廣東瓊楠木材物理力學(xué)性能研究

韋鵬練 賴欽昌 劉 衡 符韻林

（1. 廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004；2. 廣西壯族自治區(qū)南寧樹木園，廣西 南寧 530031）

廣東瓊楠（Beilschmiedia fordii）， 樟科（Lauraceae）瓊楠屬（Beilschmiedia）常綠喬木，主要分布于我國廣東、廣西、四川等地，其生長迅速、樹干通直、木材材質(zhì)細密，是潛在的優(yōu)良用材樹種[1-2]，種植推廣價值較高。目前，關(guān)于廣東瓊楠的研究，主要集中于其分類識別[3-6]、種群結(jié)構(gòu)特征[7-9]以及植物生理[10-11]等方面，此外還對其人工林生長規(guī)律和木材生材性質(zhì)進行了研究[12-13]，極大促進了廣東瓊楠的森林培育和種植推廣。但在有關(guān)木材工程應(yīng)用方面，關(guān)于廣東瓊楠木材物理力學(xué)性質(zhì)和木材利用的研究尚未見報道；而木材物理力學(xué)性能是木材性能的基礎(chǔ)指標(biāo)，對木材的合理利用具有重要的指導(dǎo)意義。鑒于此，為了使廣東瓊楠木材得到合理利用，本研究依據(jù)我國國家標(biāo)準(zhǔn)對其物理力學(xué)性能進行測定、分析及評價，為廣東瓊楠木材的合理利用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

試樣采于南寧市良鳳江國家森林公園（東經(jīng)108°15′14″～108°22′22″，北緯22°34′31″～22°46′51″），樹齡33 a。海拔為80～220 m，年平均氣溫21.6 ℃，最熱月為7 月，最冷月為1 月，極端最高溫40.2 ℃，極端最低溫-2.1 ℃，年平均降水量為1 300 mm，屬南亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。

試樣采集依據(jù)GB/T 1927—2009[14]進行，在林地內(nèi)選取生長正常、具有代表性的樣木6 株，測定胸徑、標(biāo)明北向后伐倒，在樣木距地面1.3～3.3 、5.3 ～7.3 、9.3 ～11.3 m 處各截取2 m 長原木作為標(biāo)準(zhǔn)段，標(biāo)明編號及北向，氣干。試樣采集記錄表如表1 所示。

表1 試樣采集情況Table 1 Collection of tested samples

1.2 實驗儀器

CMT5504 型萬能試驗機（深圳新三思材料檢測有限公司，中國）、螺旋測微器（韋度電子，中國，精確到0.001 mm）、游標(biāo)卡尺（韋度電子，中國，精確到0.01 mm）、PRACTUM213-1CN 型電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限公司，德國，精確到1 mg）、干燥器（比克曼生物，中國）、202 型烘箱（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司，中國）、ZBC3000 型擺錘式?jīng)_擊試驗機（MTS 公司，德國）等。

1.3 實驗方法

物理性質(zhì)主要測定木材的密度和干縮性，力學(xué)性質(zhì)主要測定木材的順紋抗壓強度、抗彎強度、抗彎彈性模量、硬度及沖擊韌性。測試前，先根據(jù)GB/T 1929—2009[15]制作加工試樣，然后將試樣置于干燥的實驗室自然通風(fēng)氣干，再按照GB/T 1928—2009[16]中各項性能指標(biāo)相應(yīng)的檢測方法分別進行測試。數(shù)據(jù)使用Excel 軟件進行數(shù)據(jù)處理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 木材物理性能

廣東瓊楠木材物理性能測定結(jié)果見表2。

表2 廣東瓊楠木材的主要物理性能Table 2 The main physical properties of B. fordii wood

2.1.1 木材密度

由表2 可知，廣東瓊楠木材的基本密度、氣干密度和全干密度分別為0.649、0.738、0.700 g/cm3，顯著大于云南松（Pinus yunnanensis）[17]、擎天樹（Parashorea chinensis）[18]等木材。根據(jù)我國對木材氣干密度的分級標(biāo)準(zhǔn)[19]，廣西瓊楠木材的氣干密度屬于中等密度（0.551～0.750 g/cm3），接近重等密度（0.751～0.950 g/cm3）。

2.1.2 木材干縮性

由表2 可知，廣東瓊楠木材的徑向、弦向和體積氣干干縮率分別為2.982%、4.239%和7.242%，和閩楠天然林木材接近[20]。廣東瓊楠木材的差異干縮為1.421，根據(jù)我國對木材差異干縮的分級標(biāo)準(zhǔn)[19]，廣東瓊楠木材的差異干縮屬于?。?.21～1.60），干燥時不易發(fā)生翹曲、干裂，尺寸穩(wěn)定性較好。

