金中都水关遗址木结构含水率及其影响因素.pdf

DOI:10.12171/j.10001522.20220499金中都水关遗址木结构含水率及其影响因素周浩宇1彭林1张厚江1宗圆圆2王群3石金山4麻润杰4(1.北京林业大学工学院木材无损检测国际联合研究所，北京100083；2.北京林业大学材料科学与技术学院，北京100083；3.北京考古遗址博物馆，北京100069；4.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京100024)摘要:【目的】金中都水关遗址现存的木结构面临腐朽的威胁，含水率是决定木材是否发生腐朽的关键因素，研究水关遗址木结构自身的含水率情况以及影响因素，旨在为金中都水关遗址木结构以及同类型地下木结构的保护和修缮提供依据和参考。【方法】于 2021 年 9 月 26 日检测木结构不同位置的木材含水率，监测 2021 年 9 月2022 年 9 月全年木结构不同位置木材、土壤含水率及环境温湿度变化，探测地下水，进行木材在土壤中平衡含水率实验等。汇总所得数据，分析影响木结构含水率的因素及其影响作用。【结果】遗址木结构露出地面的部分，含水率处于 14.6%23.6%；遗址木结构埋在土壤中的部分，含水率处于 30.0%183.3%；空气温度、湿度全年变化范围分别为 1324、27.0%80.0%，受四季影响明显；遗址土壤含水率在 1.5%18.0%之间，深度越大，土壤含水率越高；地下水水位低于遗址过水道地面 10.0m 以上；遗址木材在土壤中的平衡含水率与土壤含水率线性正相关，决定系数达到 0.9399。【结论】遗址木结构露出地面的部分，含水率处于木材腐朽发展停止的范围，含水率变化主要受空气的四季温湿度变化影响；遗址木结构埋在土壤中的绝大部分，含水率处于木材腐朽发展的范围，影响其含水率的因素主要为土壤含水率；地下水对遗址木结构含水率几乎无影响。关键词：金中都水关遗址；木结构；木材腐朽；土壤含水率；木材含水率；平衡含水率中图分类号：TU366.2；TS67；K246.4文献标志码：A文章编号：10001522(2023)05014312引文格式：周浩宇，彭林，张厚江，等.金中都水关遗址木结构含水率及其影响因素 J.北京林业大学学报，2023，45(5)：143154.ZhouHaoyu,PengLin,ZhangHoujiang,etal.MoisturecontentanditsinfluencingfactorsofwoodstructuresatShuiguanSiteinJinzhongduWatergateSiteofBeijingJ.JournalofBeijingForestryUniversity,2023,45(5):143154.Moisture content and its influencing factors of wood structures at Shuiguan Site inJinzhongdu Watergate Site of BeijingZhouHaoyu1PengLin1ZhangHoujiang1ZongYuanyuan2WangQun3ShiJinshan4MaRunjie4(1.JointInternationalResearchInstituteofWoodNondestructiveTestingandEvaluation,SchoolofTechnology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;2.SchoolofMaterialsScienceandTechnology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China;3.BeijingArchaeologicalSiteMuseum,Beijing100069,China;4.PowerChinaBeijingEngineeringCorporationLimited,Beijing100024,China)Abstract:ObjectiveThesurvivingwoodenstructuresattheJinzhongduWatergateSitearesufferingfromdecay,andthemoisturecontentofthewoodisakeyfactorindeterminingdecay,therefore,thestudyofthemoisturecontentofthewoodenstructureofthewatergatesiteandthefactorsaffectingitaimstoprovideabasisandreferencefortheconservationandrepairofthewoodenstructuresoftheJinzhongduWatergateSiteaswellastheundergroundwoodenstructuresofthesametype.MethodTheresearchersdetectedthemoisturecontentofwoodatdifferentlocationsofwoodenstructuresonSeptember26,2021,and had monitored the changes in wood and soil moisture content and environmental temperature and收稿日期:20230322修回日期:20230410基金项目:北京市科学计划公益应用类项目（Z090506016609002），金中都水关遗址木结构病害调查横向项目（2021HXFWGXY012）。第一作者:周浩宇。主要研究方向：木材无损检测。Email：地址：100083北京市海淀区清华东路 35 号北京林业大学工学院。责任作者:张厚江，博士，教授。