文章詳情
無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在木材保護(hù)中的應(yīng)用
日期：2024-09-20 04:00
瀏覽次數(shù)：2577
摘要：
摘要：古建筑木結(jié)構(gòu)和古樹(shù)名木的保護(hù)是木材保護(hù)的重要內(nèi)容，也是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。本文著重論述了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在木材保護(hù)中的主要用途以及主要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，還介紹了國(guó)內(nèi)外木材保護(hù)常用的無(wú)損檢測(cè)儀器，為無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)木材保護(hù)中的應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)，古樹(shù)，木材保護(hù)
**作者：段新芳（1965-），男，中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所副研究員，博士。
Review of application of NDETechnology into Wood Preservation
Duan Xinfang Li Yudong Wang Ping
(Research Institute of WoodIndustry,Chinese Academy of Forestry,100091)
Abstract : Preservation of ancient wood structure and old tree is the important content ofwood preservation and also one application field of the nondestructive evaluation(NDE) technology. In order to enhancethe application of NDE technology into evaluation of safety ofancient wood structure and health situation of old tree in China,this paper mainly discuss the major uses , common techniques and equipment of NDE used in woodpreservation.
Keywords: Non destructive evaluation,old trees， wood preservation
無(wú)損檢測(cè)（Non Destructive Testing 或 NonDestructive Evaluation，簡(jiǎn)稱NDT或NDE），又稱非破壞性檢測(cè)，是利用材料的不同物理力學(xué)或化學(xué)性質(zhì)在不破壞目標(biāo)物體內(nèi)部及外觀結(jié)構(gòu)與特性的前提下，對(duì)目標(biāo)物體相關(guān)特性（如形狀、位移、應(yīng)力、光學(xué)特性、流體性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等）進(jìn)行測(cè)試與檢驗(yàn)，尤其是對(duì)各種缺陷的測(cè)量[1]。無(wú)損檢測(cè)的**特點(diǎn)是既不破壞材料的原有特性，而且能在短時(shí)間內(nèi)獲得期望的結(jié)果，以便操作人員迅速作出判斷，有利于連續(xù)生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率，還有利于作出正確的決策。
木材是天然生長(zhǎng)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(duì)木材及其制品的無(wú)損檢測(cè)有其獨(dú)特性，也有著許多困難。盡管如此，木材無(wú)損檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)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(cè)定、干燥控制、溫濕度測(cè)定、強(qiáng)度與彈性模量、木材缺陷的檢測(cè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用[1-5]。為提高我國(guó)木材保護(hù)技術(shù)水平，本文對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在木材保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
1. 無(wú)損檢測(cè)在木材保護(hù)中的主要用途
1.1 木材含水率無(wú)損檢測(cè)
木材含水率是影響與決定木材使用的重要指標(biāo)，對(duì)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(guò)高，則意味著古建筑木構(gòu)件發(fā)生病蟲(chóng)害的可能性增大，必須引起重視[2，8]。
常用的木材含水率無(wú)損檢測(cè)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(kāi)發(fā)制造的儀器，這些設(shè)備目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品種類較多，其中國(guó)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(chǎng)檢測(cè)