2.2 木材力學(xué)性能

廣東瓊楠木材力學(xué)性能測定結(jié)果見表3。

表3 廣東瓊楠木材的主要力學(xué)性能Table 3 Mechanical properties of B. fordii wood

2.2.1 木材硬度

由表3 可知，廣東瓊楠木材的端面、弦面及徑面硬度分別為7 110、5 010 N 及4 770 N，三者的比例為1.000∶0.705∶0.671。根據(jù)我國對木材硬度的分級標(biāo)準(zhǔn)[19]，廣西瓊楠木材的端面硬度屬于硬，弦面硬度和徑面硬度屬于中（3 930～6 370 N），具有較好的耐磨損性能。

2.2.2 木材順紋抗壓強度

由表3 可知，廣東瓊楠木材的順紋抗壓強度為58.9 MPa。根據(jù)我國對木材順紋抗壓強度的分級標(biāo)準(zhǔn)[19]，廣西瓊楠木材的順紋抗壓強度等級為高等（55～82.3 MPa），高于市場上大部分木材[21]，是制作樁木、支柱的優(yōu)良用材。

2.2.3 木材抗彎性能

由表3 可知，廣東瓊楠木材的抗彎彈性模量為12.81 GPa。根據(jù)我國對木材抗彎彈性模量的分級標(biāo)準(zhǔn)[19]，廣西瓊楠木材的抗彎彈性模量等級為中。廣東瓊楠木材的抗彎強度為127.1 MPa，優(yōu)于櫸木（Zelkova schneideriana）[22]、柚木（Tectona grandis）[22]、橡膠木（Hevea brasiliensis）[22]、湖南鐵心杉（Cunninghamia lanceolata）[23]等木材。根據(jù)我國對木材抗彎強度的分級標(biāo)準(zhǔn)[19]，廣西瓊楠木材的抗彎強度等級為高等（117.7～166.6 MPa），具有較強的抗彎強度，適合作為橫梁、橋梁等用材。

2.2.4 木材沖擊韌性

由表3 可知，廣東瓊楠木材的沖擊韌性為100 kJ/m2。根據(jù)我國對木材沖擊韌性的分級標(biāo)準(zhǔn)[19]，廣西瓊楠木材的沖擊韌性等級為甚高等（＞58.8 kJ/m2），高于輻射松（Pinus radiata）[24]、火力楠（Michelia macclurei）[25]等樹種，是制作木梁、枕木、運動器械及船舶的理想材料。

2.3 廣東瓊楠木材品質(zhì)系數(shù)及綜合強度評價

2.3.1 廣東瓊楠木材品質(zhì)系數(shù)評價

廣東瓊楠木材的順紋抗壓強度品質(zhì)系數(shù)為798×105Pa，抗彎強度品質(zhì)系數(shù)為1 722×105Pa，木材綜合品質(zhì)系數(shù)為2 520×105Pa，屬于高等級材[26]。

2.3.2 廣東瓊楠木材綜合強度評價

木材綜合強度通常用木材順紋抗壓強度與抗彎強度之和來表示，用來評價木材作為承重構(gòu)件性能的優(yōu)劣。廣東瓊楠木材的順紋抗壓強度為58.9 MPa，抗彎強度為127.1 MPa，木材綜合強度為186 MPa，屬于綜合強度等級為高[27]。

3 結(jié)論

廣東瓊楠木材的氣干密度為0.738 g/cm3，屬于中等密度木材；徑向、弦向和體積氣干干縮率分別為2.982%、4.239% 和7.242%，差異干縮為1.421，木材尺寸穩(wěn)定性較好，干燥時不易發(fā)生翹曲和干裂。木材的端面硬度屬于硬，弦面硬度和徑面硬度屬于中，硬度較大；順紋抗壓強度和抗彎強度等級為高；抗彎彈性模量等級為中；沖擊韌性等級為甚高。廣東瓊楠木材的綜合品質(zhì)系數(shù)為2 520×105Pa，屬于高等級材；綜合強度為186 MPa，屬于綜合強度等級為高。

綜上所述，廣東瓊楠木材的綜合強度較高，可以考慮作為強度要求較高的承重構(gòu)件使用；沖擊韌性性能優(yōu)異，可以用于制作木梁、枕木、運動器械及船舶等；對硬度要求較高的場合亦可考慮使用該木材。