一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法技術

本發明專利技術涉及飽水木漆器保護的技術領域，公開了一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法，包括如下步驟：S1：清理待測飽水木質文物的表面附著物；S2：準備一個透明容器，裝入一定體積的水，將待測木質文物放入容器內；S3：往容器內緩慢加入乙二醛溶液，直到待測木質文物懸浮于液體中；S4：用量筒量取容器內適當體積的混合液體，采用液體天平測量混合液體的密度，獲取待測木質文物的濕態密度；S5：應用飽水木質文物的濕態密度與含水率、灰分含量之間的表征方程，從而獲得待測木質文物的含水率結果。本發明專利技術的方法成本低、操作步驟簡單、快捷且無須裁樣，測試過程對待測木質文物無破壞性。

【技術實現步驟摘要】
一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法
本專利技術涉及飽水木漆器保護的
，具體涉及一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法。
技術介紹
在中國南方地區的墓葬中，木質文物在長期的埋藏環境中，木材中的纖維素、半纖維素等成分發生降解，使得木質文物的木材組織呈現疏松多孔的狀態，水分滲透填充到木材纖維孔隙中，使得木質文物處于“飽水”狀態。通常而言，飽水木質文物越糟朽，其水分率越高，因此含水率是評價飽水木質文物糟朽程度重要的參數之一。現在用于檢測木材基質類文物含水率的方法主要有以下幾種：(1)電導法，這種方法對于含水率低于100％的木材樣品較為準確，一旦樣品含水率超過100％，誤差較大，因此對于絕大多數含水率超過200％飽水木質文物而言，這種方法適用范圍有限。(2)紅外光譜法，這種方法是利用木材中水的吸收峰強度來判斷木材的含水率高低，定量計算時必須獲取與測試樣品相同樹種、確定含水率的參比樣，因此該方法屬于有損檢測。(3)烘干法，這是目前各行各業含水率檢測應用最廣泛的方法，該方法獲取的含水率被視為標準數據。如最新公布的文物保護行業標準《出土竹木漆器類文物含水率測定——失重法》中也采用這種方法，但由于烘干法測量時必須裁取試樣，且烘干后的樣品完全被破壞。因此，迄今為止，還沒有一種適用于飽水木質文物含水率的無損檢測方法。
技術實現思路
為了解決上述技術的不足，本專利技術提供了一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法。本方法操作步驟簡單，成本低，快捷且無須裁樣。測試方法全過程對待測木質文物無破壞性，為那些保存完整不能取樣或無法取樣的木質文物含水率檢測提供了可行的技術方法。為解決上述技術問題，本專利技術提供一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法，包括如下步驟：S1：清理待測飽水木質文物的表面附著物；S2：準備一個透明容器，裝入一定體積的水，將待測木質文物放入容器內；S3：往容器內緩慢加入乙二醛溶液，直到待測木質文物懸浮于混合液體中；S4：用量筒量取適當體積的上述混合液體，采用液體天平測量混合液體的密度，記錄下測量數值。基于阿基米德原理，在懸浮狀態下木質文物的濕態密度(ρss)等于浸入液的密度；S5：根據飽水木質文物的濕態密度與含水率、灰分含量，獲得待測木質文物的含水率數據。在一些實施例，所述乙二醛溶液的質量分數為40％。在一些實施例，所述方法僅適用于飽水木質文物的檢測。在一些實施例，所述步驟S3中，混合溶液密度隨著乙二醛含量的增加而逐漸增加，待到待測木質文物懸浮于混合液體中，停止加入乙二醛溶液。在一些實施例，所述步驟S3中，待測文物不能接觸容器壁。在一些實施例，若待測文物為海洋出水木質文物，測試前應析出木材內部雜質，所述雜質包括但不限于鹽分、沙粒以及沉積物。本專利技術采用的技術方案具體為：(1)根據飽水木質文物的組成結構，推導飽水木材含水率與濕態密度、灰分含量三者之間的表征關系式：式(1)中，W為飽水木質文物的含水率(％)，ρss為飽水木質文物的濕態密度(g/cm3)，α為飽水木質文物灰分含量(％)。根據已發表的數據統計，飽水木質文物的灰分含量范圍為1.2％～9.5％之間，平均值為5.0％，故這里取其平均值α＝5.0％。式(1)的推導過程及依據如下：木質文物在埋藏環境下受到各種因素的影響會發生降解，其中木材中的單寧、色素、生物堿、蛋白質、多糖等成分首先流失。隨著時間的推移，構成木材細胞的纖維素、半纖維素和木質素等成分也逐漸發生降解，進而細胞壁逐漸變薄，細胞腔變大，木材組織變得更加疏松多孔，水分逐漸滲透到木材組織內部。設Mw為古木含水質量，Md為古木絕干質量(由細胞壁基質和少量無機礦物組成)，M0為濕態下的古木質量，根據含水率的定義有：基本密度(ρso)是木材的一種屬性，定義是木材絕干質量(Md)與飽水體積(Vss)之比。