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(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)其木結(jié)構(gòu)**進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)的一個(gè)重要應(yīng)用，主要檢測(cè)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、**性和使用壽命做出評(píng)價(jià)[2-8]。
1.3 古樹(shù)名木的健康狀況評(píng)價(jià)
古樹(shù)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(guó)政府的重視與保護(hù)。為加強(qiáng)古樹(shù)名木的保護(hù)，必須對(duì)古樹(shù)內(nèi)部缺陷在不破壞其生長(zhǎng)和引起新的災(zāi)害的條件下進(jìn)行檢測(cè)，這就需要應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，這也是目前美國(guó)、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)城市樹(shù)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)
2.1肉眼觀察[9]
*簡(jiǎn)單和*古老至今仍在使用的無(wú)損檢測(cè)方法就是肉眼觀察，可幫助對(duì)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判別和驗(yàn)證。如對(duì)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(shí)別，采用的辦法包括對(duì)破裂碎片、機(jī)械破壞、后期腐朽和嚴(yán)重的蟲(chóng)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(cè)部件或產(chǎn)品的優(yōu)劣與是否合格或淘汰。
2.2 近似無(wú)損檢測(cè)的辦法[8-9]
近似無(wú)損檢測(cè)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(lái)判斷柱子或原木有無(wú)空洞或腐朽；
②用刀子刮樹(shù)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(lái)檢測(cè)木材內(nèi)部的腐朽；
④使用木材阻力測(cè)定儀（如阻抗圖波儀）測(cè)定木材內(nèi)部腐朽。
采用近似無(wú)損檢測(cè)方法可以幫助肉眼觀察獲得更多的信息，如用生長(zhǎng)錐木芯可以判斷腐朽深度和大小。
目前我國(guó)古建筑維修和古樹(shù)保護(hù)中，主要采用肉眼觀察和用錘子敲擊來(lái)判斷木結(jié)構(gòu)部件有無(wú)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*常用的古建筑木結(jié)構(gòu)**評(píng)價(jià)的無(wú)損檢測(cè)方法。聲應(yīng)力波是通過(guò)沖擊或用給定的應(yīng)力使其產(chǎn)生振動(dòng)，但目前主要采用的是沖擊產(chǎn)生振動(dòng)的方法。
聲應(yīng)力波方法常采用測(cè)定聲傳播速度或測(cè)定振動(dòng)波譜的方法來(lái)進(jìn)行分析。
對(duì)木構(gòu)件常用測(cè)定聲速來(lái)計(jì)算木構(gòu)件的殘余動(dòng)彈性模量，因?yàn)槁曀贉y(cè)定簡(jiǎn)便易行，其計(jì)算公式為：
E=DV2
其中E——是木材動(dòng)彈性模量；D——木材密度； V——聲應(yīng)力波速度
利用應(yīng)力波測(cè)定殘余動(dòng)彈性模量需要檢測(cè)木材密度，而密度測(cè)定必須在現(xiàn)場(chǎng)采樣，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定。
當(dāng)木材發(fā)生腐朽或蟲(chóng)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(cè)腐朽的*佳途徑。
健康材應(yīng)力波的傳播速度是進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)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(shù)種的應(yīng)力波傳播速度如表1所示。
還可以選擇測(cè)定聲應(yīng)力波振動(dòng)波譜的的方法，基本能克服檢測(cè)傳播速度帶來(lái)的缺點(diǎn)，這是因?yàn)椋郝晳?yīng)力波波譜能提供被檢測(cè)材料所有的條件和特征，還可以從其波譜中選取多個(gè)變量，如**能量、主頻率、頻率位移等，以及多個(gè)無(wú)損檢測(cè)參數(shù)可提供同破壞性質(zhì)相關(guān)的相關(guān)聯(lián)系；還可選擇與環(huán)境關(guān)系（溫度、水分、邊界條件）不大的變量進(jìn)行檢測(cè)。
