古建筑木构件腐朽的非破坏性检测方法及分级.docx

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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

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来源：

木材标准化技术委员会　发布人：

侯建筠　日期：

2011-3-17

ICS79.

B

LY

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　范畴

本标准规定了古建筑木构件腐朽状况非破坏性检测评判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判。

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担荷载的结构。

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

在不破坏木材的情形下，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定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，判定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定腐朽的程度和范畴，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范畴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

第一目测判定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畴，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，在目视判定有腐朽的情形下，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

经阻力仪检测后发觉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　运算

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运算打入深度增加率，按式

（1）运算，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运算阻力值的减低率，按式

（2）运算，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畴分别为：

（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

0

0

1

表面有可见的轻微腐朽

0＜P≤25

0＜R≤15

2

表面有较明显的腐朽

25＜P≤60

15＜R≤25

3

表面有严重的腐朽

60＜P≤90

25＜R≤35

4

木材腐朽至损毁程度

P＞90

R＞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：

木构件名称

木构件编号

直径

（cm）

检测部位（距地面或端头）

腐朽范畴

皮罗钉打入深度（mm）

阻力值记录编号

照相时间

备注

长度

宽度

（cm）

（cm）

（cm）

1

2

3

    ——————————————————

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、工作情形

《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判新技术研究”（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判方法，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批阅，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、腐朽及虫蛀情形，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宝贵的历史文化遗产，受到国家重点保护。

目前在这些木结构古建筑修理与保护过程中，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修理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判。

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判，能够为木结构古建筑修理方案的制定和设计，以及施工中确定是否修理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判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判的相关标准。

民用建筑中以木结构建筑为主的日本对木材腐朽状况评判有相应的等级标准，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判方法和腐朽分级标准；

2、本标准适用于古建筑木结构保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判；

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保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判过程中，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，为古建筑保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判方法及分级标准，旨在推动和促进古建筑木构件材质状况评判的标准化，以保证木结构建筑修理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、木材腐朽状况检测

在不破坏原有古建筑木结构的前提下，采用目测、锥扎检测、皮罗钉检测、阻力仪检测和生长锥取样检测相结合的方法，以保证检测结果准确可靠。

目测和锥扎方法是最古老、传统的检测方法，检测人员要一定的体会才能做到检测准确。

本标准在传统的方法的基础上，采用了操作简便、准确性高的皮罗钉和阻力仪检测，提高了检测结果的准确性。

对确实难以判定的木构件，又增加了生长锥取样检测的方法，保证了检测结果准确可靠。

4、木材腐朽分级标准

目前国内外还没有木材腐朽分级的国际标准、国家标准和行业标准，在实际检测时，日本的一些国立研究所有内部使用的标准，但并没有正式颁布使用。

我国在进行木结构建筑木构件材质状况评判时，参考使用木材耐久性评判标准中的等级划分，但耐久性与现有木材的材质状况评判是完全不同的两种概念，因此必须根据古建筑木结构勘查的实际情形，制定相应的分级标准，才能做到材质状况的准确评判。

本标准根据前期研究结果及多年进行古建筑材质状况勘查的结果，以皮罗钉打入深度、阻力仪贯入深度与木材密度及木材抗弯强度和抗弯弹性模量之间的显著相关关系（表1-4，图1-2）为依据，对木材腐朽状况进行分级。

分级标准中包含了目视状态、皮罗钉贯入深度变化率和阻力值变化率等内容。

同时提出了腐朽木材密度、抗弯强度、横纹抗压强度残余百分比的参考值，作为古建筑木构件及木材性能评判的参考。

表1 不同腐朽等级落叶松木材的密度及皮罗钉打入深度

Tab.1 DensityandPilodynpenetrationdepthofLarixsp.atdifferentdecaylevels

腐朽等级

Decaylevel

密度Density

径向打入深度

Radialpenetrationdepth

弦向打入深度

Tangentialpenetrationdepth

平均值

mean/g/cm3

变异系数

CV/%

平均值

mean/mm

变异系数

CV/%

平均值

mean/mm

变异系数

CV/%

0

0.54（21）

10.18

13.37（21）

13.40

12.62（21）

16.16

1

0.53（23）

10.39

16.13（25）

13.77

14.50（26）

14.30

2

0.49（49）

8.32

19.13（50）

17.95

18.54（50）

14.28

3

0.45（21）

9.15

23.26（22）

20.24

22.07（22）

14.31

4

0.44（11）

9.78

28.11（16）

23.24

28.01（16）

19.04

F值

14.58**,n=125

44.88**,n=134

75.94**,n=135

**：

P<0.01.Valuein（）arethenumberofsamples.

