無損檢測技術(shù)在木材保護(hù)中的應(yīng)用

木材是天然生長的植物材料，與各向同性材料如金屬、玻璃、塑料、陶瓷制品等有著巨大的不同，具有形狀不規(guī)則性及變異性和各向異性的特點(diǎn)，因而對木材及其制品的無損檢測有其獨(dú)特性，也有著許多困難。盡管如此，木材無損檢測技術(shù)經(jīng)過40多年的發(fā)展，已取得很大的成就，在木材分等、木材水分測定、干燥控制、溫濕度測定、強(qiáng)度與彈性模量、木材缺陷的檢測等方面得到了廣泛的應(yīng)用[1-5]。為提高我國木材保護(hù)技術(shù)水平，本文對無損檢測技術(shù)在木材保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1.無損檢測在木材保護(hù)中的主要用途

1.1 木材含水率無損檢測

木材含水率是影響與決定木材使用的重要指標(biāo)，對古建筑木構(gòu)件，含水率更具有重要意義。一般地，木構(gòu)件含水含水率過高，則意味著古建筑木構(gòu)件發(fā)生病蟲害的可能性增大，必須引起重視[2，8]。

常用的木材含水率無損檢測儀器有根據(jù)直流電、高頻電流、介電常數(shù)、微波、紅外線等原理開發(fā)制造的儀器，這些設(shè)備目前國內(nèi)外產(chǎn)品種類較多，其中國內(nèi)產(chǎn)儀器價(jià)格較便宜。

1.2 古建筑木結(jié)構(gòu)部件的現(xiàn)場檢測

古建筑木結(jié)構(gòu)維修和保護(hù)，不能破壞原有木構(gòu)件，就需要采用無損檢測技術(shù)對其木結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行評價(jià)，通過無損檢測為在維修前進(jìn)行設(shè)計(jì)與確定維修或更換木構(gòu)件等工作，提供有力的證據(jù)。這也是無損檢測的一個(gè)重要應(yīng)用，主要檢測木構(gòu)件的殘余強(qiáng)度和木構(gòu)件內(nèi)部缺陷，為木結(jié)構(gòu)建筑的可靠性、安全性和使用壽命做出評價(jià)[2-8]。

1.3 古樹名木的健康狀況評價(jià)

古樹名木不僅是重要的自然資源和景觀，也已成為重要的文化遺產(chǎn)，得到世界各國政府的重視與保護(hù)。為加強(qiáng)古樹名木的保護(hù)，必須對古樹內(nèi)部缺陷在不破壞其生長和引起新的災(zāi)害的條件下進(jìn)行檢測，這就需要應(yīng)用無損檢測技術(shù)，這也是目前美國、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家對城市樹木進(jìn)行保護(hù)必須采用的重要技術(shù)[11]。

2. 木材保護(hù)中常用的無損檢測技術(shù)

2.1肉眼觀察[9]

最簡單和最古老至今仍在使用的無損檢測方法就是肉眼觀察，可幫助對無損檢測結(jié)果進(jìn)行判別和驗(yàn)證。如對產(chǎn)品和組成成分的變化等需要做出判斷時(shí)，就需要肉眼觀察和識別，采用的辦法包括對破裂碎片、機(jī)械破壞、后期腐朽和嚴(yán)重的蟲蛀等情況的進(jìn)行仔細(xì)觀察和分析。根據(jù)肉眼觀察判斷的結(jié)果確定檢測部件或產(chǎn)品的優(yōu)劣與是否合格或淘汰。

2.2 近似無損檢測的辦法[8-9]

近似無損檢測的方法常和肉眼觀察聯(lián)合使用。這些方法包括：

① 用錘子敲擊來判斷柱子或原木有無空洞或腐朽;

② 用刀子刮樹皮，檢查木材表面硬度，根據(jù)硬度的大小初步判斷腐朽程度;

③ 鉆取木芯來檢測木材內(nèi)部的腐朽;

④ 使用木材阻力測定儀(如阻抗圖波儀)測定木材內(nèi)部腐朽。

采用近似無損檢測方法可以幫助肉眼觀察獲得更多的信息，如用生長錐木芯可以判斷腐朽深度和大小。{nextpage}

目前我國古建筑維修和古樹保護(hù)中，主要采用肉眼觀察和用錘子敲擊來判斷木結(jié)構(gòu)部件有無空洞或腐朽，然后確定這些木構(gòu)件是否更換。

2.3 聲應(yīng)力波[3-9]

聲應(yīng)力波是最常用的古建筑木結(jié)構(gòu)安全評價(jià)的無損檢測方法。聲應(yīng)力波是通過沖擊或用給定的應(yīng)力使其產(chǎn)生振動，但目前主要采用的是沖擊產(chǎn)生振動的方法。

聲應(yīng)力波方法常采用測定聲傳播速度或測定振動波譜的方法來進(jìn)行分析。

對木構(gòu)件常用測定聲速來計(jì)算木構(gòu)件的殘余動彈性模量，因?yàn)槁曀贉y定簡便易行，其計(jì)算公式為：

E=DV2

其中E--是木材動彈性模量;D--木材密度; V--聲應(yīng)力波速度

利用應(yīng)力波測定殘余動彈性模量需要檢測木材密度，而密度測定必須在現(xiàn)場采樣，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定。

當(dāng)木材發(fā)生腐朽或蟲蛀時(shí)，垂直于木材紋理方向的傳播速度急速增加。一般地，當(dāng)應(yīng)力波傳播速度增加30%時(shí)，就意味著木材強(qiáng)度損失已達(dá)到50%;當(dāng)應(yīng)力波傳播速度增加50%時(shí)，就意味著木材遭到了嚴(yán)重?fù)p害;橫向(徑向或弦向)是探測腐朽的最佳途徑。

1. 健康材應(yīng)力波的傳播速度是進(jìn)行無損檢測判斷分析木材是否腐朽以及縱向傳播速度的重要依據(jù)和參考，部分樹種的應(yīng)力波傳播速度如表1所示。