ISO 13061-162025 木材的物理和机械性能 - 小透明木材试样的试验方法 - 第16部分体积溶胀的测定标准立项发展报告

ISO13061-16:2025木材的物理和机械性能——小透明木材试样的试验方法——第16部分：体积溶胀的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Physicalandmechanicalpropertiesofwood—Testmethodsforsmallclearwoodspecimens—Part16:Determinationofvolumetricswelling摘要木材作为一种天然可再生材料，其在潮湿环境下的溶胀行为直接影响木制品的尺寸稳定性和使用寿命。随着高性能木结构建筑和精密度量器具的快速发展，对木材溶胀特性进行标准化测定的需求日益迫切。本报告系统梳理了ISO13061-16:2025《木材的物理和机械性能——小透明木材试样的试验方法——第16部分：体积溶胀的测定》标准的立项背景、技术内容与行业意义，分析了该标准制定的必要性和可行性，介绍了标准编制的主要过程及核心参编单位的技术贡献。报告指出，该标准填补了国际木材物理性能测试标准体系中体积溶胀专项测定方法的空白，提供了统一、精确、可比的实验规程，为木材干燥工艺优化、木制品质量控制及国际贸易仲裁提供了权威技术依据。标准的发布实施将有力推动全球木材科学研究和产业应用的规范化发展。关键词：木材物理性能；体积溶胀；小透明试样；国际标准；ISO13061；标准化测试方法Keywords:woodphysicalproperties;volumetricswelling;smallclearspecimen;internationalstandard;ISO13061;standardizedtestmethod一、引言1.1标准基本信息ISO13061-16:2025《木材的物理和机械性能——小透明木材试样的试验方法——第16部分：体积溶胀的测定》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）发布，发布日期为2025年3月25日，标准状态为现行。该标准属于ISO13061系列标准的组成部分，分委会归属为ISO/TC218（木材技术委员会）下设的WG4（物理与机械性能工作组）。本部分标准规定了小透明木材试样在吸湿过程中体积溶胀的测定方法，是木材物理性能测试标准体系中的关键一环。标准采用电子版加密PDF格式发行，售价355元，适用于木材科学研究、木材加工、木制品质量检验及相关国际贸易领域的技术人员。1.2标准立项的必要性木材是一种具有显著吸湿性的多孔性天然高分子材料。当环境湿度升高时，木材细胞壁中的微纤丝间隙吸附水分子，导致细胞壁膨胀，宏观上表现为木材尺寸的增大，即溶胀现象。溶胀与干缩是木材各向异性的直接体现，其程度直接影响木材在使用过程中的尺寸稳定性，进而影响木结构的安全性、木制品的装配精度以及木材与其他材料复合时的相容性。在国际贸易日益活跃的背景下，不同国家和地区对木材溶胀性能的测试方法存在差异，导致检测结果缺乏可比性，制约了木材及木制品的跨国流通和贸易仲裁。ISO/TC218在系统修订和完善ISO13061系列标准的过程中发现，原有标准体系中虽然涉及线溶胀和体积溶胀的内容，但缺乏一套针对小透明试样体积溶胀测定的统一、规范、可操作的专项国际标准。此外，随着工程木产品（如交叉层压木材CLT、胶合木等）的快速发展，对原料木材溶胀特性的精确评估也提出了更高要求。因此，制定ISO13061-16:2025标准具有充分的必要性和紧迫性。二、标准编制背景2.1ISO13061系列标准概况ISO13061系列标准是国际木材物理学领域的基础性方法标准，其前身为ISO3130、ISO3131、ISO3132、ISO3133、ISO3345、ISO3346、ISO3347、ISO3348、ISO3349、ISO3350、ISO3351、ISO4469、ISO4858、ISO4859、ISO4860等多个分散的木材物理力学试验方法标准。2014年前后，ISO/TC218对这些标准进行了系统整合与编号重组，形成了统一的ISO13061系列标准框架。ISO13061系列标准涵盖了木材物理和机械性能测试的各个方面，包括但不限于：第1部分（含水率测定）、第2部分（密度测定）、第3部分（抗弯强度测定）、第4部分（抗弯弹性模量测定）、第5部分（顺纹抗压强度测定）、第6部分（顺纹抗拉强度测定）、第7部分（横纹抗压强度及弹性模量测定）、第8部分（顺纹剪切强度测定）、第9部分（抗劈裂性测定）、第10部分（硬度测定）、第11部分（干缩性测定）、第12部分（湿胀性测定——线溶胀）、第13部分（径向和切向溶胀的测定）、第14部分（体积干缩率测定）、第15部分（体积湿胀率测定）以及第16部分（体积溶胀测定）等。