（森林工程专业论文）改性速生杨木木结构用材可行性研究.pdf

摘要 本文是围绕改性速生杨木作为木结构用材的可能性展开研究的。依据木材物理力学 试验方法( g b t 1 9 2 p 3 7 1 9 9 1 ) ，采用标准无疵小试件，按标准试验方法，规划设计了 五个种类试验，共制作试件3 0 0 余个，对改性速生杨木物理力学性质进行了试验研究，得 到了改性速生杨木的强度极限和弹性模量等力学指标，并对试验数据进行统计分析。 试验研究表明，改性速生杨木的气干密度0 6 1 4 9 c m 3 ，体积干缩系数0 5 1 6 。顺 纹抗压强度标准值2 9 7 4n r m - n 2 ，抗弯强度标准值6 8 1 0n r a m 2 ，抗弯弹性模量标准 值6 2 1 6n r a m 2 。按照木结构设计规范( g b 5 0 0 0 5 - - 2 0 0 3 ) 的相关计算方法，分析得出 改性速生杨木顺纹抗压强度的容许值为8 5 9 n m 2 ，抗弯强度容许值为1 0 0 1 n 咖2 通过对比试验，分别对影响木材物理力学性质的主要因素进行了分析，指出含水率是 影响木材密度的主要因子之一，在一定范围内( 8 1 5 ) ，改性速生杨木的密度与含水率成正 比。改性速生杨木的体积干缩率和体积干缩系数平均值分别为4 8 9 4 和0 5 1 6 ，表明改 性速生杨木干燥后尺寸和体积的变化属于中等。抗压强度与密度成正比，呈线性分布，抗 弯强度与密度的成正比，在。定范围内强度与含水率成反比。抗弯弹性模量与抗弯强度成 正比。改性速生杨木顺纹抗压强度和抗弯强度容许值满足木结构用材的要求。 基于改性速生杨木的物理力学性质，对照规范规定，可以确定，改性速生杨木用于园 林工程及建筑工程是可行和可能的，同时，其经济效益和社会效益是明显的。论文对改性 速生杨木适用范围、应用前景及值得继续研究的有关内容做了阐述。 关键词：改性速生杨木，力学性能，木建筑用材，可行性分析 f e a s i b i l i t ys t u d i e so nm o d i f i e df a s t g r o w i n gw o o do f p o p l a r f o rt i m b e rs t r u c t u r e a b s t r a c t t h ep o s s i b i l i t yo f m o d i f i e df a s t - g r o w i n gp o p l a ra p p l i e di nt i m b e rs t r u c t u r ew a ss t u d i e di n t h ep a p e r a c c o r d i n g t om e t h o d so fp h y s i c a la n dm e c h a n i c a lt e s t so fw o o d ( g b r 1 9 2 8 - 3 7 1 9 9 1 ) ，s t a n d a r ds m a l ls a m p l e sw i t h o u td e f e c t ss h o u l db eu s e d , a n df i v ek i n d so f e x p e r i m e n t sw e r ed e s i g n e dw i t hm o r et h a n3 0 0h u n d r e dt e s ts a m p l ea l t o g e t h e r , a n dp h y s i c a l a n dm e c l a n i c a lp r o p e r t i e so fm o d i f i e df a s t - g r o w i n gw o o do fp o p l a rm u s tb em e a s u r e d 倘 u l t i m a t es t r e n g t ha n de l a s t i cm o d u l u so f m o d i f i e df a s t - g r o w i n gw o o do f p o p l a rs h o u l db em a d e s u r et h r o u g ha n a l y z i n gd a t ab ys t a t i s t i c a lm e t h o d s e x p e r i m e n t ss h o w ：a i r - d r y i n gd e n s i t yw a s0 6 1 4g c m 3 ，c o e f f i c i e n to fc u b a g es h r i n k a g e w a s0 5 1 6 ，c o m p r e s s i o ns t r e n g t hp a r a l l e lt o 嘶n o r m a lv a l u ew a s2 9 7 4n r a m 2 ，b e n d i n g s t r e n g t hn o r m a lv a l u ew a s6 8 1 0n