楨楠木材的物理力學(xué)性質(zhì)1)

李曉清 唐森強(qiáng) 隆世良 龍漢利 張 煒

(四川省林業(yè)科學(xué)研究院，成都，610081) (長(zhǎng)寧縣林業(yè)局) (四川省林業(yè)科學(xué)研究院)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)珍貴用材木材的需求與日劇增。木材物理力學(xué)性質(zhì)是木材主要材性指標(biāo)，對(duì)木材加工處理和利用都有著十分重要的實(shí)際意義，木材化學(xué)成分中抽出物含量影響著木材天然耐久性、材色和木材加工利用［1］。目前主要開展了人工林與天然林的比較［2-3］、立地條件［4-5］、經(jīng)營(yíng)措施［6-7］、病蟲害［8］對(duì)木材物理力學(xué)性質(zhì)的影響研究。

楨楠(Phoebe zhennan)為樟科常綠大喬木，是國(guó)家二級(jí)重點(diǎn)保護(hù)樹種［9］，是素以材質(zhì)優(yōu)良聞名于國(guó)內(nèi)外的特有珍貴用材和優(yōu)良觀賞樹種。其干形通直，材質(zhì)致密堅(jiān)韌，耐腐而不易反翹開裂，加工容易，削面光滑，紋理美觀，為上等建筑、家具、造船及工藝雕刻等木材，主要分布于四川、重慶、貴州、湖南和湖北省。目前尚未見對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)的系統(tǒng)研究，筆者對(duì)楨楠木材物理力學(xué)性質(zhì)做了較為系統(tǒng)的研究，以期為楨楠的開發(fā)和利用提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為培育楨楠資源和滿足人民生活對(duì)優(yōu)質(zhì)木材的需求提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)地概況

試材采自四川省宜賓市長(zhǎng)寧縣雙河伏頭村楨楠與楠竹天然混交林，104.89°E，28.33°N，海拔 492 m。試驗(yàn)地屬典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均氣溫18.3℃，年最高極端氣溫40.7℃，最低氣溫-4.2℃，1月平均氣溫8℃，3月中旬均溫達(dá)到12℃以上，7、8月是最熱月，均溫27.5℃以上，年均降水量1 104 mm，降水量集中在6—9月份，以8月份最多，12月份最少。平均日照時(shí)間1 112 h，年均空氣濕度83%，≥10℃的積溫為6 000℃左右。土壤為山地黃壤，土層深厚。

2 材料和方法

2.1 材料

測(cè)試樣木：樹高34 m，胸徑47 cm，樹齡94 a，枝下高8 m;樣木生長(zhǎng)地：海拔300 m，土壤為黃壤，土壤厚度＞100 cm。

2.2 試件制作及試驗(yàn)方法

按林分平均胸徑和平均樹高選取標(biāo)準(zhǔn)木2株伐倒(由于楨楠為我國(guó)特有的國(guó)家二級(jí)珍稀瀕危樹種，目前已列為名木古樹保護(hù)，采伐受到極為嚴(yán)格限制，因此只伐1株平均木)，將伐倒樣木距樹基部1.3 m處向上截取230 cm長(zhǎng)原木一段，根據(jù)樹齡，按20 a為1個(gè)處理制作各力學(xué)強(qiáng)度試材(表1)。試材的采集按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法》GB 1927-43—1991所規(guī)定的方法加工成木材基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、順紋抗剪強(qiáng)度、抗劈力、沖擊韌性、表面耐磨、硬度試樣，然后按上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，分別測(cè)定木材含水率、基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量及硬度等。

表1 試件制作

3 結(jié)果與分析

3.1 楨楠木材物理性質(zhì)

木材密度用以表示木材細(xì)胞壁物質(zhì)的多少，是木材諸項(xiàng)物理性質(zhì)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通?？梢愿鶕?jù)木材密度的大小估算木材的質(zhì)量，判斷木材的工藝性質(zhì)及其他物理性質(zhì)，它的大小與木材的強(qiáng)度、硬度、干縮、耐磨性和發(fā)熱值有很大的關(guān)系，還會(huì)影響木材的加工質(zhì)量、制漿得率和漿的質(zhì)量。木材密度受多種因子的影響，不同樹齡、不同部位、同種異株、同種不同生長(zhǎng)條件等，木材密度存在差異。楨楠木材基本密度隨年齡變化而變化(表2)。

