的依據(jù)是制定本標準的最終目的;(2)本標準規(guī)定了木材腐朽狀況檢測評價方法及分級標準,旨在推動和促進古建筑木構(gòu)件材質(zhì)狀況評價的標準化,以保證木結(jié)構(gòu)建筑維修方案制定有科學(xué)準確的數(shù)據(jù)支持;(3)本標準采用目測、皮羅釘檢測、阻力儀檢測和生長錐取樣檢測相結(jié)合的方法,在確保檢測數(shù)據(jù)準確可靠的前提下,做到操作方法簡便易行,易于推廣。3、木材腐朽狀況檢測在不破壞原有古建筑木結(jié)構(gòu)的前提下,采用目測、錐扎檢測、皮羅釘檢測、阻力儀檢測和生長錐取樣檢測相結(jié)合的方法,以保證檢測結(jié)果準確可靠。目測和錐扎方法是最古老、傳統(tǒng)的檢測方法,檢測人員要一定的經(jīng)驗才能做到檢測準確。本標準在傳統(tǒng)的方法的基礎(chǔ)上,采用了操作簡便、準確性高的皮羅釘和阻力儀檢測,提高了檢測結(jié)果的準確性。對確實難以判斷的木構(gòu)件,又增加了生長錐取樣檢測的方法,保證了檢測結(jié)果準確可靠。4、木材腐朽分級標準當前國內(nèi)外還沒有木材腐朽分級的國際標準、國家標準和行業(yè)標準,在實際檢測時,日本的一些國立研究所有內(nèi)部使用的標準,但并沒有正式頒布使用。中國在進行木結(jié)構(gòu)建筑木構(gòu)件材質(zhì)狀況評價時,參考使用木材耐久性評價標準中的等級劃分,但耐久性與現(xiàn)有木材的材質(zhì)狀況評價是完全不同的兩種概念,因此必須根據(jù)古建筑木結(jié)構(gòu)勘查的實際情況,制定相應(yīng)的分級標準,才能做到材質(zhì)狀況的準確評價。本標準根據(jù)前期研究結(jié)果及多年進行古建筑材質(zhì)狀況勘查的結(jié)果,以皮羅釘打入深度、阻力儀貫入深度與木材密度及木材抗彎強度和抗彎彈性模量之間的顯著相關(guān)關(guān)系(表1-4,圖1-2)為依據(jù),對木材腐朽狀況進行分級。分級標準中包含了目視狀態(tài)、皮羅釘貫入深度變化率和阻力值變化率等內(nèi)容。同時提出了腐朽木材密度、抗彎強度、橫紋抗壓強度殘余百分比的參考值,作為古建筑木構(gòu)件及木材性能評價的參考。

表1

不同腐朽等級落葉松木材的密度及皮羅釘打入深度Tab.1

DensityandPilodynpenetrationdepthofLarixsp.atdifferentdecaylevels腐朽等級Decaylevel密度Density徑向打入深度Radialpenetrationdepth弦向打入深度Tangentialpenetrationdepth平均值mean/g/cm3變異系數(shù)CV/%平均值mean/mm變異系數(shù)CV/%平均值mean/mm變異系數(shù)CV/%00.54(21)10.1813.37(21)13.4012.62(21)16.1610.53(23)10.3916.13(25)13.7714.50(26)14.3020.49(49)8.3219.13(50)17.9518.54(50)14.2830.45(21)9.1523.26(22)20.2422.07(22)14.3140.44(11)9.7828.11(16)23.2428.01(16)19.04F值14.58**,n=12544.88**,n=13475.94**,n=135**:P<0.01.Valuein()arethenumberofsamples.

表2

不同腐朽等級軟木松木材的密度及皮羅釘打入深度Tab.2

DensityandPilodynpenetrationdepthofPinussp.atdifferentdecaylevels腐朽等級Decaylevel密度Density徑向打入深度Radialpenetrationdepth弦向打入深度Tangentialpenetrationdepth平均值mean/g/cm3變異系數(shù)CV/%平均值mean/mm變異系數(shù)CV/%平均值mean/mm變異系數(shù)CV/%00.46(20)8.3512.98(20)12.0811.45(20)12.8210.43(22)10.1815.03(22)16.7814.15(22)10.8020.40(14)12.5317.19(14)15.9315.87(15)16.4630.37(3)5.3522.20(5)30.7520.72(6)22.5540.36(1)-27.80(1)-27.00(1)-F值6.90**,n=6016.76**,n=6230.29**,n=64**:P<0.01.Valuein()arethenumberofsamples.

圖1

不同腐朽等級木材的密度及皮羅釘打入深度的變化Fig.1VariationrateofdensityandPilodynpenetrationdepthatdifferentdecaylevels

圖2

皮羅釘打入深度與木材密度間的回歸分析結(jié)果Fig.2RegressionanalysisbetweendensityandPilodynpenetrationdepth**:P<0.01。

表3

各腐朽等級木材的物理力學(xué)性質(zhì)指標Tab.3

indexofphysico-mechanicalpropertiesatdifferentdecaylevels腐朽等級樣本數(shù)氣干密度抗彎強度順紋抗壓強度平均值/g·cm-3變異系數(shù)/％平均值/Mpa變異系數(shù)/％平均值/Mpa變異系數(shù)/％080.5289.7890.7417.3845.5417.88190.4948.8060.7032.2134.5214.97290.4508.6633.8332.0926.9122.123170.404

7.7521.8439.2519.3030.4147

表4

各腐朽等級木材的阻力儀檢測值Tab.4

Resistancevaluesatdifferentdecaylevels腐朽等級平均值波峰值波谷值平均值/Resi變異系數(shù)/％平均值/Resi變異系數(shù)/％平均值/Resi變異系數(shù)/％0205.4917.47248.5817.05170.7216.701184.4514.88228.5015.35148.6216.542168.0815.13215.6915.73134.2717.893146.4920.86187.4519.87122.4221.69492.9833.69123.3035.7878.7637.21

圖3

各腐朽等級木材的阻力儀檢測值的殘存率Fig.3

Remainingvaluepercentageofresistancevaluesatdifferentdecaylevels

圖4

各腐朽等級木材物理力學(xué)性質(zhì)的殘存率Fig.4Remainingvaluepercentageofpropertiesatdifferentdecaylevels

5、參照國內(nèi)外文獻情況表1除了在進行科技部社會公益研究專項”古建筑木結(jié)構(gòu)防護和無損檢測評價新技術(shù)研究”(編號:DIB5J187)時測定的一部分數(shù)據(jù)外,還參考了以下文獻:

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livetreesusingtheResistographforselectionintreeimprovementprograms[J].Can.J.For.Res,,33(12):2426-2435.LukaszkiewiczJ,

KosmalaM,ChrapkaMBorowskiJ.determiningtheageofstreetsideTiliacordatatreeswithaDBH-basedmodel[J].JournalofArboriculture,November,31(6):280-284.WangTongli,AitkenSN,RozenbergP,etal.1999.Selectionforheightgrowthandpilodynpinpenetrationinlodgepolepine:Ef