為此在進(jìn)行應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)時(shí)，**選擇聲應(yīng)力波振動(dòng)波譜分析的應(yīng)力波檢測(cè)儀，如果采用測(cè)定聲傳播速度檢測(cè)方法的儀器，應(yīng)采用相應(yīng)的方法彌補(bǔ)測(cè)定儀器帶來(lái)的不便。
2.4 超聲（應(yīng)力）波[8-9]
超聲應(yīng)力波同聲應(yīng)力波方法基本相同，主要不同在于超聲波應(yīng)用的頻率超過(guò)20kHz。
超聲波測(cè)定的原理分為穿透應(yīng)力波系統(tǒng)和脈沖-反應(yīng)系統(tǒng)兩種，現(xiàn)有設(shè)備也是按照這兩種原理設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的。穿透應(yīng)力波系統(tǒng)是指超聲波沿被檢測(cè)木材的厚度方向傳播，而被檢測(cè)的木材的聲波特性就在另一邊被記錄下來(lái)；而脈沖-反應(yīng)系統(tǒng)是指測(cè)定記錄被傳播到材料內(nèi)部表面的回聲波的特征，可以測(cè)定木材腐朽深度等。
2.5 其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[9]
①電學(xué)方法：利用木材電阻和木材含水率的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，可以測(cè)定木材含水率。還可以利用木材電阻特征在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)木材腐朽。
②γ射線：利用γ射線可以定量化探測(cè)木材內(nèi)部腐朽程度，也可以定量測(cè)定防腐劑痕量元素在木材中的分布。這種檢測(cè)方法的不利因素是要用到放射性元素。
③X-射線：這是實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線上常用的一種方法，主要用于檢測(cè)木材內(nèi)部腐朽、木材微密度測(cè)定、木材節(jié)疤等的檢測(cè)等，如常見(jiàn)的軟X射線木材微密度測(cè)定儀、X-射線木材缺陷檢測(cè)系統(tǒng)等。
3. 木材保護(hù)中常用的無(wú)損檢測(cè)儀器
木材保護(hù)中常用的無(wú)損檢測(cè)儀器有：含水率測(cè)定儀、木材阻抗測(cè)定儀、應(yīng)力波測(cè)定儀、超聲波測(cè)定儀器等。其中含水率測(cè)定儀目前應(yīng)用很多，這里不作介紹，而對(duì)其它的儀器作重點(diǎn)介紹。
3.1木材阻抗測(cè)定儀—Resistograph（阻抗圖波儀）和SIBTEC microProbe[11]
木材阻抗測(cè)定儀的原理是采用一個(gè)直徑1毫米或稍大一點(diǎn)的小鉆針，在通電情況下，使用均勻速度加力使小鉆針穿入木材內(nèi)部，測(cè)定儀就采用攜帶的記錄紙或計(jì)算機(jī)磁盤記錄小鉆針根據(jù)木材密度分布不同而產(chǎn)生的阻力曲線，其中阻力大小和進(jìn)入深度直接相關(guān)。根據(jù)阻抗曲線可以判斷木材內(nèi)部具體部位的早晚材密度、應(yīng)力木、年輪密度以及空洞、腐朽等情況，為判斷木材內(nèi)部腐朽、蟲(chóng)蛀、白蟻危害程度提供有效可靠的依據(jù)。
木材阻抗測(cè)定儀是一類近似無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，主要用于木結(jié)構(gòu)、木橋、電線桿、地板和樹(shù)木等的腐朽與蟲(chóng)蛀、白蟻危害、空洞、應(yīng)力木等的探測(cè)，在美國(guó)、歐洲、日本和我國(guó)臺(tái)灣在古建筑木結(jié)構(gòu)維修前對(duì)木結(jié)構(gòu)**評(píng)價(jià)常用的儀器為阻抗圖波儀（Resistograph），利用該設(shè)備可快速獲得對(duì)被檢測(cè)建筑木構(gòu)件、活立木或木材內(nèi)部缺陷結(jié)果，可以迅速確定是否更換被測(cè)木構(gòu)件。市場(chǎng)前景很好，但阻抗圖波儀價(jià)格不菲。
目前木材阻抗測(cè)定儀有由總部設(shè)在美國(guó)的德國(guó)Frank Rinn,IML公司生產(chǎn)的Resistograph和由英國(guó)Sibert Technology Limited公司生產(chǎn)的SIBTECmicroProbe兩***。其中Resistograph是1994年就開(kāi)始生產(chǎn)的產(chǎn)品，其小鉆針直徑為1.5毫米-3毫米，鉆取深度可長(zhǎng)達(dá)1.5米；而microProbe直徑為1.0毫米，鉆取深度可長(zhǎng)達(dá)1.5米。
Resistograph種類較多，儀器型號(hào)有：IML-ResiF300S， IML-Resi F400S， IML-Resi F500S，IML-ResiF150SDUO多種系列產(chǎn)品，其中IML-Resi F400S 銷售**，可用于柱材、梁和樹(shù)木的檢測(cè)；而IML-ResiF150S系列產(chǎn)品可以檢測(cè)白蟻危害。有關(guān)信息可訪問(wèn)其公司網(wǎng)址：http://www.imlusa.com/；而SIBTEC microProbe測(cè)定儀，產(chǎn)品價(jià)格比Resistograph產(chǎn)品便宜。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)為DigitalmicroProbe，有計(jì)算機(jī)接口，還帶有野外用的打印機(jī)。公司網(wǎng)址：http://www.sibtec.com/.