主要研究方向：木材无损检测。Email：地址：同上。本刊网址:http:/；http:/第45卷第5期北京林业大学学报Vol.45，No.52023年5月JOURNALOFBEIJINGFORESTRYUNIVERSITYMay，2023humidityatdifferentlocationsofwoodstructuresforthewholeyearfromSeptember2021toSeptember2022.Groundwaterwasdetected,andexperimentsontheequilibriumwatercontentofwoodinsoilwereconductedtosummarizetheobtaineddata,andanalyzethefactorsaffectingthemoisturecontentofwoodstructuresandtheirinfluencingeffects.ResultThemoisturecontentoftheexposedpartofthewoodenstructuresofthesiterangedfrom14.6%to23.6%.Thepartofthewoodenstructuresofthesitewasburiedinthesoil,withmoisturecontentintherangeof30.0%183.3%.Theairtemperatureandhumidityatthesiterangedin1324and27.0%80.0%throughouttheyear,respectively,andweresignificantlyaffectedbytheseasons.Thesoilmoisturecontentofthesiterangedfrom1.5%to18.0%,andthegreaterthedepthwas,thehigherthesoilmoisturecontentwas.Thegroundwaterlevelwasmorethan10.0mbelowthestreamwaysurface of the site.The equilibrium moisture content of site wood in soil was linearly and positivelycorrelatedwithsoilmoisturecontent,withacoefficientofdeterminationof0.9399.ConclusionThemoisturecontentoftheexposedpartofthewoodenstructuresofthesiteisinastatethatthedevelopmentofwood decay has stopped,and the moisture content is mainly affected by the seasonal changes in airtemperatureandhumidity.Themajorityofthewoodenstructuresinthesiteisburiedinthesoil,andtheirmoisture content is within the range of wood decay and development.The main factor affecting theirmoisturecontentisthesoilmoisturecontent.Groundwaterhasalmostnoeffectonthewatercontentofthewoodenstructuresofthesite.Key words:Jinzhongdu Watergate Site;wooden structure;wood decay;soil moisture content;woodmoisturecontent;equilibriummoisturecontent位于北京市丰台区的金中都水关遗址是迄今所发现的唯一一处完整的金中都建筑遗址，也是国内目前所发现的规模最大，保存最为完整的一处水关遗址。其建筑年代在公元 11511153 年，水关跨城墙而建，水流经过水涵洞从北向南穿城墙而出，流入护城河。水关整体为石木结构，其中基础是木结构，上层建筑为砖石结构。其木结构的用料加工以及连接工艺充分展现了宋金时代我国建筑的工艺水平，具有珍贵的考古和科学价值13。该水关遗址于 1991年被发现、挖掘，木结构从开始发掘到现在，北京市地下水位逐年下降，所在的辽金城垣博物馆建筑经历了多次优化修缮，使遗址室内从潮湿闷热逐渐变为干燥通风，极大地改善了其保存环境。2001 年，由中国林业科学研究院木材工业研究所木材保护专家和技术人员对水关遗址的擗石桩类木构件进行了防腐处理，使擗石桩类木构件得到了保护。但由于遗址前期保存环境的恶劣，以及随着时间的推移和擗石桩防腐剂功效减弱、消失，如今遗址内有防腐保护的木构件均有严重的腐朽，而没有防腐保护的木构件则因为腐朽导致材料缺失及其严重，基本上完全失去力学性能。木结构的病害降低了其力学性能甚至造成遗址砖石结构越来越严重的部分形变和塌陷，一定程度上对水关遗址的存续产生威胁。检测水关遗址木结构含水率和保存环境是否满足其长期保存刻不容缓。木材自身的含水率对木材腐朽的发展有决定性的影响4，所以研究遗址木结构含水率及其影响因素，探明其现状和发展规律是十分必要的，可以为下一步抑制遗址木结构进一步腐朽、提出更有效的遗址木结构保护措施，提供基础数据支持。木材腐朽主要是由褐腐菌、白腐菌、软腐菌等真菌侵蚀造成的。一般的腐朽真菌适合于在含水率30.0%50.0%的木材里生长，但软腐菌生长上限含水率能达到 80.0%。木材含水率低于纤维饱和点（大多树种为 30%左右）时，真菌就不太生长，所以将木材含水率控制在 25.0%以下，是有效控制真菌腐朽的措施57。另外，木材作为生物