1、古建筑木構件腐朽的非破壞性檢測方法 及分級 -來源：木材標準化技術委員會發布人：侯建筠 日期：2011-3-17 ICS 79.B LY中華人民共和國林業行業標準 LY/T XXXXX200X古建筑木構件腐朽的非破壞性檢測方法 及分級 Method for non-destructive testing and classification of wood element decay of ancient architecture（征求意見稿）200XXXXX 發布 200XXXXX實施國家林業局 發布前 言本標準按GB/T 1.12009給出的規則進行起草。本標準的附錄A為規范性附錄。請注意

2、本標準的某些內容可能涉及專利。本標準的發布機構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委員會(SAC/41)提出并歸口。本標準起草單位：中國林業科學研究院木材工業研究所。本標準主要起草人：黃榮鳳、呂建雄、趙有科、周永東、吳玉章。古建筑木構件腐朽的非破壞性檢測方法及分級1范圍本標準規定了古建筑木構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件的腐朽狀況檢測及木材殘余物理力學性能評價。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。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/T

3、 14019 木材防腐術語GB 50005 木結構設計規范3術語和定義GB/T 14019和GB 50005界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1木結構 timber structure單純由木材或主要由木材承受荷載的結構。3.2木構件 wood element木結構建筑中可劃分為最基本單位的木質件。3.3非破壞性檢測 non-destructive testing在不破壞木材的情況下，正確檢測出木材內部的腐朽、缺陷及性能。3.4皮羅釘檢測 Pilodyn testing在固定力作用下，將微型探針打入木材內部，根據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 R

4、esistograph testing是將直徑小于等于1.5mm的微型鉆頭鉆入木材內部，根據鉆頭前進時所遇到的阻力，判斷木材的密度及內部腐朽、開裂、節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件非破壞性檢測時，木構件內部不同深度的腐朽很難用同一種方法檢測。表面腐朽可以通過目測和皮尺測量判斷腐朽的程度和范圍，但 內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范圍內的木材腐朽狀況檢測，阻力儀適用于木材內部部腐朽狀況檢測，檢測 深度可以達到1000mm。對腐朽嚴重的木構件，可采用生長錐檢測，對腐朽狀況進行實物確認。通過上述檢測方法的綜合運用，可以實

5、現對不同腐朽程度木構件 的檢測。5儀器和設備（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件的外部是否有腐朽發生，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，同一部位設置不少于3個檢測點，將檢測結果記錄在附錄A中。6.2 深層腐朽通過表層腐朽檢測，皮羅釘的打入深度達到30mm以上時，應進一步用阻力儀檢測木材內部的腐朽狀況。6.2.1

6、 阻力儀檢測檢測部位的確定：（1）對接觸地面的木構件，必須進行內部腐朽檢測。檢測應從距地面高20cm開始，檢測部位的縱向間隔應小于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件，在目視判斷有腐朽的情況下，應從有腐朽的部位開始，向長度方向的兩側每隔50cm設置一個檢測部位，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域，可在該區域適當增加檢測點的個數。檢測方法：阻力儀鉆頭鉆入木材時應該垂直于木材年輪，儀器設定為自動記錄檢測結果并打印檢測結果圖譜。6.2.2 生長錐檢測經阻力儀檢測后發現內部有嚴重腐朽的木構件，需要用生長錐鉆取木芯，

7、取樣進一步確認木材內部的腐朽狀況。7記錄內容（1）記錄檢測地點、構件名稱、檢測時間。（2）記錄檢測部位，可以用圖示表示。（3）記錄目測結果（4）記錄皮羅釘檢測打入深度（5）導出阻力儀檢測結果。8計算皮羅釘和阻力儀的檢測結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：根據未腐朽部位的阻力值

8、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；r 1-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皮羅釘打入深度增加率P（%）

9、阻力值降低率R（%）0材質完好，肉眼觀察無腐朽癥狀001表面有可見的輕微腐朽0P250R152表面有較明顯的腐朽25P6015R253表面有嚴重的腐朽60P9025R354木材腐朽至損毀程度P90R35附錄A(規范性附錄)古建筑木構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： 木構件名稱木構件編號直徑（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林業行業標準古建筑木構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 古建筑木構件腐朽的非破壞性檢測方法及

10、分級林業行業標準（項目編號：2009-LY-069）由中國林業科學研究院木材工業研究所申 報，2009年6月獲得國家林業局和全國木材標準化技術委員會批準立項，2009年8月國家林業局和國木材標準化技術委員會轉撥其標準起草經費到中國林科 院木材工業研究所。標準由中國林業科學研究院木材工業研究所負責起草。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、技術工作的專業人員組成。古建筑木構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“古建筑木結構防護和無損檢測評價新技術研究”（編 號：2004DIB5J187）取得的研究成果轉化而來。標準起草小組參加了對故宮、恭

