[发明专利]一种微损测试脆弱木质文物抗弯强度的方法

说明书

本发明涉及木质文物检测领域，公开了一种微损测试脆弱木质文物抗弯强度的方法。方法包括：将样品裁切成标准样条；测量夹具间的跨距，标准样条的宽度和厚度，读取数值并记录；将标准样条放置于夹具上开始试验，向标准样条施加均匀增大的载荷，直至将标准样条压至断裂，测量标准样条位移与压力间的关系，记录位移、载荷随时间变化的曲线；根据夹具跨距、标准样条的宽度、厚度、实时位移、实时载荷得出标准样条的应力和应变，画出应力应变曲线；标准样条断裂的瞬时应力即为该标准样条的抗弯强度。本发明只需少量薄片样品即可有效地测试绝大多数不同保存状况的考古木质文物的抗弯强度，适用范围广泛，测试结果精度高、可重复性良好。

技术领域

本发明涉及文物测试技术领域，尤其涉及微损测试脆弱木质文物抗弯强度的方法。

背景技术

木质文物是我国灿烂文化遗产的重要组成部分，是研究古代科技、艺术与文化的珍贵实物资料。在沉船、棺椁、木雕等大型饱水木质文物的保护研究中，对其力学性能进行精确表征具有重要意义，是对文物进行保存状况评估、病害程度分级及保护方案制定的重要依据。然而，经过漫长的地下/水下埋藏和微生物降解，木材细胞壁中的纤维素和半纤维素部分降解，导致细胞壁疏松多孔，吸水程度大幅增加，使得考古饱水木材的性质与现代健康木材相比已截然不同。考古饱水木材在大多数情况下腐朽较为严重，较高的降解程度使其力学强度大幅降低，整体非常脆弱，难以进行常规力学性能测试。

目前，用于检测现代木材力学性能的方法主要有：(1)万能材料试验机(GB/T1936.1-2009,木材抗弯强度试验方法[S]；GB/T 1935-2009,木材顺纹抗压强度试验方法[S].)。这类方法适用于含水率在9％～15％、力学性能较好的无疵木材，试样尺寸为300mm×20mm×20mm。考古木材通常含水率高，质地脆弱，存在较多孔洞和裂隙，均匀性差；木质文物的珍惜性决定了不能对其进行大量取样和取大尺寸样品。此外，万能材料实验机的载荷大，精度相对较低。很多情况下，万能材料试验机不适用于考古木材力学性能的测试。(2)硬度计(费利华,吴耿烽,沈大娲.微-纳米氢氧化钙在海洋出水木质文物脱酸保护中的应用[J].自然与文化遗产研究,2019,4(S2):136-141.)。用于表征材料抵抗硬物体压入其表面的能力。硬度计具有微损测试的特性，在木质文物上有一定应用，但是硬度数据难以和木材的力学性能进行科学关联，在考古木材性能评估方面具有一定局限性。(3)纳米压痕仪(HanLiuyang,Wang Kun,Wang Weibin,Guo Juan,Zhou Haibin.Nanomechanical andTopochemical Changes in Elm Wood from Ancient Timber Constructions inRelation to Natural Aging[J].Materials,2019,12(5).)。主要用于微纳米尺度薄膜材料的硬度与杨氏模量测试，测试结果通过力与压入深度的曲线计算得出，但纳米压痕测试面积小，只能表征材料的微观力学性能，适合均一性好的材料，而考古木材构造较为复杂，降解不均匀。对于高度降解的脆弱木质文物，纳米压痕仪不能完全适用。(4)阻抗仪修正超声波法(王明谦,冷予冰,许清风,陈溪,陈玲珠,张富文.一种木材抗弯强度现场检测方法[P].上海市：CN111521684A,2020-08-11.)。该方法基于超声波检测技术，利用阻抗线均值对超声波结果进行公式计算和拟合修正，提高检测精度。该方法用于古建筑大型木构件的原位测试，两点间测试距离不小于500mm，受木材中常见的裂隙影响较大，精度较低，在考古木材上受到一定限制。由于木质文物的唯一性和不可再生性，取样量和样品尺寸，及测试仪器的适用范围，极大地限制了现代木材常用力学测试技术在考古木材上的应用。

静态热机械分析(Thermomechanical analyzer,TMA)是一种在程序控温和非震动载荷作用下，测量物质的形变与温度时间函数关系的技术，可以精确测量试样在热、力作用下的形变量。因此，有望利用静态热机械分析技术开发出一种微损的脆弱木质文物抗弯强度测试方法，目前尚未见相关方法的专利和文献报道。

发明内容