油杉木材物理力学性质讨论.docx

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1、油杉木材物理力学性质讨论摘要：对油杉Keteleeriafortunei木材的物理与力学性质进行测定与比拟，结果表明，油杉木材的气干密度为0.576gcm-3，全干密度为0.544gcm-3，属中密度木材。油杉木材的气干径向、弦向和体积干缩系数分别为4.408%、3.272%和7.892%，气干差异干缩为1.347，油杉木材具有不易开裂和变形的特征。油杉木材的抗弯强度、顺纹抗压强度分别为92.701、57.217Mpa，端面、弦面和径面硬度分别为4635.9、3420.8和3606.8N，其抗弯强度、顺纹抗压强度和硬度均属中等。50年生油杉木材的物理力学性质优于22年生马尾松Pinusmass

2、oniana、湿地松Pinuselliottii和28年生杉木Cunninghamialanceolata、秃杉Taiwaniacryptomerioides。关键词：油杉；木材；物理性质；力学性质；差异比拟油杉Keteleeriafortunei为松科大乔木，喜光树种，根系粗壮、发达，对土壤的适应性较广，适宜干旱环境。其树干端直，木材黄褐色，材质重，纹理直，耐水湿，抗腐性强，是珍贵的用材树种12。目前关于油杉的研究主要集中在生物学和生态学特性以及育苗和造林等方面3，未见对油杉木材材性研究的报道。本文对取自福建省永春县的油杉试材进行物理力学性质测定，并与马尾松Pinusmassoniana、湿

3、地松P.elliottii、杉木Cunninghamialanceolata、秃杉Taiwaniacryptomerioides木材进行比拟，为油杉木材的加工利用提供技术参数。1材料与方法1.1试验地大概情况试验地在福建省永春县桃城镇大坪村湖内，海拔490590m，地理坐标为东经1181744，北纬252105。土壤类型为山地红壤，土层深厚，立地质量等级为II级，林下植被主要为亚热带常绿阔叶树种和蕨类植物。属南亚热带季风气候区，气候暖和湿润，雨量充沛，年均降水量1676.3mm，极端最高温39.2，极端最低温3.2，年均气温20.4，10年均积温6984，年无霜期310d。群落面积约2hm2，

4、2000年划为自然保护小区13。1.2试材采集在试验山场的上坡、中坡和下坡三处各设1个10m10m样地，在各样地选择标准木1株，共选取标准木3株。标准木树龄50年，平均树高22.66m，平均胸径23.81cm。标准木伐倒后，在0m、1.3m、1.5m及以上按2m区分段，分别取5cm厚圆盘；在1.3m以上部位截取2m试材各一段，将每个圆盘和每段试材分别编号。1.3方法根据GB/T1929-2009（木材物理力学试材锯解及试样截取方法）对油杉试材初步加工，加工的试材进行自然气干后，再根据（木材物理力学性质试验方法）(GB/T1932、1933、1934.2、1935、1936.1、1941-200

5、9)进行各项物理力学性能测定。采用全数字电子万能材料试验机和摆锤式冲击试验机对各项力学强度指标进行测定。测定的有效样本数为30个。将50年生油杉木材的物理力学性质与22年生马尾松和湿地松4、28年生杉木和秃杉5木材的物理力学性质进行比拟。2结果与分析2.1油杉木材物理性质2.1.1木材密度木材密度是直接反映木材性质的重要指标，影响着木材的抗压强度和抗弯强度等木材力学指标，木材密度与力学强度呈正相关关系6。从表2能够看出，油杉木材的气干密度为0.576gcm-3，全干密度为0.544gcm-3。根据（木材的主要物理力学性质分级表）7，油杉木材属于中密度木材(气干密度0.5510.750gcm-3

6、)。2.1.2干缩性干缩性能是木材性质的重要指标，直接影响木材和木制品的尺寸、性状和构造的稳定性以及使用性能的美观等8。油杉木材全干径向、弦向和体积干缩率分别为7.363%、5.397%和12.855%，木材气干径向、弦向和体积干缩率分别为4.408%、3.272%和7.892%(表2)。油杉木材干缩率较小，表明油杉作为用材时，具有尺寸稳定性好、变形小的优点。差异干缩(弦向干缩与径向干缩之比)是判定木材能否容易开裂及变形的重要根据。差异干缩数值偏大，讲明木材枯燥时容易发生翘曲和开裂；木材各方向的干缩较均匀，讲明木材尺寸稳定性较好9。根据木材差异干缩的大小，能够大致判定木材对特殊用材的适应性10