3.2 應(yīng)力波測(cè)定儀
應(yīng)力波測(cè)定儀有很多種，如德國(guó)Frank Rinn,IML公司生產(chǎn)的電子錘(Electronic Hammer)和ARBOTOM，美國(guó)生產(chǎn)的JAMES-V應(yīng)力波測(cè)定儀、匈牙利的Fakopp,德國(guó)產(chǎn) PICUS sonictomograph等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本都是以測(cè)定應(yīng)力波傳播時(shí)間為原理的儀器。
電子錘(Electronic Hammer)和匈牙利產(chǎn)的Fakopp測(cè)定儀,可以用于木材和樹(shù)木的檢測(cè)；而德國(guó)產(chǎn)的PICUS sonic tomograph和ARBOTOM是具有多通道的應(yīng)力波測(cè)定儀，可以獲得樹(shù)木橫切面內(nèi)部的二維或三維圖像，如前者具有13個(gè)通道。這很容易從圖像中發(fā)現(xiàn)木材內(nèi)部健康與腐朽情況以及腐朽的程度大小，因而在古樹(shù)名木的健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛。
目前臺(tái)灣使用超聲波或應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)古建筑木構(gòu)件強(qiáng)度與腐朽程度，進(jìn)行古建筑維修前與維修后木構(gòu)件**的評(píng)價(jià)。
3.3 超聲波測(cè)定儀
超聲波測(cè)定儀目前常見(jiàn)的有瑞士生產(chǎn)的SYLVATEST和PUNDIT（Portable Ultrasonic Non-destructive Digital IndicatingTester），都可以對(duì)木材內(nèi)部腐朽進(jìn)行檢測(cè)，也可以對(duì)活立木材質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中SYLVATEST 體積較小，便于野外使用。
3.4 Pilodyn
這是丹麥一個(gè)公司研制生產(chǎn)的原本專門用于進(jìn)行電桿**檢測(cè)的一種無(wú)損檢測(cè)儀器，目前已經(jīng)廣泛用于古建筑木結(jié)構(gòu)和古木保護(hù)的檢測(cè)中。
測(cè)定原理是以預(yù)先設(shè)定好的能量，將一個(gè)鋼釘射入到木材中，釘子射入的深度就是檢測(cè)的結(jié)果，這與木材密度密切相關(guān)。木材密度大，則射入深度淺，反之，射入深度大。通過(guò)測(cè)定木構(gòu)件表面硬度，確定木材表層一定深度是否產(chǎn)生缺陷或木材是否發(fā)生腐朽。我國(guó)目前也有在古建筑維修中應(yīng)用該儀器的報(bào)道。缺陷是只能用于木材表面特性檢測(cè)。
參考文獻(xiàn)
1.李堅(jiān). 木材科學(xué)新篇。東北林業(yè)大學(xué)出版社，1993
2.王平，姜笑梅，秦特夫. 木材防腐技術(shù)在山海關(guān)鎮(zhèn)東樓木結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用.木材工業(yè)，2000，14（4）：33-35
3.黃彥三，陳欣欣，張金成等.超音波應(yīng)用于木麻黃立木樹(shù)干心腐之探測(cè)。中華林學(xué)季刊。1997，30（4）：445-450
4.陳載永，葉政翰，鐘建有.木材長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)力波傳遞速度與振動(dòng)頻率之影響。中華林學(xué)季刊，1997，30（2）：195-201
5.祖父江信夫.木材の非破壞檢查.木材學(xué)會(huì)志，1993，39（9）：973-979
6.N. Macchioni. Inspectiontechniques for ancient wood structures. In: Structural analysis ofhistorical constructions II. Eds. By P. Roca,J.L.Gonzalez,etc. CIMNE,Barcelona,1998,149-162
7.F. Divos, Tanaka,T. 1997, Lubmerstrength estimation by muliple regression . Holzforschung,51:467-471
8. Ross,R.J. ,Pellerin, R.F. 1991Nondestructive testing of assessing wood members instructures. USDA,Forest Products Laboratory,FPL-GTR-70
9.Jozef Bodig. The process of NDEresearch for wood and wood composites . NDT.net,2001,6(3)
10.Tanaka,T,divos,F and Fazan,T. 1998,Nondestructive Evaluation of residual Bending strength of wood withartificial defects by stress wave,Proce of the 11th InternationalSypm. On Nondestructive Testing of wood,Madison,WI, USA
11.Paul Dykema TheResistograph. City Trees,2001,37(1):
上海高致精密儀器有限公司無(wú)損檢測(cè)事業(yè)部
轉(zhuǎn)載http://www.cngcjc.com/ndt_lw/lw_list_nr.php?id=113
關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)，古樹(shù)，木材保護(hù)
**作者：段新芳（1965-），男，中國(guó)林科院木材工業(yè)研究所副研究員，博士。
Review of application of NDETechnology into Wood Preservation
Duan Xinfang Li Yudong Wang Ping
(Research Institute of WoodIndustry,Chinese Academy of Forestry,100091)
Abstract : Preservation of ancient wood structure and old tree is the important content ofwood preservation and also one application field of the nondestructive evaluation(NDE) technology. In order to enhancethe application of NDE technology into evaluation of safety ofancient wood structure and health situation of old tree in China,this paper mainly discuss the major uses , common techniques and equipment of NDE used in woodpreservation.