11、王府、天壇和應縣木塔等重點古建筑木結構的勘查工作，進行了大量的 木構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用。同時，標準起草人員就標準涉及到的內容進行了大量調研，獲得了較為豐富的基 礎材料。 標準起草小組經過多次討論、修改，于2010年6月完成了初稿，經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2011年1月形成了目前的古建筑木構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，會發生腐朽和蟲蛀，導致木材的力學性 能降

12、低。因此，以木材作為結構材料的古建筑，必須定期進行木結構材質狀況勘查，檢查木結構所使用木材的風化、腐朽及蟲蛀情況，并進行相應的防護處理，以保 證木結構古建筑的安全性。中國木結構古建筑，如故宮、天壇、布達拉宮、塔爾寺等都是我國重要的文物和珍貴的歷史文化遺產，受到國家重點保護。 目前在這些木結構古建筑維修與保護過程中，存在的主要技術難題是在不破壞原有木構件的前提下，如何科學地檢測木構件內部是否存在腐朽或蟲蛀，且比較準確地 確定木構件的腐朽程度和殘余力學強度。但這又是木結構古建筑勘查設計和制定維修設計方案時必須解決的問題。目前我國多采用定性的目視檢測與簡單敲擊相結合 的方法進行古建筑木結構材質狀況勘

13、測，還不能對材質狀況做出定量評價。雖然應力波及超聲波檢測技術的研究已經受到科研人員的關注，但這些方法還處于實驗階 段，離實際應用還有相當一段距離。因此在現階段，利用現有的比較成熟非破壞性檢測技術和方法，科學地劃分木材腐朽等級，確定各個腐朽等級木材的殘余力學強 度，并對其進行安全性評價，能夠為木結構古建筑維修方案的制定和設計，以及施工中確定是否維修或更換木構件等提供科學依據。目前世界各國對木材腐朽狀況評價還沒有制定相應的標準。我國目前木結構材質狀況勘查參考的是木材天然耐久性試驗方 法國家標準，2008年我國制定了古建筑木構件木材內部腐朽與殘余彈性模量應力波無損檢測測試規程，但沒有制定木材腐朽狀況

14、評價的相關標準。民用建 筑中以木結構建筑為主的日本對木材腐朽狀況評價有相應的等級標準，但還沒有形成標準。木材工業研究所2005年開始開展“古建筑木結構材腐朽等級劃分及其力學強度衰減研究”項目的研究工作，根據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性質，同時采用皮螺釘、阻力儀和FFT等3種非破壞性檢測技術做了相應的測試和分析，取得了大量的試驗數據。其 中部分數據經過整理已經在北京林業大學學報、林業科學等核心刊物發表或投稿

15、。這些研究成果為本項目的實施奠定了良好的基礎。三、標準編制的基本原則1、本標準為技術性規范，規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構維護與修繕過程中木材及木構件的材質狀況檢測及木材物理力學性能評價；3、確定腐朽等級劃分標準，在不破壞原有古建筑木結構的前提下，運用本標準所規定的方法、步驟和腐朽分級標準對古建筑木構件的材質狀況進行評估，為古建筑木構件的加固或更換，以及古建筑木結構勘察和維護方案的制定提供依據；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合的方法，對木構件進行全面綜合的檢測和分析，以確保非破壞性檢測結果的準確、可靠。四、制定本標準

16、的技術內容的說明1、規范性引用文件：在進行古建筑木構件非破壞性檢測和評價過程中，需要使用木材腐朽術語，本標準引用了木材防腐術語的國家標準。2、基本原則：（1）在不破壞原有古建筑木結構的前提下，通過檢測和分析木構件的物理力學性能，對木構件的材質狀況進行評估，為古建筑維護和修繕方案的制定提供準確可靠的依據是制定本標準的最終目的；（2）本標準規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件材質狀況評價的標準化，以保證木結構建筑維修方案制定有科學準確的數據支持；（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合的方法，在確保檢測數據準確可靠的前提下，做到操作方法簡便

17、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構的前提下，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合的方法，以保證檢測結果準確可靠。目測 和錐扎方法是最古老、傳統的檢測方法，檢測人員要一定的經驗才能做到檢測準確。本標準在傳統的方法的基礎上，采用了操作簡便、準確性高的皮羅釘和阻力儀檢 測，提高了檢測結果的準確性。對確實難以判斷的木構件，又增加了生長錐取樣檢測的方法，保證了檢測結果準確可靠。4、木材腐朽分級標準目前國內外還沒有木材腐朽分級的國際標準、國家標準和行業標準，在實際檢測時，日本的一些國立研究所有內部使用的標準，但并沒有正式頒布使用。 我國在進行木結構建筑

18、木構件材質狀況評價時，參考使用木材耐久性評價標準中的等級劃分，但耐久性與現有木材的材質狀況評價是完全不同的兩種概念，因此必須 根據古建筑木結構勘查的實際情況，制定相應的分級標準，才能做到材質狀況的準確評價。本標準根據前期研究結果及多年進行古建筑材質狀況勘查的結果，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關系（表1-4，圖1-2）為依據，對木材腐朽狀況進行分級。分級標準 中包含了目視狀態、皮羅釘貫入深度變化率和阻力值變化率等內容。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，作為古建筑木構件及 木材性能評價的參考。表1 不同腐朽等