r a m 2 , m o d u l e so fe l a s t i c i t yw a s6 2 8 9n m m z a c c o r d i n g t oc a l c u l a t i o nm e t h o d so f t i m b e rs t r u c t u r ed e s i g n ( g b 5 0 0 0 5 - 2 0 0 3 ) ，t h em o d i f i e df a s t - g r o w i n g p o p l a r sa l l o w a b l es t r e s sw a so b t a i n e d s oa l l o w a b l es t r e s so fg r a i nc o m p r e s s i v es t r e n g t hw a s 8 5 9 n n m m z t h eb e n d i n gs t r e n g t hw a s1 0 0 1n m m 2 t h r o u g ht h ec o n t r a s te x p e r i m e n t ，s e v e r a lk i n d so f p r i m a r yf a c t o r sa f f e c t i n gw o o dp h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sd i f f e r e n t l ys h o u l db ea n a l y z e d t h ep a p e rs h o w e dt h a tw a t e rc o n t e n t w a so n eo ft h ei m p o r t a n t 丘l c t 0 培o fd e n s i t ya n dd e n s i t yi n c r e a s e dw i t ht h ew a t e rc o n t e n t a u g m e n ti nc o r t a l ns c o p e i ta l s oi n d i c a t e dt h a ti t sa v e r a g eo fs h r i n k a g er a t ew a s 4 8 9 4 a n d d r y i n gs h r i n k a g ec o e f f i c i e n tw a s0 5 1 6 m o d i f i e df a s t - g r o w i n gp o p l a rs h r i n k a g er a n k b e l o n g e dt om e d i u m t h ee x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a tc o m p r e s s i o ns t r e n g t hp a r a l l e lt o 触 i n c r e a s e d 、) l ，i md e n s i t ya n dr e d u c e dw i mt h ew a t e rr a t ei nc e r t a i ns c o p ef r o m8 t o1 5 s i m i l a r l y , b e n d i n gs t r e n g t hi n c r e a s e dw i t hd e n s i t ya n dr e d u c e dw i t ht h ew a t e rr a t e 知m8 t o 1 5 a tt h es a m et i m e ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nb e n d i n gs t r e n g t ha n db e n d i n ge l a s t i c i t y m o d u l u sw a sd i r e c tp r o p o r t i o n t h em o d i f i e df a s t - g r o w i n gp o p l a r sa l l o w a b l es t r e s so fg r a i n c o m p r e s s i v es t r e n g t ha n d t h eb e n d i n gs t r e n g t hw a sp r o v e dt os a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so f t i m b e r s t r u c t u r ed e s i g n b a s e do np h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fm o d i f i e df a s t - g r o w i n gw o o do fp o p l a r , t h a tt h