嚴(yán)壯洧，陳柏旭，李 炎，符韻林，聶海泉

(1.國(guó)營(yíng)蒼梧縣天洪嶺林場(chǎng)，廣西 蒼梧 543100；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

土貢松木材干燥特性研究

嚴(yán)壯洧1，陳柏旭2，李 炎1，符韻林2，聶海泉1

(1.國(guó)營(yíng)蒼梧縣天洪嶺林場(chǎng)，廣西 蒼梧 543100；2.廣西大學(xué)林學(xué)院，廣西 南寧 530004)

本文利用百度試驗(yàn)法對(duì)土貢松木材的干燥特性進(jìn)行研究，制定厚度為25 mm的土貢松木材的干燥基準(zhǔn)。研究結(jié)果表明，依據(jù)百度干燥試驗(yàn)中干燥缺陷及干燥速度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土貢松試件無(wú)內(nèi)裂現(xiàn)象，截面變形程度小，干燥速度快，其特性等級(jí)均為1級(jí)；初期開裂和扭曲變形是土貢松試件的主要干燥缺陷，其特性等級(jí)均為2級(jí)；綜合特性等級(jí)為2級(jí)。本實(shí)驗(yàn)為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中土貢松干燥工藝提供理論依據(jù)。

土貢松；百度試驗(yàn)法；干燥特性

土貢松是由馬尾松的種子培育出來(lái)的優(yōu)良種源，其木材材性與馬尾松較為相近，其名稱根據(jù)地方而命名。目前，土貢松的木材應(yīng)用較為廣泛，常應(yīng)用于建筑、橋梁、造紙及家具等行業(yè)中。土貢松的木材有光澤，與馬尾松一樣具有濃厚松脂氣味，但其結(jié)構(gòu)粗，不均勻，容易產(chǎn)生變形、開裂現(xiàn)象，在一定程度上限制了土貢松在各方面的應(yīng)用，阻礙了土貢松在市場(chǎng)上的經(jīng)濟(jì)效益。本試驗(yàn)主要是利用百度試驗(yàn)法對(duì)土貢松的干燥特性進(jìn)行研究，制定出合理的干燥基準(zhǔn)，為土貢松的干燥工藝提供理論基礎(chǔ)，改善土貢松木材的性質(zhì)，減少木材的變形與開裂的現(xiàn)象，提高木材的利用價(jià)值，使土貢松木材的應(yīng)用更為廣泛。

目前，針對(duì)馬尾松各方面的性能已有深入的研究，其中主要有宋光喃等人對(duì)黃山馬尾松的順紋剪切性能進(jìn)行研究[1]，研究結(jié)果表明其材料剪切強(qiáng)度性能良好，符合GB50005-2003《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的標(biāo)準(zhǔn)，可供其為結(jié)構(gòu)用材；張秀標(biāo)等人對(duì)馬尾松膠合木順紋植筋抗拔性能進(jìn)行研究[2]，研究結(jié)果表明馬尾松膠合木的順紋植筋連接強(qiáng)度較好，在抗拔破壞實(shí)驗(yàn)中主要出現(xiàn)3種破壞模式—筋桿撥出、木材開裂植和植筋桿屈服；還有馬尾松優(yōu)良種源的培育[3]、原木品質(zhì)應(yīng)力波法試驗(yàn)及其缺陷等方面的研究[4]。在干燥特性方面，有刁海林等人對(duì)馬尾松的干燥特性進(jìn)行研究[5]，盧偉東等人對(duì)馬尾松木材微波真空干燥特性進(jìn)行研究[13]，研究結(jié)果表明馬尾松的干燥綜合特性等級(jí)為2級(jí)。

土貢松試材采集于天洪嶺林場(chǎng)，天洪嶺林場(chǎng)位于廣西梧州市蒼梧縣，該縣地屬低丘，土壤主要是砂頁(yè)巖發(fā)育的紅壤。蒼梧縣屬于亞熱帶氣候，氣候溫和，雨量充沛，年均氣溫為21.2 ℃，年均降雨量約為1 500 mm，其降雨量主要集中在4-9月份，約占全年降雨量的80%。試驗(yàn)樣木按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試材采集方法》(GB/T 1927-2009)[6]進(jìn)行采集， 共采伐2株，其胸徑分別為54.7、56.7，其樹高分別為37.7、25.7 m，樹齡為49年。待樣木伐倒后，沿著樣木樹高的方向截取1.3～3.3，5.3～7.3，9.3～11.3，13.3～15.3，17.3～19.3 m共5段作為試驗(yàn)?zāi)径巍?/p>

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料(表1)