Keywords: Non destructive evaluation,old trees， wood preservation
無(wú)損檢測(cè)（Non Destructive Testing 或 NonDestructive Evaluation，簡(jiǎn)稱NDT或NDE），又稱非破壞性檢測(cè)，是利用材料的不同物理力學(xué)或化學(xué)性質(zhì)在不破壞目標(biāo)物體內(nèi)部及外觀結(jié)構(gòu)與特性的前提下，對(duì)目標(biāo)物體相關(guān)特性（如形狀、位移、應(yīng)力、光學(xué)特性、流體性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等）進(jìn)行測(cè)試與檢驗(yàn)，尤其是對(duì)各種缺陷的測(cè)量[1]。無(wú)損檢測(cè)的**特點(diǎn)是既不破壞材料的原有特性，而且能在短時(shí)間內(nèi)獲得期望的結(jié)果，以便操作人員迅速作出判斷，有利于連續(xù)生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率，還有利于作出正確的決策。
木材是天然生長(zhǎng)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(duì)木材及其制品的無(wú)損檢測(cè)有其獨(dú)特性，也有著許多困難。盡管如此，木材無(wú)損檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)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(cè)定、干燥控制、溫濕度測(cè)定、強(qiáng)度與彈性模量、木材缺陷的檢測(cè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用[1-5]。為提高我國(guó)木材保護(hù)技術(shù)水平，本文對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在木材保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
1. 無(wú)損檢測(cè)在木材保護(hù)中的主要用途
1.1 木材含水率無(wú)損檢測(cè)
木材含水率是影響與決定木材使用的重要指標(biāo)，對(duì)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(guò)高，則意味著古建筑木構(gòu)件發(fā)生病蟲(chóng)害的可能性增大，必須引起重視[2，8]。
常用的木材含水率無(wú)損檢測(cè)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(kāi)發(fā)制造的儀器，這些設(shè)備目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品種類較多，其中國(guó)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(chǎng)檢測(cè)
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(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)其木結(jié)構(gòu)**進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)的一個(gè)重要應(yīng)用，主要檢測(cè)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、**性和使用壽命做出評(píng)價(jià)[2-8]。
1.3 古樹(shù)名木的健康狀況評(píng)價(jià)
古樹(shù)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(guó)政府的重視與保護(hù)。為加強(qiáng)古樹(shù)名木的保護(hù)，必須對(duì)古樹(shù)內(nèi)部缺陷在不破壞其生長(zhǎng)和引起新的災(zāi)害的條件下進(jìn)行檢測(cè)，這就需要應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，這也是目前美國(guó)、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)城市樹(shù)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(wú)損檢測(cè)技術(shù)
2.1肉眼觀察[9]