其中，絕干質量是通過在烘箱中蒸發掉水分后獲得，體積則采用“飽和水”法，即在測試前使樣品呈“浸飽水”狀態。為了獲得飽和水體積，實際工作中將樣品置于真空室使其完全處于浸飽水狀態，即Vss≈Vws。木材濕態密度(ρss)定義是木材濕態質量(M0)與濕態體積(Vws)之比，樣品的濕態質量可以用分析天平直接測量。根據定義，則有：聯系式(2)，則有：由于出土的飽水木材中纖維素、半纖維素的流失，灰分的比例較之新鮮木材明顯增加。在細胞壁基質減少的情況下，灰分的存在直接影響測得的密度數據，最終影響含水率的大小。此外，測量體積往往采用浮力法進行，即應用阿基米德原理通過排開水的體積來計算樣品的體積，對于一些不規則或者體積較小的樣品，這種方法測出來的體積與實際體積誤差很大，所以采用基本密度計算含水率時必須考慮灰分等雜質的影響。假設Vd為細胞壁的體積，Vw為水的體積，Va為灰分等雜質的體積，則濕態下古木的體積有：Vss≈Vws＝Vd+Vw+Vx………………(5)假設木材中的灰分所占比例為α，ρa為灰分的密度。根據木材基本密度的定義，有如下推算：聯系式(4)，則有如下關系：ρa一般在1.8～3.0g/cm3，這里取值2.5g/cm3。ρw為常態下水的密度，取1.0g/cm3。ρd為細胞壁基質的密度。組成木材各種細胞的細胞壁成分主要是纖維素、半纖維素和木素，它們的成分和比例基本相同，因而各種木材的實質密度也是相近的，大約在1.46～1.59g/cm3之間。對于糟朽的木質文物，纖維素、半纖維素降解后含量減少，木質素性質穩定不易降解，木質素的比例上升，因而糟朽木材的實質密度與健康材的實質密度差異較大。對于飽水木材，這里ρd取值1.50g/cm3。將上述數值代入式(7)，含水率與濕態密度、灰分含量之間存在著式(1)的關系。(2)把飽水木質文物懸浮于合適密度的混合液體中。采用液體比重天平，測量其混合液體的密度。基于阿基米德的浮力原理，懸浮物體的密度等于浸入液體的密度，因此通過測量混合液體的密度即可獲取飽水木質文物的濕態密度(ρss)。(3)在一定的灰分含量下，根據測得的濕態密度數據，應用式(1)即可計算飽水木質文物的含水率結果。為檢驗本專利技術測試結果的準確性，采用《出土竹木漆器類文物含水率測定——失重法》對同一待測文物進行測試，二者結果相對誤差在5％以內。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：(1)基于飽水木材的組成推導得到表征木材樣本含水率、濕態密度、灰分含量之間的關系方程式，從而創新地提出一種新的飽水木質文物含水率無損檢測方法。實際應用中通過測試木質文物懸浮狀態下的液體密度即可應用式(1)獲取待測木質文物的含水率數據。(2)本專利技術的檢測方法快速便捷，能在數分鐘內給出準確數據。對于飽水木質文物，該方法的優點十分明顯。由于過程用時短，對文物的傷害幾乎可以忽略。對于糟朽的木質文物而言，測試過程中暴露于空氣會引起器物的收縮變形，時間過長甚至產生毀滅性的傷害。(3)本專利技術的方法步驟簡單，無需操作人員進本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：/nS1：清理待測飽水木質文物的表面附著物；/nS2：準備一個透明容器，裝入一定體積的水，將待測木質文物放入容器內；/nS3：往容器內緩慢加入乙二醛溶液，直到待測木質文物懸浮于混合液體中；/nS4：用量筒量取適當體積的上述混合液體，采用液體天平測量混合液體的密度，記錄下測量數值。基于阿基米德原理，在懸浮狀態下木質文物的濕態密度等于浸入液的密度；/nS5：根據飽水木質文物的濕態密度與含水率、灰分含量，獲得待測木質文物的含水率數據。/n

【技術特征摘要】
1.一種飽水木質文物含水率的無損檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1：清理待測飽水木質文物的表面附著物；
S2：準備一個透明容器，裝入一定體積的水，將待測木質文物放入容器內；
S3：往容器內緩慢加入乙二醛溶液，直到待測木質文物懸浮于混合液體中；
S4：用量筒量取適當體積的上述混合液體，采用液體天平測量混合液體的密度，記錄下測量數值。基于阿基米德原理，在懸浮狀態下木質文物的濕態密度等于浸入液的密度；
S5：根據飽水木質文物的濕態密度與含水率、灰分含量，獲得待測木質文物的含水率數據。


2.如權利要求1所述的飽水木質文物含水率無損檢測方法，其特征在于，所述步驟S5中，根據下列公式獲得待測木質文物的含水率數據；



式中，W為飽水木質文物的含水率，ρss為飽水木質文物的濕態密度，α為飽水木質文物灰分含量。


3.如權利要求2所述的飽水...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳華鋒，
申請(專利權)人：陳華鋒，
類型：發明
國別省市：安徽;34