表1 土貢松試件

1.2 試驗(yàn)器材

101A-2型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱(上海東星建材試驗(yàn)設(shè)備有限公司)、電子天平(精度0.01 g)、刻度尺(精度1 mm)、塞尺(0.02～1.00 mm)、數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精度0.01 mm)、游標(biāo)卡尺(精度0.02 mm)

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用百度試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，具體方法如下：

(1)干燥前。對(duì)試件進(jìn)行標(biāo)記測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量試件的實(shí)際尺寸(包括長(zhǎng)、寬、高)，精確到0.01 mm；用電子天平稱重，精確到0.01 g。

(2) 干燥過(guò)程。將試件沿著紋理方向水平側(cè)立于100±2 ℃的恒溫干燥箱內(nèi)干燥，觀測(cè)試件在干燥過(guò)程中產(chǎn)生干燥缺陷情況(包括端裂、端表裂、表裂和貫通裂)，試驗(yàn)初期每隔0.5 h觀測(cè)1次，1 h后每隔1 h觀測(cè)1次，當(dāng)裂縫開始愈合時(shí)，每隔2 h觀測(cè)1次，裂縫幾乎愈合完全時(shí)，每4 h觀測(cè)1次。每次觀測(cè)還需對(duì)試件進(jìn)行稱重，記錄重量變化情況。

(3)干燥結(jié)束。待稱量試件2次的重量基本不變時(shí)，停止烘干。并將試件稱重，測(cè)量試件實(shí)際尺寸(包括長(zhǎng)、寬、厚)以及試件的順彎度、扭曲度、瓦彎度、橫彎度。沿試件的長(zhǎng)度方向的中央鋸取15 mm寬的試驗(yàn)片，用做含水率的測(cè)定并推算出試件的全干重。在被鋸切試件的新截?cái)嗝嬗^測(cè)內(nèi)裂及截面變形的情況。

2 結(jié)果與分析

弦切板和徑切板的初含水率介于95.31%～123.03%之間，均高于50%，符合百度試驗(yàn)法的要求。中心板試件的含水率僅為33%，這是由于邊材形成心材的過(guò)程中，生活細(xì)胞死亡，細(xì)胞腔出現(xiàn)單寧、色素、樹膠、樹脂以及碳酸鈣等沉積物，水分輸導(dǎo)系統(tǒng)阻塞，滲透性降低，土貢松發(fā)展成為成熟材的過(guò)程中，心材的含水率逐漸降低，而試驗(yàn)樣木為樹齡49年的老樹，心材細(xì)胞的細(xì)胞腔已充滿沉積物，導(dǎo)致心材含水率較低。由于中心板的含水率僅為33%，低于50%，不符合百度試驗(yàn)法的試驗(yàn)要求，因此，本次試驗(yàn)不對(duì)中心板進(jìn)行分析。本試驗(yàn)評(píng)定木材干燥特性等級(jí)的依據(jù)為弦切板，徑切板和中心板僅作為對(duì)比試驗(yàn)。

2.1 土貢松木材干燥缺陷等級(jí)的確定

分析百度試驗(yàn)法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[7-8]確定土貢松的干燥缺陷等級(jí)如表2。

表2 土貢松試件干燥缺陷等級(jí)

2.2 干燥特性分析

(1)初期開裂。在干燥初期，木材表面的水分蒸發(fā)較快，其含水率低于纖維飽和點(diǎn)，而木材內(nèi)部的水分緩慢的往表面移動(dòng)，其含水率仍高于纖維飽和點(diǎn)，導(dǎo)致木材內(nèi)外含水率差異過(guò)大，當(dāng)木材表面形成的拉應(yīng)力大于細(xì)胞間的的結(jié)合力時(shí)，木材出現(xiàn)初期開裂[9-10]。

試驗(yàn)開始0.5 h后進(jìn)行第1次觀測(cè)，弦切板和徑切板無(wú)任何裂紋出現(xiàn)；1 h后，7號(hào)徑切板出現(xiàn)端裂，最長(zhǎng)的裂紋長(zhǎng)、寬分別8 mm、0.1 mm；2 h后，6號(hào)徑切板出現(xiàn)端裂；3 h后，1～4號(hào)弦切板出現(xiàn)端表裂，其中2號(hào)同時(shí)出現(xiàn)端裂，5號(hào)弦切板無(wú)任何缺陷，最長(zhǎng)的端表裂長(zhǎng)、寬分別為12 mm、0.2 mm，最長(zhǎng)的端裂長(zhǎng)、寬分別為5 mm、0.15 mm，初期開裂等級(jí)達(dá)到2級(jí)。隨著干燥的進(jìn)行，試件的裂紋數(shù)量不斷增加，且裂紋的長(zhǎng)度和寬度也在不斷發(fā)展，直到第8 h左右，初期開裂發(fā)展到最大值，所有的試件均出現(xiàn)端裂、端表裂和表裂，其中2號(hào)和4號(hào)弦切板各出現(xiàn)1條貫通裂，最長(zhǎng)的貫通裂長(zhǎng)、寬分別為90 mm、0.5 mm。繼續(xù)隨著干燥的進(jìn)行，裂紋開始愈合，干燥結(jié)束時(shí)，2～5號(hào)弦切板各有1條端裂未愈合，1號(hào)弦切板有1條表裂未愈合。根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)可知，初期開裂是土貢松木材的主要干燥缺陷，因此，在干燥初期時(shí)，應(yīng)當(dāng)控制干濕球溫度差不宜過(guò)大，且初期溫度不宜過(guò)高，以保證木材干燥質(zhì)量。