em o d i f i e df a s t - g r o w i n gp o p l a ru s e si nt h eb o t a n i c a lg a r d e np r o j e c ta n dt h ea r c h i t e c t u r a l e n g i n e e r i n gi sf e a s i b l ew a si n d i c a t e d s i m u l t a n e o u s l y , i t se c o n o m ya n dt h es o c i a le f f i c i e n c y w e f ep m v e dt ob eo b v i o u s ，a n dt h er e l a t e dc o n t e n t sa b o u tt h ea p p l i c a b l es c o p e ，t h ea p p l i c a t i o n p r o s p e c ta n dt h et h o r o u g hr e s e a r c hs h o u l db ec x p l a i n e d k e yw o r d ：m o d i f i e df a s t - g r o w i n gp o p l a r ： m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ： t h ew o o da r c h i t e c t u r em a t e r i a l ： f e a s m n i t ys t u d i e s 本学位论文知识产权声明 本学位论文是在导师( 指导小组) 的指导下，由本人独立完成。 文中所引用他人的研究成果均已注明出处。对本论文研究有所帮助的 人士在致谢中均已说明。 基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林 业大学。对本学位论文，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。 研究生签名：砷j a 彳良 导师签名：- 4 鲁彳 醐一7 、良垃 致谢 首先，感谢尊敬的导师吴小平副教授对我的精心教导，栽培之恩，学生永不相忘 导师严谨治学、孜孜不倦的钻研精神、渊博的学识，丰富的实践经验，甘当人梯、诲人 不倦的学者风范以及言传身教使我受益匪浅导师不但给予学生科研能力方面的培养， 而且对我的生活给予了很大的关怀和帮助，我将终身难忘值此论文完成之际，谨向导 师致以最衷心的感谢争最诚挚的教意，祝导师身体健康，桃李天下! 在南京林业大学读研究生的两年时间里，土木工程学院和研究生院等部门的许多老 师和同学都在学习和生活上给予我很大的帮助特别是木材工业学院的卢晓宁教授对我 论文的完成提供了宝贵的帮助，在此表示感谢! 在本人的论文完成过程中也得到了木材工业学院实验室老师和项目组岳孔博士、章 瑞，许俊等同事的热情帮助，在此，向他们致以深深的谢意，并预祝他们学业有成，前 途似锦! 最后，向所有关心，帮助、爱护过我的老师、同学、朋友以及素人表示由衷的感谢! 孙月波 二零零七年六月于南京林业大学 改性速生杨木木结构用材可行性研究 1 1 课题研究意义 1 概述 随着科学与经济的发展，世界木材需求量将与日剧增。据联合国粮农组织f a o ( f o o d a n d a g r i c u l t u r eo r g a n i z a t i o n ) 预测，到2 0 1 0 年世界木材总消费量将达到4 6 5 9 亿一l l j 。木 材需求量如此迅猛增长，势必导致森林资源和生态平衡的严重破坏。世界各国普遍通过限 制木材的砍伐来保护生态环境，木材生产量逐渐下降，木材原料供应必将发生结构性变化， 工业用材将逐渐由天然林转向人工林。 从木材消耗量来看，我国人均仅有o 2 9i n 3 ，只有世界人均木材消耗量的o 5 8m 3 的 5 0 。现有森林资源年合理供给量为2 2 亿l n 3 ，仅占需求量的4 0 ，供需缺口很大。 为了配合天然林保护工程的实施，我国将每年调减木材产量5 0 0 万立方米，这就使 得我国本来就紧张的木材供应更是雪上加霜，加剧了木材供需的结构矛盾。为了缓解这个 矛盾，我国每年花费大量的外汇进口原木、锯材、单板、胶合板等各种林产品，此项支出 每年递增，到2 0 0 2 年，林产品已成为我国仅次于石油的第二大进口物资l z j 。随着世界各 国纷纷实施环境保护和可持续发展战略，世界范围内的木材供应量也日益减少，使得依赖 进口木材的可能性也越来越小。 为了满足经济发展对木材的要求，有关研究人员对当前形势进行了分析后认为，除了 合理利用森林资源，提高木材利用率之外，我们还必须依靠人工林资源的发展和高效利用。 我国长期致力于人工林、速生林的培育，现有人工林面积达到4 6 6 6 万公顷，居世界 首位。杨树是我国重要的人工林树种之一，目前仅江苏省杨树总面积有6 0 0 多万亩，总蓄 积量3 2 0 0 万立方米，占全省森林资源活立木总蓄积量的8 0 3 1 。