古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法 及分级

古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------来源：木材标准化技术委员会发布人：侯建筠日期：2011-3-17ICS79.BLY中华人民共和国林业行业标准LY/TXXXXX—200X古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级Methodfornon-destructivetestingandclassificationofwoodelementdecayofancientarchitecture（征求意见稿）200X–XX–XX发布200X–XX–XX实施国家林业局发布前言本标准按GB/T1.1—2009给出的规则进行起草。本标准的附录A为规范性附录。请注意本标准的某些内容可能涉及专利。本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由全国木材标准化技术委员会(SAC/ＴＣ41)提出并归口。本标准起草单位：中国林业科学研究院木材工业研究所。本标准主要起草人：黄荣凤、吕建雄、赵有科、周永东、吴玉章。古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级1范围本标准规定了古建筑木构件腐朽状况非破坏性检测评价方法和腐朽分级标准。本标准适用于古建筑木构件的腐朽状况检测及木材残余物理力学性能评价。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T14019木材防腐术语GB50005木结构设计规范3术语和定义GB/T14019和GB50005界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1木结构timberstructure单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构。3.2木构件woodelement木结构建筑中可划分为最基本单位的木质件。3.3非破坏性检测non-destructivetesting在不破坏木材的情况下，正确检测出木材内部的腐朽、缺陷及性能。3.4皮罗钉检测Pilodyntesting在固定力作用下，将微型探针打入木材内部，根据进针深度的变化判断木材腐朽程度的一种非破坏性检测方法。3.5阻力仪检测Resistographtesting是将直径小于等于1.5mm的微型钻头钻入木材内部，根据钻头前进时所遇到的阻力，判断木材的密度及内部腐朽、开裂、节疤等缺陷的一种非破坏性检测方法。4检测方法概述在进行古建筑木构件非破坏性检测时，木构件内部不同深度的腐朽很难用同一种方法检测。表面腐朽可以通过目测和皮尺测量判断腐朽的程度和范围，但内部腐朽必须借助皮罗钉和阻力仪等仪器进行检测。皮罗钉适用于木材表层0-40mm范围内的木材腐朽状况检测，阻力仪适用于木材内部部腐朽状况检测，检测深度可以达到1000mm。对腐朽严重的木构件，可采用生长锥检测，对腐朽状况进行实物确认。通过上述检测方法的综合运用，可以实现对不同腐朽程度木构件的检测。5仪器和设备（1）锥子（2）皮罗钉检测仪（3）阻力仪（4）生长锥（5）卷尺（6）记号笔或粉笔6检测程序6.1表层腐朽6.1.1目测和锥扎首先目测判断木构件的外部是否有腐朽发生，对有腐朽迹象的部位用锥子初步检测腐朽的范围，确定腐朽部位，记录在附录A中，并对腐朽部位拍照，记录照相时间。6.1.2皮罗钉检测同一木构件在腐朽和未腐朽部位分别进行皮罗钉检测，且检测方向必须相同，即同为径向或弦向，同一部位设置不少于3个检测点，将检测结果记录在附录A中。6.2深层腐朽通过表层腐朽检测，皮罗钉的打入深度达到30mm以上时，应进一步用阻力仪检测木材内部的腐朽状况。6.2.1阻力仪检测检测部位的确定：（1）对接触地面的木构件，必须进行内部腐朽检测。