7、。油杉木材从湿材到全干状态，差异干缩为1.364，从湿材到气干状态，差异干缩为1.347，均小于2，讲明油杉木材不易开裂和变形。2.1.3湿胀性木材湿胀性反映木材吸水后的尺寸变化。沿各方向的尺寸变化不均匀会导致木材开裂和变形，进而影响木材制品的利用11。油杉木材的径向、弦向、体积气干湿胀率分别为3.195%、2.250%和5.708%，径向、弦向、体积饱水湿胀率分别为7.963%、5.715%和14.794%，差异湿胀分别为2.492、2.540和2.592(表2)。油杉木材湿涨率和差异湿胀较小，表明油杉木材尺寸稳定性较好。2.2油杉木材力学性质2.2.1抗弯强度木材的抗弯强度体现了木材承受静

8、力弯曲荷载的最大能力12。油杉木材的抗弯强度为92.701Mpa，根据（木材物理力学性质分级表），油杉木材的抗弯强度属于中等(88.1118.0Mpa)。2.2.2木材顺纹抗压强度木材的顺纹抗压强度体现了木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力10。油杉木材的顺纹抗压强度为57.217Mpa，根据（木材物理力学性质分级表），油杉木材的顺纹抗压强度属于中等(44.159.0Mpa)。2.2.3硬度木材硬度是指木材抵抗其他刚体压入的能力10。木材的硬度跟木材的密度密切相关，密度越大则硬度越高，反之则低13。油杉木材的端面硬度、弦面硬度和径面硬度分别为4635.9、3420.8、3606.8N，根据（木

9、材物理力学性质分级表），油杉木材的硬度属于中等(端面硬度40106500N)(表3)。2.3油杉与其他树种木材物理力学性质比拟将油杉木材物理力学性质与福建省主要造林树种马尾松4、湿地松4、杉木5和秃杉5等进行比拟(表4)。油杉木材的气干密度和全干密度最大，分别是马尾松、湿地松、杉木、秃杉的1.11、1.09、1.51、1.61倍和1.25、1.22、1.66、1.86倍。油杉木材的抗弯强度仅次于湿地松，分别是马尾松、杉木、秃杉的1.03、0.96、1.48、1.47倍。油杉木材的木材顺纹抗压强度最大，分别是马尾松、湿地松、杉木、秃杉的1.68、1.56、1.65、1.75倍。油杉木材的端面硬度

10、、弦面硬度和径面硬度均为最大。油杉木材径向气干干缩率、弦向气干干缩率和体积气干干缩率最大，分别是马尾松、湿地松、杉木、秃杉的1.53、1.51、3.22、3.36倍、1.70、1.66、1.14、1.20倍和1.61、1.59、1.83、1.91倍，但油杉木材的差异干缩最小，油杉各个方向的干缩比拟均匀。采用加权法综合评价木材物理力学性质(其中气干密度、全干密度、抗弯强度、木材顺纹抗压强度、端面硬度、弦面硬度和径面硬度的比重分别为1/7)，50年生油杉木材物理力学性质优于福建省主要造林树种22年生马尾松和湿地松、28年生杉木和秃杉。油杉木材的气干密度为0.576gcm-3，全干密度为0.544g

11、cm-3，属中密度木材。木材气干径向、弦向和体积干缩系数分别为4.408%、3.272%和7.892%，气干差异干缩为1.347，木材具有不易开裂和变形的特征。油杉木材的抗弯强度、顺纹抗压强度、端面硬度、弦面硬度和径面硬度分别为92.701Mpa、57.217Mpa、4635.9N、3420.8N和3606.8N，油杉木材的抗弯强度、顺纹抗压强度和端面硬度均属于中等。综合比拟，50年生油杉木材的物理力学性质优于22年生马尾松湿地松和28年生杉木、秃杉。根据对油杉生长规律的研究1，在快速生长期时，油杉树高年均生长0.55m，胸径年均生长0.61cm。目前，马尾松的松材线虫病害严重，而同为松科的油杉具有木材好、生长较快，抗病害性强和抗瘠薄等优点。因而，从木材利用和林木生长速度方面以丰富造林树种的角度考虑，油杉推广种植意义重大，具有较高经济价值和生态价值。