杨树具有速生丰产的优 点，但是速生杨木本身存在着木质松软、硬度小、强度低、密度低、易翘曲变形等缺点。 现在主要用于生产胶合板的芯板，附加值低1 5 】。所以，速生林杨木虽然能解决木材紧缺和 保护生态环境等问题，但也不具备完全取代优质天然林木材的能力。 为了充分利用杨树资源，提高速生林杨木的品质，进一步缓解木材的供需矛盾，迫切 需要对杨木的进行二次开发和高效利用。对速生林杨木进行改性研究正是解决这一问题的 途径之一【4 】。杨木改性是针对杨木等速生材材质轻软、尺寸稳定性差，利用价值低等问题 展开的改性研究和生产试验【5 】，采用有机物单体浸渍杨木板材，充胀木材细胞壁，经加热 固化而成。通过改性处理，克服杨木尺寸稳定性差，易燃，不耐腐等固有缺陷，同时赋予 杨木某些特殊功能。 通过对速生杨木进行防腐、防蛀、尺寸稳定性等改性处理，解决其性能方面的一些缺 陷，拓展速生杨木的应用空间。杨木的改性研究，可以带动杨木加工工业的发展，提高杨 木产品的附加值和利用率，使得杨木相关的产品的价格上扬。提高农民的收入，促进农村 经济的发展促进杨树资源的开发利用，有利于杨树栽培业的发展。 随着我国城市园林绿化建设的快速推进，加上人们对回归自然、提高生活品质的要求 越来越高，园林产业将有巨大的发展空间。随着国外木业机构对我国木建筑的技术交流和 推广，随着国家政策对木质建筑的重视和引导，木结构建筑在我国的应用具有良好的发展 前景【6 】。这一切必然会增加木建筑对结构用材的需求，促进人工林木材的改性研究和新产 品开发。 若改性杨木能用于木结构建筑中，不仅能为木结构建筑提供新的原料来源，还能进一 步促进杨木产业的发展，提高农民种植杨树的积极性，使人工林的培育和林业资源保护进 入一个可持续的发展阶段。 改性速生杨木在建筑中的使用，迫切需要解决其使用性能方向的一系列问题。“改性 速生杨木木结构用材可行性研究”是江苏省农业项目改性速生杨木建筑用材应用研究 的一部分，是改性速生杨木进入结构用材的必要研究过程。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内研究现状 随着木材科学及其发展和，以及工程应用中一些迫切需要解决的问题的出现，木材性 能的研究引起人们的高度重视。 山东省林业科学研究院的王桂岩、王彦等学者采集1 3 种杨树试材，测试木材物理力 学性能。试验结果表明，1 3 种杨树全树木材心材率在1 4 6 3 4 1 ，生材含水率在 8 6 2 1 4 8 5 ，由生材干燥至含水率为1 2 所产生的干缩率在8 6 6 1 1 9 6 ，顺纹抗 压强度在2 5 ，6 3 8 5 m p a ，抗弯强度在4 8 7 7 3 0 m p a ，抗弯弹性模量在7 5 5 1 1 0 3 9 5 m p a 之间，冲击韧性在4 3 7 4 m 3 ，端面硬度在2 3 3 4 3 4 2 3 n 。说明了杨树如中林4 6 杨、 1 - 2 1 4 杨等品种，其心材含量较低，体积干缩率也较低，木材的密度、强度、硬度明显偏 低，属典型的软材树种，还不能用于工程结构中。【刀 南京林业大学的李大纲研究了7 个杨树新无性系和i 6 9 杨的木材物理力学性质。结 果表明，杨木新无性系的物理力学性质差异显着，某些强度指标低于1 6 9 杨，s 年生的 速生材尚不能完全替代1 1 年生的1 6 9 杨使用，因此不能作为建筑结构材使用。唧 南京林业大学的李大纲、周敏等学者分析了塑木复合材与木材的抗弯强度、抗弯弹性 模量、抗压强度和抗剪强度之间的差异，结果表明，塑木复合材的抗弯性能远低于鹅掌揪 和速生杨木；纵向抗压强度也低于木材的顺纹抗压强度，横向抗压强度为木材横纹抗压强 度的2 9 5 倍( i - 6 9 杨) 和3 7 4 倍( 鹅掌揪) ，纵向抗剪强度与木材的顺纹抗剪强度与木材相当。 说明塑木复合材的力学特征不明显，材料的抗弯、抗冲击和纵向抗压强度有待进一步提高， 应对其结构性能进行深入改进和提高，以提高它的应用范围。【9 1 中国林科院木材工业研究所的鲍甫成，张双保等学者以三倍体毛白杨和玻璃纤维为主 要原料，研制出三种不同组合形式的木材玻璃纤维复合板并分析了板的物理力学复合效 应。试验结果表明：该复合板的密度、抗弯强度、抗弯弹性模量得到很大提高，内结合强 2 度略有降低，吸水厚度膨胀率有增有减【i o l 。 中国林科院木材工业研究所的王金林，李春生等学者测量七个品系杨树木材的密度、 含水率、硬度及横纹抗弯性能。在旋切试验的基础上研究了杨木物理力学性质与旋切及单 板质量之间的关系。说明杨木为容易旋切的木材树种，一般木材的硬度大，相同旋切条件 下单板背面裂隙率也较大。i t l 由此可见，国内的专家正在关注和研究杨木的改性或木质复合技术，并设法拓展改性 杨木的应用领域。研究表明，速生杨木还不能直接用于工程结构中，通过杨木改性后，其 性质性能有所改变或提高。但在木结构中的应用还有待进一步的研究。 1 2 2 国外研究现状 长期以来，国外学者对于木材和各种木基质材料的研究非常活跃，主要着眼于：温 度、湿度对蠕变的影响，并侧重于湿度的影响；不同载荷对蠕变的影响；黏弹特性对 木材干燥的影响；以工程设计的角度研究木材及其构件的承载寿命及预测破坏时间； 近年来，人造板工业发展迅速，用途日趋广泛，对其黏弹性的研究亦逐渐深a t l 2 1 。 