19、級落葉松木材的密度及皮羅釘打入深度Tab.1 Density and Pilodyn penetration depth of Larix sp. at different decay levels腐朽等級Decay level密度 Density徑向打入深度Radial penetration depth弦向打入深度Tangential penetration depth平均值mean/g/cm3變異系數CV/%平均值mean/mm變異系數CV/%平均值mean/mm變異系數CV/%00.54（21）10.1813.37（21）13.4012.62（21）16.1610.53（23）10.3

20、916.13（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*：P0.01. Value in ( ) are the number of samples.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.2Density and Pilodyn penetrati

21、on depth of Pinus sp. at different decay levels腐朽等級Decay level密度 Density徑向打入深度Radial penetration depth弦向打入深度Tangential penetration depth平均值mean/g/cm3變異系數CV/%平均值mean/mm變異系數CV/%平均值mean/mm變異系數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）1

22、5.9315.87（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*：P0.01. Value in ( ) are the number of samples.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.1 Variation rate of density and Pilodyn penetration depth at different decay levels圖2 皮羅釘打入深度與木材密度間的回歸分

23、析結果Fig.2 Regression analysis between density and Pilodyn penetration depth*：P0.01。表3 各腐朽等級木材的物理力學性質指標Tab. 3 index of physico-mechanical properties at different decay levels腐朽等級樣本數氣干密度抗彎強度順紋抗壓強度平均值/gcm-3變異系數/平均值/Mpa變異系數/平均值/Mpa變異系數/080.5289.7890.74 17.38 45.54 17.88 190.4948.8060.70 32.21 34.52 14.97

24、 290.4508.6633.83 32.09 26.91 22.12 3170.4047.7521.84 39.25 19.30 30.41 47-表4 各腐朽等級木材的阻力儀檢測值Tab. 4 Resistance values at different decay levels腐朽等級平均值波峰值波谷值平均值/Resi變異系數/平均值/Resi變異系數/平均值/Resi變異系數/0205.4917.47248.5817.05170.7216.701184.4514.88228.5015.35148.6216.542168.0815.13215.6915.73134.2717.893146

25、.4920.86187.4519.87122.4221.69492.98 33.69 123.30 35.78 78.76 37.21 圖3 各腐朽等級木材的阻力儀檢測值的殘存率Fig. 3 Remaining value percentage of resistance values at different decay levels圖4 各腐朽等級木材物理力學性質的殘存率Fig.4 Remaining value percentage of properties at different decay levels5、參照國內外文獻情況表1除了在進行科技部社會公益研究專項“古建筑木結構防護和

26、無損檢測評價新技術研究”（編號：2004DIB5J187）時測定的一部分數據外，還參考了以下文獻：Anthony R W and Bodig J. Nondestructive evaluation of timber structures for reliable performance C. Auckland, New Zealand, Proceedings of the second Pacific Timber Engineering Conference, 1989, Aug. 28-31.Costello L R and Quarles S L. Detection of woo

27、d decay in blue gum and elm: An evaluation of the resistographa and the portable drillJ .Journal of Arboriculture， 1999， 25(6):331-337.Emerson R, Pollock D, Mclean D, et al. 2002. Ultrasonic inspection of large bridge timbers. Forest Products Journal, 52(9): 88-95emerson R, Pollock D, Mclean D, Frid

28、ley K, Pellerin R, Ross R. Ultrasonic Inspection of large bridge timbersJ. Forest Products Journal， 2002， 52 (9): 88-95.Gantz C H. Evaluating the efficiency of the resistograph to estimate genetic parameters for wood density in two softwood and two hardwood speciesD. Dissertation for the degree of m

29、aster of science, North Carolina State University 2002.Isik F and Li B L. Rapid assessment of wood density of live trees using the Resistograph for selection in tree improvement programsJ.Can. J. For.Res， 2003， 33(12):2426-2435. HYPERLINK /p/search?tb=art&qt=%22Lukaszkiewicz%2C+Jan%22 Lukaszkiewicz

30、J, HYPERLINK /p/search?tb=art&qt=%22Kosmala%2C+Marek%22 Kosmala M, HYPERLINK /p/search?tb=art&qt=%22Chrapka%2C+Magdalena%22 Chrapka M HYPERLINK /p/search?tb=art&qt=%22Borowski%2C+Jacek%22 Borowski J. determining the age of streetside Tilia cordata trees with a DBH-based modelJ. Journal of Arboriculture， November 2005， 31(6): 280-284.Wang Tongli, Aitken S N, Rozenberg P, et al. 1999. Selection for height growth and pilodyn pin penetration in lodgepole pine: Effects on growth