(2)內(nèi)裂。內(nèi)裂主要發(fā)生在干燥后期，與干燥初期的干濕球溫度差、初期溫度及末期溫度關(guān)系較大[11]。干燥結(jié)束后，觀測(cè)試件的新截?cái)嗝?，全部試件均無(wú)內(nèi)裂現(xiàn)象，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)。

(3)截面變形。截面變形與木材皺縮特性有關(guān)[12]。試驗(yàn)表明，土貢松的截面變形程度比較輕，弦切板的截面變形值介于0.18～0.42 mm，平均值為0.29 mm，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)；徑切板的截面變形平均值為0.55 mm。徑切板的截面變形程度較弦切板嚴(yán)重。

(4)扭曲。木材自身構(gòu)造不正常容易導(dǎo)致木材在干燥后產(chǎn)生扭曲的現(xiàn)象。試驗(yàn)表明，土貢松弦切板的扭曲值介于0～5 mm，平均值為1.75 mm，評(píng)定等級(jí)為2級(jí)；徑切板的扭曲平均值為0.75 mm。弦切板的扭曲程度較徑切板嚴(yán)重。

(5)干燥速度。在百度試驗(yàn)法中，干燥速度是指木材含水率從30%降至5%所需要的時(shí)間。土貢松木材干燥過(guò)程中含水率變化曲線如圖1。本試驗(yàn)中土貢松試件的干燥過(guò)程總用時(shí)46 h，弦切板和徑切板的初含水率平均值分別為119.93%和100.81%，干燥結(jié)束時(shí)弦切板和徑切板的含水率平均值都為0.01%，弦切板和徑切板全程平均干燥速度分別為2.61%·h-1和2.19%·h-1；弦切板和徑切板含水率由初始值降至30%平均用時(shí)分別為6.66 h和6.55 h，該過(guò)程平均干燥速度分別為13.50%·h-1和10.81%·h-1；各弦切板試件含水率從30%降至5%用時(shí)介于7.31～7.98 h，平均用時(shí)為7.70 h，平均干燥速度為3.25%·h-1，評(píng)定等級(jí)為1級(jí)；徑切板試件含水率從30%降至5%平均用時(shí)為10.35 h，平均干燥速度為2.41%·h-1。從結(jié)果分析可知，土貢松的干燥速度較快，屬于易干類木材。

圖1 土貢松含水率變化曲線

(6)順彎、瓦彎和橫彎。板材在干燥過(guò)程中，倘若干燥基準(zhǔn)制定得不夠合理，干燥不均勻，就會(huì)導(dǎo)致板材的長(zhǎng)度方向產(chǎn)生彎曲。試驗(yàn)表明，土貢松弦切板的順彎、瓦彎和橫彎值分別為0.25～0.4、0.5～1.2 mm和0～0.5 mm，其平均值分別為0.29、0.84和0.35 mm；徑切板的順彎、瓦彎和橫彎平均值分別為0.33、0.58和0.28 mm。整體上，土貢松的變形水平均較低。為了降低板材的變形程度，使干燥后的板材質(zhì)量更加高，必須要制定出較為合理而準(zhǔn)確地干燥基準(zhǔn)。

2.3 干燥基準(zhǔn)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)定出土貢松的三種主要干燥缺陷等級(jí)后，參考相關(guān)文獻(xiàn)[7]中“與干燥缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的干燥條件”，確定土貢松試件干燥初期溫度、初期干濕球溫度差及末期溫度，如表3所示，選出各溫度和干濕球溫度差最低條件作為確定土貢松木材干燥基準(zhǔn)的基本條件。