表2 不同腐朽等级软木松木材的密度及皮罗钉打入深度

Tab.2 DensityandPilodynpenetrationdepthofPinussp.atdifferentdecaylevels

腐朽等级

Decaylevel

密度Density

径向打入深度

Radialpenetrationdepth

弦向打入深度

Tangentialpenetrationdepth

平均值

mean/g/cm3

变异系数

CV/%

平均值

mean/mm

变异系数

CV/%

平均值

mean/mm

变异系数

CV/%

0

0.46（20）

8.35

12.98（20）

12.08

11.45（20）

12.82

1

0.43（22）

10.18

15.03（22）

16.78

14.15（22）

10.80

2

0.40（14）

12.53

17.19（14）

15.93

15.87（15）

16.46

3

0.37（3）

5.35

22.20（5）

30.75

20.72（6）

22.55

4

0.36

（1）

-

27.80

（1）

-

27.00

（1）

-

F值

6.90**,n=60

16.76**,n=62

30.29**,n=64

**：

P<0.01.Valuein（）arethenumberofsamples.

图1 不同腐朽等级木材的密度及皮罗钉打入深度的变化

Fig.1VariationrateofdensityandPilodynpenetrationdepthatdifferentdecaylevels

图2 皮罗钉打入深度与木材密度间的回来分析结果

Fig.2RegressionanalysisbetweendensityandPilodynpenetrationdepth

**：

P<0.01。

表3  各腐朽等级木材的物理力学性质指标

Tab.3 indexofphysico-mechanicalpropertiesatdifferentdecaylevels

腐朽等级

样本数

气干密度

抗弯强度

顺纹抗压强度

平均值/g·cm-3

变异系数/％

平均值/Mpa

变异系数/％

平均值/Mpa

变异系数/％

0

8

0.528

9.78

90.74

17.38

45.54

17.88

1

9

0.494

8.80

60.70

32.21

34.52

14.97

2

9

0.450

8.66

33.83

32.09

26.91

22.12

3

17

0.404

7.75

21.84

39.25

19.30

30.41

4

7

-

-

-

-

-

-

表4 各腐朽等级木材的阻力仪检测值

Tab.4 Resistancevaluesatdifferentdecaylevels

腐朽等级

平均值

波峰值

波谷值

平均值/Resi

变异系数/％

平均值/Resi

变异系数/％

平均值/Resi

变异系数/％

0

205.49

17.47

248.58

17.05

170.72

16.70

1

184.45

14.88

228.50

15.35

148.62

16.54

2

168.08

15.13

215.69

15.73

134.27

17.89

3

146.49

20.86

187.45

19.87

122.42

21.69

4

92.98

33.69

123.30

35.78

78.76

37.21

图3   各腐朽等级木材的阻力仪检测值的残存率

Fig.3 Remainingvaluepercentageofresistancevaluesatdifferentdecaylevels

图4   各腐朽等级木材物理力学性质的残存率

Fig.4Remainingvaluepercentageofpropertiesatdifferentdecaylevels

5、参照国内外文献情形

表1除了在进行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判新技术研究”（编号：

2004DIB5J187）时测定的一部分数据外，还参考了以下文献：

AnthonyRWandBodigJ.Nondestructiveevaluationoftimberstructuresforreliableperformance[C].Auckland,NewZealand,ProceedingsofthesecondPacificTimberEngineeringConference,1989,Aug.28-31.

CostelloLRandQuarlesSL.Detectionofwooddecayinbluegumandelm:

Anevaluationoftheresistographa®andtheportabledrill[J].JournalofArboriculture，1999，25（6）:

331-337.

EmersonR,PollockD,McleanD,etal.2002.Ultra