*簡(jiǎn)單和*古老至今仍在使用的無(wú)損檢測(cè)方法就是肉眼觀察，可幫助對(duì)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判別和驗(yàn)證。如對(duì)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(shí)別，采用的辦法包括對(duì)破裂碎片、機(jī)械破壞、后期腐朽和嚴(yán)重的蟲(chóng)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(cè)部件或產(chǎn)品的優(yōu)劣與是否合格或淘汰。
2.2 近似無(wú)損檢測(cè)的辦法[8-9]
近似無(wú)損檢測(cè)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(lái)判斷柱子或原木有無(wú)空洞或腐朽；
②用刀子刮樹(shù)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(lái)檢測(cè)木材內(nèi)部的腐朽；
④使用木材阻力測(cè)定儀（如阻抗圖波儀）測(cè)定木材內(nèi)部腐朽。
采用近似無(wú)損檢測(cè)方法可以幫助肉眼觀察獲得更多的信息，如用生長(zhǎng)錐木芯可以判斷腐朽深度和大小。
目前我國(guó)古建筑維修和古樹(shù)保護(hù)中，主要采用肉眼觀察和用錘子敲擊來(lái)判斷木結(jié)構(gòu)部件有無(wú)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*常用的古建筑木結(jié)構(gòu)**評(píng)價(jià)的無(wú)損檢測(cè)方法。聲應(yīng)力波是通過(guò)沖擊或用給定的應(yīng)力使其產(chǎn)生振動(dòng)，但目前主要采用的是沖擊產(chǎn)生振動(dòng)的方法。
聲應(yīng)力波方法常采用測(cè)定聲傳播速度或測(cè)定振動(dòng)波譜的方法來(lái)進(jìn)行分析。
對(duì)木構(gòu)件常用測(cè)定聲速來(lái)計(jì)算木構(gòu)件的殘余動(dòng)彈性模量，因?yàn)槁曀贉y(cè)定簡(jiǎn)便易行，其計(jì)算公式為：
E=DV2
其中E——是木材動(dòng)彈性模量；D——木材密度； V——聲應(yīng)力波速度
利用應(yīng)力波測(cè)定殘余動(dòng)彈性模量需要檢測(cè)木材密度，而密度測(cè)定必須在現(xiàn)場(chǎng)采樣，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定。
當(dāng)木材發(fā)生腐朽或蟲(chóng)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(cè)腐朽的*佳途徑。
健康材應(yīng)力波的傳播速度是進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)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(shù)種的應(yīng)力波傳播速度如表1所示。
還可以選擇測(cè)定聲應(yīng)力波振動(dòng)波譜的的方法，基本能克服檢測(cè)傳播速度帶來(lái)的缺點(diǎn)，這是因?yàn)椋郝晳?yīng)力波波譜能提供被檢測(cè)材料所有的條件和特征，還可以從其波譜中選取多個(gè)變量，如**能量、主頻率、頻率位移等，以及多個(gè)無(wú)損檢測(cè)參數(shù)可提供同破壞性質(zhì)相關(guān)的相關(guān)聯(lián)系；還可選擇與環(huán)境關(guān)系（溫度、水分、邊界條件）不大的變量進(jìn)行檢測(cè)。
為此在進(jìn)行應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)時(shí)，**選擇聲應(yīng)力波振動(dòng)波譜分析的應(yīng)力波檢測(cè)儀，如果采用測(cè)定聲傳播速度檢測(cè)方法的儀器，應(yīng)采用相應(yīng)的方法彌補(bǔ)測(cè)定儀器帶來(lái)的不便。
2.4 超聲（應(yīng)力）波[8-9]
超聲應(yīng)力波同聲應(yīng)力波方法基本相同，主要不同在于超聲波應(yīng)用的頻率超過(guò)20kHz。
超聲波測(cè)定的原理分為穿透應(yīng)力波系統(tǒng)和脈沖-反應(yīng)系統(tǒng)兩種，現(xiàn)有設(shè)備也是按照這兩種原理設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的。穿透應(yīng)力波系統(tǒng)是指超聲波沿被檢測(cè)木材的厚度方向傳播，而被檢測(cè)的木材的聲波特性就在另一邊被記錄下來(lái)；而脈沖-反應(yīng)系統(tǒng)是指測(cè)定記錄被傳播到材料內(nèi)部表面的回聲波的特征，可以測(cè)定木材腐朽深度等。
