无损检测技术在木材保护中的应用

无损检测(Non Destructive Testing 或 Non Destructive eva luation ，简称NDT或NDE)，又称非破坏性检测，是利用材料的不同物理力学或化学性质在不破坏目标物体内部及外观结构与特性的前提下，对目标物体相关特性(如形状、位移、应力、光学特性、流体性质、力学性质等)进行测试与检验，尤其是对各种缺陷的测量[1]。无损检测的最大特点是既不破坏材料的原有特性，而且能在短时间内获得期望的结果，以便操作人员迅速作出判断，有利于连续生产和提高生产效率，还有利于作出正确的决策。

木材是天然生长的植物材料，与各向同性材料如金属、玻璃、塑料、陶瓷制品等有着巨大的不同，具有形状不规则性及变异性和各向异性的特点，因而对木材及其制品的无损检测有其独特性，也有着许多困难。尽管如此，木材无损检测技术经过40多年的发展，已取得很大的成就，在木材分等、木材水分测定、干燥控制、温湿度测定、强度与弹性模量、木材缺陷的检测等方面得到了广泛的应用[1-5]。为提高我国木材保护技术水平，本文对无损检测技术在木材保护中的应用进行介绍。

1.无损检测在木材保护中的主要用途

1.1 木材含水率无损检测

木材含水率是影响与决定木材使用的重要指标，对古建筑木构件，含水率更具有重要意义。一般地，木构件含水含水率过高，则意味着古建筑木构件发生病虫害的可能性增大，必须引起重视[2，8]。

常用的木材含水率无损检测仪器有根据直流电、高频电流、介电常数、微波、红外线等原理开发制造的仪器，这些设备目前国内外产品种类较多，其中国内产仪器价格较便宜。

1.2 古建筑木结构部件的现场检测

古建筑木结构维修和保护，不能破坏原有木构件，就需要采用无损检测技术对其木结构安全进行评价，通过无损检测为在维修前进行设计与确定维修或更换木构件等工作，提供有力的证据。这也是无损检测的一个重要应用，主要检测木构件的残余强度和木构件内部缺陷，为木结构建筑的可靠性、安全性和使用寿命做出评价[2-8]。

1.3 古树名木的健康状况评价

古树名木不仅是重要的自然资源和景观，也已成为重要的文化遗产，得到世界各国政府的重视与保护。为加强古树名木的保护，必须对古树内部缺陷在不破坏其生长和引起新的灾害的条件下进行检测，这就需要应用无损检测技术，这也是目前美国、欧洲和日本等发达国家对城市树木进行保护必须采用的重要技术[11]。

2. 木材保护中常用的无损检测技术

2.1肉眼观察[9]

最简单和最古老至今仍在使用的无损检测方法就是肉眼观察，可帮助对无损检测结果进行判别和验证。如对产品和组成成分的变化等需要做出判断时，就需要肉眼观察和识别，采用的办法包括对破裂碎片、机械破坏、后期腐朽和严重的虫蛀等情况的进行仔细观察和分析。根据肉眼观察判断的结果确定检测部件或产品的优劣与是否合格或淘汰。

2.2 近似无损检测的办法[8-9]

近似无损检测的方法常和肉眼观察联合使用。这些方法包括：

① 用锤子敲击来判断柱子或原木有无空洞或腐朽;

② 用刀子刮树皮，检查木材表面硬度，根据硬度的大小初步判断腐朽程度;

③ 钻取木芯来检测木材内部的腐朽;

④ 使用木材阻力测定仪(如阻抗图波仪)测定木材内部腐朽。

采用近似无损检测方法可以帮助肉眼观察获得更多的信息，如用生长锥木芯可以判断腐朽深度和大小。{nextpage}

目前我国古建筑维修和古树保护中，主要采用肉眼观察和用锤子敲击来判断木结构部件有无空洞或腐朽，然后确定这些木构件是否更换。

2.3 声应力波[3-9]

声应力波是最常用的古建筑木结构安全评价的无损检测方法。声应力波是通过冲击或用给定的应力使其产生振动，但目前主要采用的是冲击产生振动的方法。

声应力波方法常采用测定声传播速度或测定振动波谱的方法来进行分析。

对木构件常用测定声速来计算木构件的残余动弹性模量，因为声速测定简便易行，其计算公式为：

E=DV2

其中E--是木材动弹性模量;D--木材密度; V--声应力波速度

利用应力波测定残余动弹性模量需要检测木材密度，而密度测定必须在现场采样，然后在实验室进行测定。

当木材发生腐朽或虫蛀时，垂直于木材纹理方向的传播速度急速增加。一般地，当应力波传播速度增加30%时，就意味着木材强度损失已达到50%;当应力波传播速度增加50%时，就意味着木材遭到了严重损害;横向(径向或弦向)是探测腐朽的最佳途径。

1. 健康材应力波的传播速度是进行无损检测判断分析木材是否腐朽以及纵向传播速度的重要依据和参考，部分树种的应力波传播速度如表1所示。

还可以选择测定声应力波振动波谱的的方法，基本能克服检测传