蔡如勝 蘇昌群 林 蕾 呂 培 俞友明 王 聰

(1霍山縣林業(yè)局 安徽霍山 237200；2湖州市林業(yè)科學(xué)研究所 浙江湖州 313000；3浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院 杭州 311300)

竹子生長(zhǎng)快，輪伐期短，竹材的生產(chǎn)利用具有很大的發(fā)展空間。毛竹 (Phyllostachys pubescens)是我國利用最廣的竹種，其材質(zhì)好、用途多、分布廣。竹材的物理力學(xué)性質(zhì)是竹材的主要質(zhì)量指標(biāo)，了解竹材的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)于提高竹材的利用效率具有重要意義。

安徽省霍山縣地處淮河以南、長(zhǎng)江以北，地理位置為北緯 31°03′—31°33′、 東經(jīng) 115°52′—116°32′，靠近毛竹天然分布的北部邊緣，其獨(dú)特的地理位置及氣候條件影響著毛竹材的各項(xiàng)特性，其中海拔是影響毛竹材力學(xué)性質(zhì)的重要因子。本文以安徽霍山不同海拔的毛竹材為試驗(yàn)材料，研究了海拔因子對(duì)竹材力學(xué)性質(zhì)的影響，可為培育優(yōu)質(zhì)材用竹林提供參考。

1 試材制備與測(cè)試方法

1.1 試材采集

2015年7月在安徽省霍山縣諸佛庵鎮(zhèn)毛竹科技園區(qū)，分別于海拔120、230、370、510和600 m的毛竹林中采集5年生毛竹各4株，共采集毛竹20株作為試驗(yàn)竹材。采集的毛竹要求長(zhǎng)勢(shì)正常，無病害及蟲害侵?jǐn)_，平均胸徑10 cm。將竹材分別編號(hào)后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。

1.2 試件加工

1)試件鋸截部位。根據(jù)測(cè)試內(nèi)容將竹材從基部向上鋸成3段，分別編號(hào)。為了保證不同海拔竹材試件取自毛竹稈上相對(duì)一致的位置，將毛竹圓筒從中間剖開，對(duì)稱取材，每一海拔的毛竹共制作48個(gè)試件。

2)試件規(guī)格與要求。毛竹竹材試件斷面應(yīng)互相平行，同時(shí)與側(cè)面保持垂直。不同測(cè)試指標(biāo)的試件其規(guī)格不同:測(cè)定基本密度的試件規(guī)格為10 mm×10 mm×t mm(t為竹壁厚)；測(cè)定干縮性的試件規(guī)格為10 mm×10 mm×t mm；測(cè)定抗剪強(qiáng)度的試件規(guī)格為160 mm×10 mm×t mm；測(cè)定順紋抗壓強(qiáng)度的試件規(guī)格為20 mm×20 mm×t mm；測(cè)定順紋抗拉強(qiáng)度的試件規(guī)格為280 mm×10 mm×t mm。

1.3 測(cè)試指標(biāo)

測(cè)定的竹材力學(xué)指標(biāo)包括氣干密度、全干密度、干縮性、順紋抗壓強(qiáng)度、順紋抗剪強(qiáng)度和順紋抗拉強(qiáng)度。

1.4 測(cè)試與分析方法

竹材各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定方法依據(jù) 《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法GB/T 15780-1995》進(jìn)行。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同海拔竹材的密度

竹材密度是衡量竹材材質(zhì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，顯著地影響竹材的力學(xué)性能。竹材密度與竹材纖維含量、纖維直徑及細(xì)胞壁厚度密切相關(guān)。不同海拔竹材的密度測(cè)定結(jié)果見表1?？梢钥闯觯煌０蔚拿癫拿芏却嬖谝欢ú町?，海拔370 m生長(zhǎng)的毛竹氣干密度最大，海拔600 m生長(zhǎng)的毛竹全干密度最高。在海拔370～600 m生長(zhǎng)的毛竹，竹材氣干密度和全干密度差異不明顯。

表1 不同海拔毛竹材密度

測(cè)定結(jié)果顯示，霍山毛竹材的氣干密度在0.533～0.675 g/cm3， 全干密度在 0.499～ 0.600 g/cm3。與我國其他毛竹主產(chǎn)區(qū)浙江[1-2]、江西[3]及安徽其他地區(qū)[4-5]的竹材密度相比，霍山竹材的氣干密度和全干密度均較低。