2.5 其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[9]
①電學(xué)方法：利用木材電阻和木材含水率的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，可以測(cè)定木材含水率。還可以利用木材電阻特征在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)木材腐朽。
②γ射線：利用γ射線可以定量化探測(cè)木材內(nèi)部腐朽程度，也可以定量測(cè)定防腐劑痕量元素在木材中的分布。這種檢測(cè)方法的不利因素是要用到放射性元素。
③X-射線：這是實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線上常用的一種方法，主要用于檢測(cè)木材內(nèi)部腐朽、木材微密度測(cè)定、木材節(jié)疤等的檢測(cè)等，如常見(jiàn)的軟X射線木材微密度測(cè)定儀、X-射線木材缺陷檢測(cè)系統(tǒng)等。
3. 木材保護(hù)中常用的無(wú)損檢測(cè)儀器
木材保護(hù)中常用的無(wú)損檢測(cè)儀器有：含水率測(cè)定儀、木材阻抗測(cè)定儀、應(yīng)力波測(cè)定儀、超聲波測(cè)定儀器等。其中含水率測(cè)定儀目前應(yīng)用很多，這里不作介紹，而對(duì)其它的儀器作重點(diǎn)介紹。
3.1木材阻抗測(cè)定儀—Resistograph（阻抗圖波儀）和SIBTEC microProbe[11]
木材阻抗測(cè)定儀的原理是采用一個(gè)直徑1毫米或稍大一點(diǎn)的小鉆針，在通電情況下，使用均勻速度加力使小鉆針穿入木材內(nèi)部，測(cè)定儀就采用攜帶的記錄紙或計(jì)算機(jī)磁盤記錄小鉆針根據(jù)木材密度分布不同而產(chǎn)生的阻力曲線，其中阻力大小和進(jìn)入深度直接相關(guān)。根據(jù)阻抗曲線可以判斷木材內(nèi)部具體部位的早晚材密度、應(yīng)力木、年輪密度以及空洞、腐朽等情況，為判斷木材內(nèi)部腐朽、蟲(chóng)蛀、白蟻危害程度提供有效可靠的依據(jù)。
木材阻抗測(cè)定儀是一類近似無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，主要用于木結(jié)構(gòu)、木橋、電線桿、地板和樹(shù)木等的腐朽與蟲(chóng)蛀、白蟻危害、空洞、應(yīng)力木等的探測(cè)，在美國(guó)、歐洲、日本和我國(guó)臺(tái)灣在古建筑木結(jié)構(gòu)維修前對(duì)木結(jié)構(gòu)**評(píng)價(jià)常用的儀器為阻抗圖波儀（Resistograph），利用該設(shè)備可快速獲得對(duì)被檢測(cè)建筑木構(gòu)件、活立木或木材內(nèi)部缺陷結(jié)果，可以迅速確定是否更換被測(cè)木構(gòu)件。市場(chǎng)前景很好，但阻抗圖波儀價(jià)格不菲。
目前木材阻抗測(cè)定儀有由總部設(shè)在美國(guó)的德國(guó)Frank Rinn,IML公司生產(chǎn)的Resistograph和由英國(guó)Sibert Technology Limited公司生產(chǎn)的SIBTECmicroProbe兩***。其中Resistograph是1994年就開(kāi)始生產(chǎn)的產(chǎn)品，其小鉆針直徑為1.5毫米-3毫米，鉆取深度可長(zhǎng)達(dá)1.5米；而microProbe直徑為1.0毫米，鉆取深度可長(zhǎng)達(dá)1.5米。
Resistograph種類較多，儀器型號(hào)有：IML-ResiF300S， IML-Resi F400S， IML-Resi F500S，IML-ResiF150SDUO多種系列產(chǎn)品，其中IML-Resi F400S 銷售**，可用于柱材、梁和樹(shù)木的檢測(cè)；而IML-ResiF150S系列產(chǎn)品可以檢測(cè)白蟻危害。有關(guān)信息可訪問(wèn)其公司網(wǎng)址：http://www.imlusa.com/；而SIBTEC microProbe測(cè)定儀，產(chǎn)品價(jià)格比Resistograph產(chǎn)品便宜。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)為DigitalmicroProbe，有計(jì)算機(jī)接口，還帶有野外用的打印機(jī)。公司網(wǎng)址：http://www.sibtec.com/.