美国大多数课题是与人造板、木材利用、木材结构设计相结合。同时还进行许多跨学 科的研究，例如，将塑料，高聚物与木材的胶合，制成许多新型的复合材料等。英国注重 木材或木质材料制品的质量优化和功能化研究。譬如，木质材料经改性后或采用新工艺， 新技术加工后，制成尺寸稳定和高拒水性的人造板，利用木材碎料与其他材料混合制作高 性能的复合板材1 1 2 】。对木材和木质材料的保护和改性处理的研究仍然受到日本学者的重 视。研究特点是，注重把研究成果应用于实践，注重综合处理效果，对木材改性处理提出 更高的要求【1 3 】。 m h s c h n e i d e r ，a e w i t t 介绍改性木材产品的商品化历史【1 4 1 ，提出政府早期介入， 资本投入，和知识产权是改性产品可持续发展的主要影响因素。 因此，木材改性研究与应用方面，国外要领先于中国，特别是近年来，国外木材改性 技术有了很大的进展，尤其以日本、美国、俄罗斯及欧洲比较领先。这些技术在实际生产 应用中发展很快，经过改性处理的木材可以广泛用于建筑、家具、纺织器材、乐器和运动 器材上。此外还有用于体育用品、装饰品和工艺品掣1 5 1 。 1 3 研究内容 1 3 1 研究的主要内容 针对速生杨木的特点和本课题研究的目标，主要内容包括：改性速生杨木实验室制备 工艺；改性速生杨木物理力学的试验研究：密度，含水率等因素对木材材性的影响分析； 依据木结构设计规范的要求，确定改性速生杨木的容许应力：改性速生杨木木结构应用的 可行性分析。木材工业化开发利用前景的分析。 1 3 2 研究要解决的关键问题 依据课题的研究内容，本文的关键问题如下： ( 1 ) 改性速生杨木实验室的制备。 a 原材料的选择； b 速生杨木的防腐处理和强化处理。 ( 2 ) 改性速生杨木物理力学试验。 a 物理性能方面：改性杨木的密度和干缩率； b 力学性能方面? 改性杨木的抗弯强度、顺纹抗压强度，抗弯弹性模量。 ( 3 ) 改性速生杨木的容许应力。 ( 4 ) 改性速生杨木木结构用材的可行性分析。 a 适用性分析； b 经济成本分析； c 社会效益分析。 ( 5 ) 改性速生杨木工业化开发前景的分析。 1 3 3 研究的主要技术路线 原料选材 上 板材制作和干燥 0 la c q 防腐处理速生杨木的改性试验 低分子酚醛树脂浸胶处理 7 山 物理力学试验试件制作 上 物理力学试验 占 试验数据分析 上 改性速生杨木的容许应力 ， ， i 经济成本分析适用性分析 社会效益分析if 产业化前景 i 可行性分析 结论 4 改性速生杨木的实验室制备 速生杨木密度低、材质较差、强度较小，不足以作为结构材使用，如对杨木原材料 进行改性处理，则既可使其性质满足建筑用材的使用要求，又可以扩大杨木的使用范围。 在本试验中，对木材进行h c q 木材防腐处理。并采取常态下浸渍增强性树脂低分子酚 醛树脂的方法，提高速生杨木的物理力学性质，提高杨木的防腐性能和力学性能，为后期 的建筑应用和最终产品的制造提供可靠的保证。 2 1 原材选择 本试验采集的杨树树种为人工林i 7 2 杨。( a o p u l u sxe u r a m e r i c a l l ac v i - 7 2 “s a m m a r t i n o ) ，采集地点是江苏淮阴自马湖农场，生长环境为沟渠田垄，在林区内分散采集生 长正常，树干较圆满通直而无明显缺陷的1 5 年生杨树3 株，并在树干北侧削去一片树皮， 标明北向记号。u 州 在伐倒的样木上，自伐根至1 3 m 处以上部位截取一段长2 m 的原木做试材。为便于 运输，在原木试材的小头截面上，通过髓心划出南北方向线，平行于南北线两侧锯解成一 定厚度的中心板试材。对每一样木和试样都分别编号。待充分气干后做改性试验1 1 6 j 。 2 2 a c q 木材防腐处理 木材防腐处理是延长木材使用寿命和高效利用人工林木材的重要措施，但木材防腐及 对环境的影响亦越来越为人们所重视。目前的木材防腐剂对环境较为安全的要数美国化学 专业公司( c s i ) 研制的a c q 木材防腐剂。国内现已研制出国产的a c q 产品。 a c q 是季铵铜的缩写，其活性成分是铜和四价铵的混合物。它不含砷和铬，对人畜 非常安全，是一种环保型的木材防腐剂，而a c q 防腐木材抵抗木腐菌、白蚁及木材钻孔 虫的侵蚀并不亚于传统的c c a 防腐剂。a c q 防腐处理的木材不影响油漆。正确使用a c q 防腐剂处理木材可保证4 0 年内不受腐朽菌和白蚁的侵蚀。 a c q 木材防腐剂已获得美国a 、，a 的认可，并在全世界得到推广，a c q 作为新一代 的环保型的防腐剂将引导世界木材防腐工业的发展。 2 2 1 a c q 基本理化性能及防腐性能 a c q 为氨溶铜季铵盐，其主要活性成分是铜，以氧化铜( g u o ) 表示；另一活性成 分是季铵盐，常用的季铵盐来源是二癸基二甲基氯化铵( d d a c ) 或十二烷基二甲基苄基 氯化铵( b k c ) 。 