根據(jù)表2確定：初期溫度為70 ℃，干燥初期干濕球溫差為4 ℃，終期溫度為95 ℃。由分析結(jié)果可知，初期開裂和扭曲變形是土貢松的主要干燥缺陷。木材初期開裂程度與干燥初期干濕球溫度差關(guān)系最大，與初期溫度關(guān)系次之，與末期溫度和末期干濕球溫度差關(guān)系最小。木材的扭曲變形主要是由于木材自身構(gòu)造不正常，如螺旋紋理或是交錯(cuò)紋理的板材在干縮后會(huì)發(fā)生扭彎。因此，對(duì)土貢松進(jìn)行干燥時(shí)，干燥初期控制干濕球溫度差不宜過(guò)大，且適當(dāng)控制初期溫度使其緩慢上升，盡量減少初期開裂的出現(xiàn)，保證土貢松的干燥質(zhì)量；中后期可適當(dāng)增大升溫幅度，以提高干燥效率；后期可適當(dāng)調(diào)低溫度，避免扭曲變形的發(fā)生。

表3 土貢松干燥初步條件

土貢松為針葉材，弦切板的初含水率平均值為119.93%，參考相關(guān)文獻(xiàn)[7]中表“含水率與干濕球溫度的關(guān)系(針葉樹材)”，制定出25 mm厚土貢松木材的干燥基準(zhǔn)，如表4所示。

表4 土貢松木材(25 mm)干燥基準(zhǔn)

通過(guò)百度試驗(yàn)法，參考相關(guān)文獻(xiàn)[5]中的“干燥時(shí)間的估算圖”估算出土貢松的干燥時(shí)間。由土貢松含水率變化曲線(圖1)可知，試件含水率降至1%所需的時(shí)間為24 h，可得干燥時(shí)間約為7.5 d；初期干濕球溫度差為4 ℃，可得干燥時(shí)間約為6 d；計(jì)算得兩者的平均值為6.75 d，即得土貢松板材(厚度為25 mm)在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至10%所需的時(shí)間。

3 結(jié)論

百度試驗(yàn)結(jié)果表明，土貢松的主要干燥缺陷主要是初期開裂和扭曲變形，其評(píng)定的等級(jí)均為2級(jí)。土貢松為易干類木材，干燥速度快，周期短，弦切板含水率從30%降至5%平均用時(shí)僅為7.70 h，平均干燥速度為2.41%·h-1；土貢松在干燥過(guò)程中截面變形程度較小，且無(wú)內(nèi)裂現(xiàn)象。土貢松干燥速度、截面變形和內(nèi)裂評(píng)定的特性等級(jí)均為1級(jí)。

通過(guò)百度試驗(yàn)法，分析試驗(yàn)結(jié)果，制定出了制定出25 mm厚土貢松木材的干燥基準(zhǔn)，土貢松的初期溫度為70 ℃，干燥初期干濕球溫差為4 ℃，終期溫度為95 ℃，土貢松板材(厚度為25 mm)在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至10%所需的時(shí)間為6.75 d。為在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的干燥工藝提供理論基礎(chǔ)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

與馬尾松的干燥特性相比，土貢松的前期開裂程度較馬尾松的嚴(yán)重，但其截面變形程度比馬尾松低，兩者的綜合特性等級(jí)均為2級(jí)，厚度為25 mm的板材在強(qiáng)制循環(huán)干燥窯內(nèi)干燥至10%所需的時(shí)間均為6.75 d[5]，說(shuō)明兩者的木材材性較為相近。所以，土貢松與馬尾松一樣能廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

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Wood Drying Properties ofPinusmassonianaLamb

YAN Zhuang-wei1,CHEN Bo-xu2,LI Yan1,FU Yun-lin2,NIE Hai-quan1

(1.TianhonglinForestFarm,CangwuCounty,Guangxi543100; 2.CollegeofForestry,GuangxiUniversity,Nanning,Guangxi530004)

The drying properties ofPinusmassonianaLamb wood were studied by test at the temperature of 100 ℃ and a drying schedule of 25 mm thick Pinus massoniana Lamb wood was formulated. The results show thatPinusmassonianaLamb specimens have no internal crack through the test,the cross section deformation degree is small,drying speed is fast and the drying property is at grade 1 according to the drying test standards. The initial cracking and distortion is the main drying defects ofPinusmassonianaLamb specimen,the property concerned is grade 2. The comprehensive property of wood drying is grade 2.

PinusmassonianaLamb; 100 ℃ test method; drying characteristics

2015-02-10

嚴(yán)壯洧(1964-),男,廣西蒼梧縣人,林業(yè)工程師,研究方向:森林培育與林業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)。E-mail：yanzw06@126.com。

S782.31

A 文章編號(hào):1001-2117(2015)03-0004-04