基于NIR的长春宫木构件材种及老化预测

发布时间：2020-06-20 18:53

【摘要】：本研究以故宫长春宫主要承重构件为研究对象,在材种识别的基础上,研究了木结构承重木构件的老化性能,并通过近红外光谱技术探讨了木构件老化预测的可行性。研究首先通过传统木材材种识别方法,确定长春宫承重木构件的材种。其次,通过对长春宫主殿内及主殿外侧朝南立柱取样进行化学组分定量分析、结晶度分析、红外光谱以及热重分析等技术手段,研究了木构件的老化情况,对长春宫承重木构件不同腐朽程度样品的老化程度和老化成因进行分析。最后,在化学分析的基础上,收集了不同老化程度木构件样品的近红外光谱信息,以木构件样品1%NaOH抽提物含量作为标记物,结合化学计量学方法,通过标准化法和因子化法两种方法分别建立了木构件材种及老化预测模型。最后,对建立的材种及老化预测模型的适用性进行了评价。得到以下结论:(1)长春宫承重木构件使用的木材主要有三种,即落叶松(Larixgmelinii(Rupr)Kuzen.)、樟子松(Pinus sylvestris L.var.mongholica Litv.)、桢楠(Phoebe zhennan S.Lee et F.N.Wei),并且主要承重木构件为落叶松。(2)老化严重的木构件其纤维素、半纤维素和木质素都有一定程度的降解,最终通过红外光谱发现老化严重的A2样品在1510cm-1处代表木质素苯环骨架振动的吸收峰和1732cm-1处代表半纤维素中乙酰基和羧基中的C=O的拉伸的特征峰消失认为日光照射是长春宫木构件老化严重的一个主要原因。(3)木构件的老化程度与其1%NaOH抽提物的含量呈线性相关关系。得出结论随着木材老化程度的加深,1%NaOH抽提物的含量随着木材老化程度的增加而增加,1%NaOH抽提物的含量可以作为评价木材老化程度的一个定量指标,可以通过测量1%NaOH抽提物的含量来判断木材的老化程度。(4)本文通过因子化法建立了长春宫材种定性预测模型,并测试了模型的稳定性。通过近红外光谱技术建立具有实用效果的长春宫材种鉴定模型是可行的。此外通过偏最小二乘(PLS)法建立长春宫老化程度定量预测模型,通过参数评价该模型结论得出建立模型预测长春宫木构件老化性能是可行的。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S781
【图文】：

长春,样品,木构件

图２－１长春宫样品逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ邋Ｐａｌａｃｅ逡逑本次研宄主要取长春宫主要承重构件样品作为研宄对象，包括主要承重的木构件。取样以不破坏木构件本身为前提，在木构件己经腐朽破坏的部片，图一显示了试样的外观状况。在长春宫明间取样获得的外观保存较（图左，记作Ａ１），在长春宫主殿南侧取严重腐朽样品（图右，记作Ａ２）。主殿内横梁开裂处取样，样品所处位置通风、透气性好，环境比较干燥，状况良好，外观未发现腐朽及虫蛀现象，在木材表面上深入到木材内部方向上表现为茶褐色、深褐色。长春宫主殿南侧朝阳面立柱根端部取得样（Ａ２）所示。该位置位于空气环境中，南向、常年受到水分、光照等自，腐朽较为严重。外观上可以看到从木材表面到内部分布有大量ｌ－２ｍｍ的孔洞（昆虫活体未见）。蛀蚀深度约ｌ－３ｃｍ，且向南一侧较向北一侧蛀，蛀蚀部分腐朽严重呈粉末化。在外观上目视比较Ａ１和Ａ２，可以看出木构件性质影响非常明显。取回的样品去除表面灰尘之后所有样品取一部切片进行显微观察，剩余部样品磨碎过４０－６０目筛并干燥后用作测定Ｎａ

显微构造,落叶松

．．实验设备采用Ｂｒｕｋｅｒ公司的Ｂｒｕｋｅｒ邋Ｄ８邋ＡＤＶＡＮＣＥ邋Ｘ射线衍射仪，Ｘ光管为铜靶，逡逑管电压为４５邋ＫＶ，管电流为３５邋ｍＡ。将木粉在室温下压成薄片，样品的扫描范围在５？逡逑４０。。逡逑２．４．３热重分析逡逑实验设备采用ＷＡＴＥＲＳ邋Ｃｏｍｐａｎｙ的ＴＡＱ５０热重分析仪，保护气体为氮气，平逡逑衡气体为４０ｍｌ／ｍｉｎ，样品气体为６０ｍｌ／ｍｉｎ。以１０°Ｃ／ｍｉｎ的速率从室温升至６５０°Ｃ。逡逑２．４．４红外分析逡逑实验设备米用Ｂｒｕｋｅｒ公司的Ａｌｐｈａ型红外光谱仪，波数范围４０００－４００邋ｃｍ＇分逡逑辨率为４邋ｃｍ＇将溴化钾与样品粉末一起研磨之后压成薄片，每个试样进行３次扫描逡逑取平均光谱，并对获得的数据进行归一化处理。逡逑２．５结果分析逡逑２．５．１树种鉴定分析结果逡逑

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