检测应从距地面高20cm开始，检测部位的纵向间隔应小于50cm，每个部位至少从2个方向检测，直至检测到无腐朽为止。（2）对非接触地面的木构件，在目视判断有腐朽的情况下，应从有腐朽的部位开始，向长度方向的两侧每隔50cm设置一个检测部位，每个部位至少从2个方向检测，直至检测到无腐朽为止。对于有明显腐朽的区域，可在该区域适当增加检测点的个数。检测方法：阻力仪钻头钻入木材时应该垂直于木材年轮，仪器设定为自动记录检测结果并打印检测结果图谱。6.2.2生长锥检测经阻力仪检测后发现内部有严重腐朽的木构件，需要用生长锥钻取木芯，取样进一步确认木材内部的腐朽状况。7记录内容（1）记录检测地点、构件名称、检测时间。（2）记录检测部位，可以用图示表示。（3）记录目测结果（4）记录皮罗钉检测打入深度（5）导出阻力仪检测结果。8计算皮罗钉和阻力仪的检测结果均采用相对值表示，即用腐朽木材的检测值相对于未腐朽木材检测值变化的百分比表示。皮罗钉打入深度增加率：根据未腐朽部位的皮罗钉打入深度和腐朽部位的皮罗钉打入深度计算打入深度增加率，按式（1）计算，精确至0.1%。…………………………………（1）式中：P-----皮罗钉打入增加变化率，用百分比表示；L0-----未腐朽部位的皮罗钉打入深度，mm；L1-----腐朽部位的皮罗钉打入深度，mm。阻力值降低率：根据未腐朽部位的阻力值和腐朽部位阻力值计算阻力值的减低率，按式（2）计算，精确至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木材腐朽分级对目测、皮罗钉检测和阻力仪检测等三种检测结果，取同一部位测试点的平均值进行腐朽等级判定。各个等级的腐朽状况描述见表1。三种方法检测方法的适用范围分别为：（1）目测适用于木材表面腐朽状况检测，包括肉眼观察和锥扎检测；（2）皮罗钉检测适用于表层40mm以下的木材腐朽状况检测；（3）阻力仪检测适用于深层腐朽，即距表面40mm以上的木材内部腐朽状况检测。表1木材腐朽程度分级标准腐朽分级目测状态皮罗钉打入深度增加率P（%）阻力值降低率R（%）0材质完好，肉眼观察无腐朽症状001表面有可见的轻微腐朽0＜P≤250＜R≤152表面有较明显的腐朽25＜P≤6015＜R≤253表面有严重的腐朽60＜P≤9025＜R≤354木材腐朽至损毁程度P＞90R＞35附录A(规范性附录)古建筑木构件腐朽状况检测记录表1、古建筑名称：2、地点：3、检测时间：4、检测人：5、记录人：木构件木构件直径检测部位（距腐朽范围皮罗钉打入深度阻力值照相时备注名称编号（cm）地面或端头）长度宽度（mm）记录编号间（cm）（cm）（cm）123——————————————————林业行业标准《古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级》（征求意见稿）编制说明一、工作情况《古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级》林业行业标准（项目编号：2009-LY-069）由中国林业科学研究院木材工业研究所申报，2009年6月获得国家林业局和全国木材标准化技术委员会批准立项，2009年8月国家林业局和国木材标准化技术委员会转拨其标准起草经费到中国林科院木材工业研究所。标准由中国林业科学研究院木材工业研究所负责起草。标准起草人员由长期从事木材物理、木材无损检测和古建筑保护的科研、技术工作的专业人员组成。古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级，是由我们承担的科技部社会公益研究专项“古建筑木结构防护和无损检测评价新技术研究”（编号：2004DIB5J187）取得的研究成果转化而来。标准起草小组参加了对故宫、恭王府、天坛和应县木塔等重点古建筑木结构的勘查工作，进行了大量的木构件非破坏性检测工作，制定和完善了测试和评价方法，并进行了实际验证应用。同时，标准起草人员就标准涉及到的内容进行了大量调研，获得了较为丰富的基础材料。