2.2 不同海拔竹材的干縮率

測(cè)定結(jié)果顯示 (圖1)，海拔因素對(duì)竹材的弦向、徑向氣干干縮率和弦向、徑向全干干縮率的影響均達(dá)極顯著水平 (P＜0.001)，表明海拔對(duì)毛竹的弦向、徑向干縮率影響較大。不同海拔間的竹材其縱向氣干干縮率和縱向全干干縮率差異不大。相同海拔的霍山毛竹竹材干縮率均呈現(xiàn)出弦向＞徑向＞縱向的特點(diǎn)，與王建和[6]研究結(jié)果相一致?；羯街癫牡母煽s率較小，表明竹材不易干裂，制備的竹質(zhì)人造板材不易變形。

圖1 不同海拔毛竹材各方向的干縮率

2.3 不同海拔竹材的抗壓性

測(cè)定分析結(jié)果顯示 (圖2)，海拔高度對(duì)竹材的順紋抗壓強(qiáng)度影響較大，在試驗(yàn)海拔范圍內(nèi)，竹材的順紋抗壓強(qiáng)度隨著海拔升高呈增大趨勢(shì)，海拔370～600 m范圍內(nèi)，竹材的順紋抗壓強(qiáng)度差異不大。

圖2 不同海拔毛竹材順紋抗壓強(qiáng)度

2.4 不同海拔竹材的抗剪強(qiáng)度

就不同海拔竹材的順紋抗剪強(qiáng)度而言 (圖3)，在試驗(yàn)海拔范圍內(nèi)隨海拔升高亦呈增大趨勢(shì)，在海拔370～600 m范圍內(nèi)，竹材的順紋抗剪強(qiáng)度差異不大。

2.5 不同海拔竹材的抗拉強(qiáng)度

測(cè)定分析結(jié)果顯示 (圖4)，海拔對(duì)竹材抗拉強(qiáng)度的影響與對(duì)竹材的抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度影響不同，在試驗(yàn)海拔范圍內(nèi)隨海拔升高竹材的順紋抗拉強(qiáng)度呈略微下降趨勢(shì)，但差異不大。

3 結(jié)論與討論

1)海拔因子對(duì)霍山毛竹竹材的密度有一定影響，隨海拔升高，竹材的氣干密度和全干密度呈增大趨勢(shì)，但差異不大?；羯矫裰癫牡臍飧擅芏葹?.533～0.661 g/cm3， 全干密度為0.499～0.600 g/cm3，略低我國浙江、江西等地的竹材相應(yīng)指標(biāo)。

圖3 不同海拔毛竹材順紋抗剪強(qiáng)度

圖4 不同海拔毛竹材順紋抗拉強(qiáng)度

2)海拔因子對(duì)霍山毛竹材的弦向和徑向氣干干縮率和全干干縮率均有極顯著的影響，但對(duì)竹材的縱向氣干干縮率和縱向全干干縮率影響不大?；羯矫癫母煽s率相對(duì)較小，表明竹材不易干裂，制備的竹質(zhì)人造板材不易變形[7-8]。

3)竹材的抗壓性是毛竹重要的力學(xué)特征之一。海拔因子對(duì)霍山毛竹材的順紋抗壓強(qiáng)度、順紋抗剪強(qiáng)度有顯著影響，但對(duì)順紋抗拉強(qiáng)度影響不大。不同海拔的霍山毛竹材抗壓強(qiáng)度為40～56 Mpa，與松木 (40～65 MPa)[9]、 麻櫟 (50～70 MPa)[10]等高強(qiáng)度木材相當(dāng)，表明霍山毛竹材可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)木材做建筑支撐柱等承重材料。霍山毛竹材的抗剪強(qiáng)度為9.1～10.7 Mpa，與椴木、烏桕及側(cè)柏等建筑用木材抗剪性能相當(dāng)；抗拉強(qiáng)度在170 Mpa左右，高于常用木質(zhì)建筑材料樹種，如馬尾松為70～90 MPa[9，11]。因此，霍山竹材經(jīng)合理加工可以替代傳統(tǒng)木質(zhì)建筑材料。

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