根据制备a c q 木材防腐剂所用溶剂的不同，a c q 又分为两种类型：a c q b 型是以 无机氨作溶剂，氨昧比较重：a c q d 型是以有机氨作溶剂，氨昧比较小。其基本理化性 5 能如下： 1 7 1 活性成分的质量分数 1 5 1 6 2 其中：季铵盐( 以d d a c 或b k c 计) ：铜化物( 以o u o 计) = ( 2 9 o 3 8 0 ) ：( 6 2 0 0 1 o ) p h 值 9 1 l 密度( 2 0 ) ( g 锄。) 1 1 啦1 2 5 在水中的溶解性完全互溶- 颜色品蓝色 气味氨味 黏性微黏性 a c q 中的活性成分铜对多种真菌有防治作用，另一种活性成分季铵盐对真菌、蛀虫 及白蚁等都有杀灭和抑制作用，a c q 是铜和季铵盐的组合，具有优良的防腐、防虫和防 白蚁的效果。a c q 浸注入木材以后，铜化物能稳定地附着于木材中不被水溶出，季铵盐 也藉与木材成分发生离子交换作用而固定在木材中不流脱。 因a c q ( a l k a l i n ec o p p e rq u a t e r n a r y ) 的主要化学成分为烷基铜铵化合物。它不含砷、 铬等有毒化学物质，对环境无不良影响，且不会对人畜及植物造成危害。所以在庭院及人 居建筑上，一定要选用a c q 防腐木，这是关系到健康环保的大问题。 2 2 2 a c q 处理工艺 本试验采用浸泡处理法，处理时a c q 中活性成分的质量分数为2 - - 4 。工艺如图 2 - 1 所示： 2 3 强化处理 图2 - 1 a c q 处理工艺 f i g 2 1t r e a t m e n tt e c h n o l o g yo f a c q 软质木材如杨木等树种生长速度快，蓄积量大，是我国重要的工业用材。但是这些木材 密度低、力学强度差，使其利用受到限制。因此，要提高这些木材制品的等级，增加产品的附 加值，有必要对这些木材进行强化处理以增强其强度性质。国内为增加木材强度的方法主 要包括化学改性、压缩处理和热处理。通过处理使得木材密度增加，强度得到提高。 6 本试验采用浓度为4 2 的低分子酚醛树脂。浸胶采用真空珈压处理方法“9 1 2 3 1 浸胶工艺 本试验采用浓度为4 2 的低分子酚醛树脂。浸胶采用真空，加压处理方法1 1 8 1 【1 9 】如图 2 - 2 所示： 图2 2 浸胶工艺 f i g 2 - 2t h ed i p p i n gt e c h n o l o g y 1 ) 入罐。将待处理木材整齐的装入真空加压处理罐，层内木材试件之问应有空隙， 保证各个木材试件与胶之间有最大的接触面积以利于获得均匀的处理效果。将待处理的木 材用重物压住，以免加入酚胶时漂浮起来。 2 ) 抽真空。真空泵应在空载下开启，慢慢关闭放空阀，并且将处理罐的真空阀打开。 将处理罐的真空度抽至负o 0 9 至负0 0 8 m p a ，并维持三小时。 3 ) 常压。关闭真空泵，并且关闭真空阀门。将输胶阀门打开，使酚醛胶进入罐内。 同时喷蒸保温，使温度保持在6 5 - - 7 5 。 4 ) 加压。启开空气压缩机，将罐压加到0 4 m p a ，时间为5 h 。通过温度计判断罐内 温度。不断喷蒸保温。 5 ) 处理罐卸载。先打开放空阀，当罐内压力恢复到常压后取出木材。 2 3 2 试验设备 采用真空处理罐对杨木进行浸胶处理。如图2 - 3 ，2 _ 4 ： 图2 - 3 真空处理罐外观 7 图2 _ 4 真空处理罐内部 2 3 3 干燥 浸胶后锯材的含水率极高。且由于各种缺陷的存在，需要进行板面整平。因此，采 用热压机以0 压力，8 0 c 进行热压。这样做的好处在于可以利用热压板的温度促进锯材中 的酚醛胶固化，并具有烘干木材降低含水率的作用，同时还可以利用热压板校正木材弯曲 翘曲的缺陷。 用热压机干燥锯材到所需的1 2 的含水率，所需时间会很长，且随着胶层的固化， 水分更难散逸出。所以本试验采用当用压机将锯材干燥至含水率为2 8 时，胶层已固化 不易产生大变形时，改用气流对流传热干燥箱进行干燥，加快干燥的速度。 2 3 4 刨光砂光 浸胶并干燥过的锯材表面有较硬而脆的固化胶层【3 8 1 ，需要进行四个表面砂光采用砂 光机如图2 5 图2 - 5 砂光机 8 3 1 试验选材 3 试验规划 速生杨木进行改性处理后，待充分气干后按照g b1 9 2 9 9 1 木材物理力学试材锯解及 试样截取方法加工后做木材物理力学性质的测定。从试材锯截出的试条或试样毛坯，必须 放在室内堆积成通风良好的木垛，进行气干。易腐朽的木材，应适当地作防腐处理。当试 条或试样毛坯达到当地平衡含水率时，就可以制作试样，试件材料的选取以承重木结构方 木选材标准为基准【2 0 】，选取标准如表3 1 所示。强度试验用的试样由试材上制取，含水 率、密度试样由破坏后的强度试样上截取。试样的尺寸，应按各试验方法的规定，并留足 干缩和加工余量。 表3 1 试件选材标准 t a b l e 3 - 1s e l e c t i o ns t a n d a r do f s p e c i m e n 项次木材选材标准 3 2 试验线路与主要仪器 根据木结构设计规范【2 l 】( 附录c 木材强度检验标 准) 规定，以相关试验资料【4 1 1 1 4 2 1 为借鉴，对改性后的 杨木进行如下试验： 1 ) 物理性能方面：改性杨木的密度和干缩率； 2 ) 力学性能方面：改性杨木的抗弯强度、顺纹抗 压强度、改性杨木的抗弯弹性模量。 