标准起草小组经过多次讨论、修改，于2010年6月完成了初稿，经过项目负责人以及部分专家的审阅，又对初稿进行了多次修改和完善，于2011年1月形成了目前的《古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级（征求意见稿）》。二、编制《古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级》的重要意义木材作为生物材料，在长期使用过程中，由于自然风化及昆虫和微生物等生物侵害，会发生腐朽和虫蛀，导致木材的力学性能降低。因此，以木材作为结构材料的古建筑，必须定期进行木结构材质状况勘查，检查木结构所使用木材的风化、腐朽及虫蛀情况，并进行相应的防护处理，以保证木结构古建筑的安全性。中国木结构古建筑，如故宫、天坛、布达拉宫、塔尔寺等都是我国重要的文物和珍贵的历史文化遗产，受到国家重点保护。目前在这些木结构古建筑维修与保护过程中，存在的主要技术难题是在不破坏原有木构件的前提下，如何科学地检测木构件内部是否存在腐朽或虫蛀，且比较准确地确定木构件的腐朽程度和残余力学强度。但这又是木结构古建筑勘查设计和制定维修设计方案时必须解决的问题。目前我国多采用定性的目视检测与简单敲击相结合的方法进行古建筑木结构材质状况勘测，还不能对材质状况做出定量评价。虽然应力波及超声波检测技术的研究已经受到科研人员的关注，但这些方法还处于实验阶段，离实际应用还有相当一段距离。因此在现阶段，利用现有的比较成熟非破坏性检测技术和方法，科学地划分木材腐朽等级，确定各个腐朽等级木材的残余力学强度，并对其进行安全性评价，能够为木结构古建筑维修方案的制定和设计，以及施工中确定是否维修或更换木构件等提供科学依据。目前世界各国对木材腐朽状况评价还没有制定相应的标准。我国目前木结构材质状况勘查参考的是《木材天然耐久性试验方法》国家标准，2008年我国制定了《古建筑木构件木材内部腐朽与残余弹性模量应力波无损检测测试规程》，但没有制定木材腐朽状况评价的相关标准。民用建筑中以木结构建筑为主的日本对木材腐朽状况评价有相应的等级标准，但还没有形成标准。木材工业研究所2005年开始开展“古建筑木结构材腐朽等级划分及其力学强度衰减研究”项目的研究工作，根据项目要求对故宫古建筑使用的落叶松、软木松、云杉等旧木材的腐朽状况进行了勘查，并对替换下来的部分腐朽的旧木材进行了目视腐朽等级划分，并加工出各个腐朽等级的密度、抗弯强度和抗压强度试件，实测了各个腐朽等级木材的物理力学性质，同时采用皮螺钉、阻力仪和FFT等3种非破坏性检测技术做了相应的测试和分析，取得了大量的试验数据。其中部分数据经过整理已经在《北京林业大学学报》、《林业科学》等核心刊物发表或投稿。这些研究成果为本项目的实施奠定了良好的基础。三、标准编制的基本原则1、本标准为技术性规范，规定了木材腐朽状况非破坏性检测评价方法和腐朽分级标准；2、本标准适用于古建筑木结构维护与修缮过程中木材及木构件的材质状况检测及木材物理力学性能评价；3、确定腐朽等级划分标准，在不破坏原有古建筑木结构的前提下，运用本标准所规定的方法、步骤和腐朽分级标准对古建筑木构件的材质状况进行评估，为古建筑木构件的加固或更换，以及古建筑木结构勘察和维护方案的制定提供依据；4、采用目测、皮罗钉检测、阻力仪检测和生长锥取样检测相结合的方法，对木构件进行全面综合的检测和分析，以确保非破坏性检测结果的准确、可靠。四、制定本标准的技术内容的说明1、规范性引用文件：在进行古建筑木构件非破坏性检测和评价过程中，需要使用木材腐朽术语，本标准引用了木材防腐术语的国家标准。2、基本原则：（1）在不破坏原有古建筑木结构的前提下，通过检测和分析木构件的物理力学性能，对木构件的材质状况进行评估，为古建筑维护和修缮方案的制定提供准确可靠的依据是制定本标准的最终目的；（2）本标准规定了木材腐朽状况检测评价方法及分级标准，旨在推动和促进古建筑木构件材质状况评价的标准化，以保证木结构建筑维修方案制定有科学准确的数据支持；（3）本标准采用目测、皮罗钉检测、阻力仪检测和生长锥取样检测相结合的方法，在确保检测数据准确可靠的前提下，做到操作方法简便易行，易于推广。3