木材作為承重結(jié)構(gòu)材料，它的品質(zhì)主要取決于密度。表2表明，楨楠木材基本密度在0.5 g·cm-3以上，在60～80 a間達(dá)到最大值0.54 g·cm-3，接近中等(0.56～0.75 g· cm-3)［10］，表明楨楠木材在40年生時(shí)，其木材基本密度變化趨于穩(wěn)定;而且，隨著樹齡增加，尤其是在80年生后，其木材基本密度開始降低。

表2 楨楠木材基本密度與年齡的關(guān)系

3.2 楨楠木材力學(xué)性質(zhì)

木材力學(xué)性質(zhì)是木材合理利用的一個(gè)重要依據(jù)，對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的解析在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中具有重要意義。楨楠木材力學(xué)性質(zhì)的測(cè)試結(jié)果見表3。抗彎強(qiáng)度S2高于S1，表明該項(xiàng)指標(biāo)隨著樹木年齡增加而增大，結(jié)果與金春德等人對(duì)赤松的研究結(jié)論一致［11］;但隨著年齡繼續(xù)增加，抗彎強(qiáng)度卻有減小的趨勢(shì)?？箯潖椥阅Ａ繀s表現(xiàn)出隨年齡增加而減少的趨勢(shì)，與文獻(xiàn)［4］研究結(jié)論不一致，可能是樹種或其他因素影響，還需要進(jìn)一步研究。順紋抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性、抗劈力、順紋抗剪強(qiáng)度隨著樹木年齡增大而增加，在S2或S3達(dá)到最大，隨后有所下降。硬度(端面、弦面和徑面)隨樹木年齡增加而增大，其大小順序?yàn)槎嗣嬗捕龋鞠颐嬗捕龋緩矫嬗捕?，此研究結(jié)論與石雷等人對(duì)印度黃檀木材物理力學(xué)性質(zhì)研究結(jié)論一致［12］。根據(jù)《木材物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》，劃分木材等級(jí)的指標(biāo)范圍(見表4)?？芍?，楨楠木材順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度屬中等，樹木在80年生時(shí)木材沖擊韌性屬高等，端面硬度屬很硬。力學(xué)性質(zhì)方差分析結(jié)果見表5。隨著楨楠樹木年齡增加，木材抗彎強(qiáng)度差異不顯著，但順紋抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性、抗彎彈性模量和端面硬度差異達(dá)到0.01顯著水平。

表3 楨楠木材力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

表4 木材等級(jí)指標(biāo)范圍

采用加權(quán)法［3］(其中沖擊韌性、硬度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗劈力、順紋抗剪強(qiáng)度及抗彎彈性模量的比重分別為1/11)，綜合評(píng)價(jià)楨楠木材的物理力學(xué)性質(zhì)。表3表明，楨楠木材在90 a內(nèi)，其木材力學(xué)性質(zhì)總的趨勢(shì)是隨年齡增大而更優(yōu)，這主要是抗彎彈性模量和硬度這兩個(gè)指標(biāo)決定。如果兼顧其它指標(biāo)，在楨楠栽培經(jīng)營(yíng)中，楨楠木材利用成熟期初步確定60～80 a。

表5 楨楠木材力學(xué)性質(zhì)差異的方差分析

4 結(jié)論

40年生的楨楠木材基本密度、順紋抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性、端面硬度屬中等，順紋抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性、抗劈力、順紋抗剪強(qiáng)度、沖擊韌性、端面硬度隨著樹木年齡增大而增加。在80年生時(shí)木材沖擊韌性屬于高等，端面硬度屬于很硬。如果兼顧其它指標(biāo)，在楨楠栽培經(jīng)營(yíng)中，楨楠木材利用成熟期初步確定60～80 a。通過(guò)對(duì)楨楠木材物理力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定，為更好地發(fā)揮其潛在利用價(jià)值，充分合理地利用楨楠木材和科學(xué)地加工利用具有重要的指導(dǎo)意義。大力營(yíng)造和培育楨楠人工林，促進(jìn)其快速生長(zhǎng)，這對(duì)滿足市場(chǎng)需求、促進(jìn)生態(tài)良性循環(huán)和林業(yè)可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

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