主要试验仪器： l ( z y 0 0 0 型抗折抗压万能试验机( 图3 1 ) 特点：该机可供水泥、砖及石块等建材抗压强度试验， 又可做混凝土试件的抗折强度试验，一机多用，也可用 来测定木材顺纹抗压强度试验。 主要技术参数：最大荷载：3 0 0 k n ； 9 图3 - 1k z y - 3 0 0 型抗折抗压 万能试验机 测量范围：o 1 0 0 k n o 3 0 0 k n ； 测量分度值：o 1 0 0 时o 2 5 k n 格0 - 3 0 0 时1 0 0 k n ，格； 示值精度：士1 ； 抗折试件：1 5 0 x 6 0 0 m m ( 长度可调) s a n s 微机控制电子万能试验机( 图3 2 ) 特点：采用计算机自动控制，w i n d o w s 9 8 中文平台 下的人机对话操作，可实现自动求取最大试验力、抗压 强度、抗压弹性模量、抗弯弹性模量等。并可绘制力- 时间、力位移、伸长时间等挠度的试验曲线，并可 根据用户的要求编制和打印实验报告。 型号c m t0 1 0 4 ，准确度等级o 5 ，最大试验力1 0 k n ， 功率0 4 k w 。 本试验用来做顺纹抗弯强度试验和抗弯弹性模量试验。 g - 9 0 3 0 a 型电热恒温鼓风干燥箱，( 图3 - 3 ) 特点： 工作室采用优质钢板或不锈钢板，使用安全方便。 微电脑智能控温仪，具有设定，测定温度双数字显示 和p i d 白整定功能，控温精确，可靠。 热风循环系统由低噪声德国进口风机和合适风道组成， 工作室内温度均匀。用来对改性杨木进行干燥。 技术参数：电源电压：2 2 0 v5 0 h z 控温范围：5 0 1 2 2 0 0 温度波动生1 消耗功率：5 0 0 wt 作室尺 寸：3 0 0 x 3 0 0 x 3 5 0 m m 定时器( 选购件) ：1 9 9 9 9 m i n 。 本仪器用来做含水率的测定，密度的测定和干缩性的 测定。 游标卡尺，测量尺寸应准确至0 o l m m ； 天平，称量应准确至0 0 0 l g ： 玻璃干燥器和称量瓶。 3 3 试件制作 图3 2s a n s 微机控制电子 万能试验机 图3 3d h a - - 9 0 3 0 a 型 电热恒温鼓风干燥箱 按国标g b l 9 2 8 - - 9 1 木材物理力学试验方法总则规定圆，试样制作要求如下： 试样各面均应平整，端部相对的两个边棱应与试样端面的年轮大致平行，并与另一 相对的边棱相垂直，试样上不允许有明显的可见缺陷，每个试样必须清楚地写上编号。 试样制作精度，除在各项实验方法中有具体的要求外，试样各相邻面均应成准确的 直角。试样长度允许误差为士l m m ，宽度和厚度允许误差为士0 5 m m ，但在试样全长上宽度 和厚度的相对偏差，应不大于0 2 m m 。 试样相邻面直角的准确性，用钢直角尺检查。 1 0 试样含水率的调整：试样应置于相当于木材平衡含水率为1 2 的恒温恒湿箱内，调 整试样含水率到平衡，为满足木材平衡含水率1 2 环境条件的要求，恒温恒湿内的温度 为2 0 士2 ，相对湿度保持在6 5 士5 。 从试条上截取的试样毛坯，原则上用南北两个方向的制作试样，东、西两个方向截 取的试样毛坯，留作后备用。需分别弦向和径向试验的，应在同一试条上，截取径，弦向 式样毛坯各一个。 试样毛坯的尺寸，应按各试验方法规定，并留足干缩和加工余量。 3 4 试验结果处理方法 在本文中，试验测得的原始数据结果均在e x c e l 格式保存，详见论文附录中的附表 1 ，2 ，3 ，4 ，然后根据下列公式计算各指标的平均值、标准差、标准误差、变异系数、准 确指数，并采用一元线性回归方法分析因变量与自变量的关系。 计算公式圈如下： 丸按式( 3 1 ) 求出算术平均值： 牙：些( 3 1 ) 疗 式中：x 各试验结果的平均值； z 各个试样得出的试验结果； 扩试验试样的个数； b 按式( 3 2 ) 求出标准差： s = 式中：s 各试验结果统计的标准差； 配各个试样得出的试验结果； 义7 各试验结果的平均值 n 试验试样的个数： c 按式( 3 3 ) 求出变异系数，以百分率计： y ：言s 1 0 0 ( 3 4 ) x 。 式中：曼一各试验结果统计的标准差； x 各试验结果的平均值； v 变异系数，； ( 3 2 ) ( 3 3 ) 3 5 试验方法 ( 1 ) 密度的测定方法。试样为2 0 m m x 2 0 m m x 2 0 m r a ，尺寸制作满足第3 章第3 3 节 的要求，数量为3 0 个以上，在试样的各相对面的中心位置，分别测出弦向、径向和顺纹 方向尺寸，准确到o o l m m ，称出试样质量，准确到0 0 0 1 9 。将试样放入烘箱内，开始温 度6 0 c 保持4 h ，再按g b1 9 3 1 第5 2 _ - 5 4 条规定进行烘干和称重。全干试样质量称出后 立即于试样各相对面的中心位置，分别测出弦向、径向和顺纹方向尺寸，准确至 0 0 1 m m 2 3 1 。 