3.2 應(yīng)力波測(cè)定儀
應(yīng)力波測(cè)定儀有很多種，如德國(guó)Frank Rinn,IML公司生產(chǎn)的電子錘(Electronic Hammer)和ARBOTOM，美國(guó)生產(chǎn)的JAMES-V應(yīng)力波測(cè)定儀、匈牙利的Fakopp,德國(guó)產(chǎn) PICUS sonictomograph等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品基本都是以測(cè)定應(yīng)力波傳播時(shí)間為原理的儀器。
電子錘(Electronic Hammer)和匈牙利產(chǎn)的Fakopp測(cè)定儀,可以用于木材和樹(shù)木的檢測(cè)；而德國(guó)產(chǎn)的PICUS sonic tomograph和ARBOTOM是具有多通道的應(yīng)力波測(cè)定儀，可以獲得樹(shù)木橫切面內(nèi)部的二維或三維圖像，如前者具有13個(gè)通道。這很容易從圖像中發(fā)現(xiàn)木材內(nèi)部健康與腐朽情況以及腐朽的程度大小，因而在古樹(shù)名木的健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用廣泛。
目前臺(tái)灣使用超聲波或應(yīng)力波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)古建筑木構(gòu)件強(qiáng)度與腐朽程度，進(jìn)行古建筑維修前與維修后木構(gòu)件**的評(píng)價(jià)。
3.3 超聲波測(cè)定儀
超聲波測(cè)定儀目前常見(jiàn)的有瑞士生產(chǎn)的SYLVATEST和PUNDIT（Portable Ultrasonic Non-destructive Digital IndicatingTester），都可以對(duì)木材內(nèi)部腐朽進(jìn)行檢測(cè)，也可以對(duì)活立木材質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中SYLVATEST 體積較小，便于野外使用。
3.4 Pilodyn
這是丹麥一個(gè)公司研制生產(chǎn)的原本專門用于進(jìn)行電桿**檢測(cè)的一種無(wú)損檢測(cè)儀器，目前已經(jīng)廣泛用于古建筑木結(jié)構(gòu)和古木保護(hù)的檢測(cè)中。
測(cè)定原理是以預(yù)先設(shè)定好的能量，將一個(gè)鋼釘射入到木材中，釘子射入的深度就是檢測(cè)的結(jié)果，這與木材密度密切相關(guān)。木材密度大，則射入深度淺，反之，射入深度大。通過(guò)測(cè)定木構(gòu)件表面硬度，確定木材表層一定深度是否產(chǎn)生缺陷或木材是否發(fā)生腐朽。我國(guó)目前也有在古建筑維修中應(yīng)用該儀器的報(bào)道。缺陷是只能用于木材表面特性檢測(cè)。
參考文獻(xiàn)
1.李堅(jiān). 木材科學(xué)新篇。東北林業(yè)大學(xué)出版社，1993
2.王平，姜笑梅，秦特夫. 木材防腐技術(shù)在山海關(guān)鎮(zhèn)東樓木結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用.木材工業(yè)，2000，14（4）：33-35
3.黃彥三，陳欣欣，張金成等.超音波應(yīng)用于木麻黃立木樹(shù)干心腐之探測(cè)。中華林學(xué)季刊。1997，30（4）：445-450
4.陳載永，葉政翰，鐘建有.木材長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)力波傳遞速度與振動(dòng)頻率之影響。中華林學(xué)季刊，1997，30（2）：195-201
5.祖父江信夫.木材の非破壞檢查.木材學(xué)會(huì)志，1993，39（9）：973-979
6.N. Macchioni. Inspectiontechniques for ancient wood structures. In: Structural analysis ofhistorical constructions II. Eds. By P. Roca,J.L.Gonzalez,etc. CIMNE,Barcelona,1998,149-162
7.F. Divos, Tanaka,T. 1997, Lubmerstrength estimation by muliple regression . Holzforschung,51:467-471
8. Ross,R.J. ,Pellerin, R.F. 1991Nondestructive testing of assessing wood members instructures. USDA,Forest Products Laboratory,FPL-GTR-70
9.Jozef Bodig. The process of NDEresearch for wood and wood composites . NDT.net,2001,6(3)
10.Tanaka,T,divos,F and Fazan,T. 1998,Nondestructive Evaluation of residual Bending strength of wood withartificial defects by stress wave,Proce of the 11th InternationalSypm. On Nondestructive Testing of wood,Madison,WI, USA
11.Paul Dykema TheResistograph. City Trees,2001,37(1):
上海高致精密儀器有限公司無(wú)損檢測(cè)事業(yè)部
轉(zhuǎn)載http://www.cngcjc.com/ndt_lw/lw_list_nr.php?id=113