计算公式如下： 扎试样含水率为w 时的气干密度，应按式( 3 - - 4 ) 计算，准确至0 0 0 1g c m 3 。 舻甓 ( 3 舢 式中：p ，试样含水率为w 时的气干密度，g ，c m 3 ； m ，试样含水率为w 时的质量，g ； 矿，试样含水率为w 时的体积，c m 3 。 b 试样的体积干缩系数，应按式( 3 5 ) 计算，准确至0 0 0 1 。 k ：匕二匕1 0 0 ( 3 5 ) 玑 式中：k 试样的体积干缩系数，； v o 试样全干时的体积，锄3 ； w 试样含水率，。 c 试样含水率为1 2 时的气干密度，应按式( 3 - 6 ) 计算，准确至0 0 0 1g c 一。 n ：= p ， 1 0 o i 0 一k ) ( 形一1 2 ) 】( 3 - 6 ) 式中：p 。2 试样含水率1 2 时的气干密度，g c m 3 ； k 试样的体积干缩系数，； w 试样含水率，； p ，试样含水率w 时的气干密度，g e r a 3 。 试样含水率在9 一1 5 范围内按式( 3 6 ) 计算有效。 d 试样全干时的密度，应按式( 3 7 ) 计算，准确至o 0 0 1g ，c m 3 。 成2 瓦m o ( 3 - 7 式中：成试样含水率为w 时的气千密度，g c m 3 ； m o 试样含水率为w 时的质量，g 阮试样全干时的体积，c n l 3 ( 2 ) 含水率测定方法。试样在需要测定含水率的试材上截取。试样尺寸为2 0 m m x 2 0 m m x 2 0 m m 。尺寸制作满足第3 章第3 3 节的要求，须将附在试样上的木屑、碎片等清 除干净。将取道的试样立即称量，结果填入含水率测定记录表中，准确至0 0 0 1g 。将同 一批试验取得的含水率试样，一并放入烘箱内，在1 0 3 2 的温度下烘8 h 后，从中选定 2 3 个试样进行第一次试称，以后每隔2 h 试称一次，至最后两次称量之差不超过00 0 2 9 时，即认为试样达到全干。将试样从烘箱中取出，放入装有干燥剂的玻璃干燥器内的称量 瓶中，盖好称量瓶和干燥器盖。试样冷却至室温后，自称量瓶中取出称量洲。 计算公式如下： 试样含水率，按式( 3 8 ) 计算，准确至0 1 。 ：丝! 二丝!( 3 8 ) m o 式中：w 试样含水率，； 刀试样试验时的质量，g ； 聊。试样全干时的质量，g ； ( 3 ) 干缩率的测定。试样为2 0 m m x 2 0 r a m 2 0 m m ，尺寸制作满足第3 章第3 3 节的 要求，数量为3 0 个以上，将各试样放置在g b l 9 2 8 第4 章规定的条件下气干，见2 3 章 含水率的调整。在气干构成，用2 3 各试样每隔6 h 试测弦向尺寸，至连续两次试测结果 的差值不超过o 0 2 r a m ，即可认为达到气干，然后在每试样各相对面的中心位置，分别测 出试验的弦向、径向和顺纹方向尺寸，填入记录表中，准确到0 0 1 r a m 。将测量后的各试 样放在烘箱中，开始温度6 0 保持4 h ，再按g b1 9 3 1 第5 2 5 4 条规定进行烘干和称重。 分别测出试样全干时的质量和弦向、径向、顺纹方向尺寸。将数据填入记录表中。在测定 过程中，凡发生开裂或形状畸变的试样应予舍弃2 5 1 。 计算公式如下： 试样从气干到全干时，径向和、弦向和体积的干缩率，应按式( 3 9 ) 、( 3 1 0 ) 分别计 算，准确至o 1 。 ，一7 口= 业1 0 0 ( 3 9 ) ，。 式中：，试样径向或弦向的干缩率，： ，试样气干时径向或弦向的尺寸，蚴； 厶试样全干时径向或弦向的尺寸，m i l l 。 矿皆枷。 式中：矿试样体积的干缩率，； y ，试样气干时的体积，m m ； 玑试样全干时的体积，m m ； 试样的体积干缩系数，应按式( 3 - - 7 ) 计算，准确至o 0 0 1 。 ( 4 ) 顺纹抗压强度的测定方法。试样为2 0 r a m 2 0 r a m 3 0 r a m ，尺寸制作满足第3 章第3 3 节的要求，长度为顺纹方向，供制作试样的试条，从试材髓心以外南北方向连续 截取，并按试样尺寸留足干缩和加工余量。数量3 0 个以上，将试样放在试验机球面活动 支座的中心位置，以均匀速度加荷，在1 5 - 2 m i n 内使试样破坏。记录破坏后的最大荷载。 试样破坏后，对整个试样进行称量，准确至o 0 0 1g c m 3 。然后按照g b l 9 3 1 测定含水率卅。 计算公式如下： ( 1 ) 顺纹抗压强度计算公式，按式( 3 1 1 ) 计算，准确至0 1 m p a i 掬。 口- 2 莆 ( 3 1 1 ) 仃。试样含水率为w 时的顺纹抗压强度，m p a ； 尸o 破坏荷载，n ； b 试样宽度，m m ； t 试样厚度，m i l l 试样含水率为1 2 时的顺纹抗压强度，按式( 3 1 2 ) 计算，准确至0 1 m p a 。 仉2 = 仃，f l + o 0 5 ( w 1 2 ) 】 ( 3 1 2 ) 仃。：试样含水率为1 2 时的顺纹抗压强度，p a ； w 试样含水率， 试样含水率在9 1