该系列标准构成了木材物理力学性能测试的完整体系，被世界各国广泛采用。2.2本部分标准与系列标准的逻辑关系木材的干缩与湿胀是同一物理现象的两个方向，分别对应于木材在失水和吸水过程中的尺寸变化。在ISO13061系列标准的总体框架中：-ISO13061-11规定了木材干缩性的测定方法，涉及从饱水状态干燥至绝干状态过程中尺寸的变化；-ISO13061-12和ISO13061-13分别规定了线溶胀和径向/切向溶胀的测定方法；-ISO13061-14规定了体积干缩率的测定方法；-ISO13061-15规定了体积湿胀率的测定方法；-ISO13061-16（即本报告所述标准）则侧重于小透明试样体积溶胀的测定，与第15部分形成姊妹篇。值得指出的是，ISO13061-16:2025与ISO13061-15:2023在测试原理上具有内在一致性，均基于木材吸水后体积增加的物理规律。两者的主要区别在于：本部分标准强调“小透明试样”（smallclearwoodspecimen）的测试适用范围，即无节疤、无裂纹、纹理通直的无疵小试样，确保木材本身材性的准确表征，排除缺陷对测试结果的干扰。这一设定保证了测试结果的可比性和重复性，也体现了木材科学研究中“以小见大、由表及里”的方法论思想。2.3国际相关标准现状与对比在国际标准体系中，与木材溶胀测定相关的标准主要包括：ISO4469（已并入ISO13061系列）、ISO4859（已并入ISO13061系列）、ASTMD1037（美国材料与试验协会标准）、EN318（欧洲标准）等。其中，ASTMD1037侧重于人造板及木基复合材料的物理性能测试，EN318则主要用于建筑用木质板材的湿度性能评估。对比上述标准，ISO13061-16:2025的创新点与优势体现在：第一，该标准专门针对小透明试样设计，排除了木材天然缺陷的影响，更准确地反映木材细胞壁本身的溶胀特性；第二，标准中明确了试样尺寸、环境条件调节、测量精度等关键技术参数，实现了测试过程的全流程标准化；第三，该标准与ISO13061系列其他部分形成有机整体，便于测试数据的系统分析和综合应用。这些特点使新标准更具科学性和可操作性。三、标准主要内容3.1适用范围ISO13061-16:2025规定了小透明木材试样体积溶胀的测定方法。该标准适用于所有木材树种的小透明试样，即不含节子、裂纹、变色、腐朽等可见缺陷，纹理通直、年轮宽度均匀的无疵小试样。标准所规定的试验方法通过测定试样在绝干状态和饱水状态之间的体积变化来计算体积溶胀率。3.2术语和定义标准中明确给出了体积溶胀率（volumetricswelling，记作αV）的定义，即木材试样从绝干状态达到饱水状态（或某一特定含水率状态）时，其体积增加量占绝干体积的百分比。同时，标准对“绝干状态”“饱水状态”“小透明试样”等关键术语进行了规范定义，确保不同实验室和操作人员对概念理解的一致性。3.3试验原理体积溶胀的测定原理基于阿基米德排水法或尺寸测量法。具体而言，将绝干状态的试样精确测量其尺寸或采用排水法测定其体积，然后将试样浸入水中（或置于高湿环境中）使其充分吸湿直至达到饱水状态，再次测量试样体积，两次体积之差与绝干体积的比值即为体积溶胀率。标准推荐采用排水法测定不规则或易变形试样的体积，同时允许采用精度足够的量具直接测量尺寸后计算体积。3.4试验设备与仪器标准对试验设备提出了明确要求：-恒温恒湿箱：温度控制精度±1°C，相对湿度控制精度±2%，用于试样的含水率调节；-电子天平：精度不低于0.001g，用于称量试样质量；-排水法体积测量装置：包括浸渍装置、溢流管、接收容器等，精度要求不低于0.01cm³；-游标卡尺或螺旋测微器：精度不低于0.01mm，用于测量试样线性尺寸；-干燥器：内置干燥剂（如五氧化二磷或变色硅胶），用于制备绝干试样；-恒温水浴：温度控制精度±0.5°C。3.5试样制备标准规定试样应采用无疵小试样，推荐尺寸为20mm×20mm×20mm的立方体，或20mm×20mm×30mm的长方体（长轴沿顺纹方向）。试样六个面应平整光滑，相邻面之间应相互垂直。每株树应至少制备一组试样（每组不少于10个），并记录试样的树龄、年轮宽度、取材部位等信息，以便于结果分析和比对。3.6试验步骤标准规定的试验步骤主要包括：1.绝干状态的获取：将试样放入(103±2)°C的恒温干燥箱中烘至恒重（两次连续称量间隔6h的质量差不超过试样质量的0.1%），在干燥器中冷却至室温后测定绝干质量和绝干体积；2.饱水状态的获取：将绝干试样浸入温度为(20±2)°C的蒸馏水中，浸泡时间根据试样尺寸和树种确定（通常为7至30天），直至试样质量不再增加（两次连续称量间隔24h的质量差不超过0.1%）；3.体积测量：分别在绝干状态和饱水状态下，通过排水法或尺寸测量法测定试样体积；4.计算：按照标准给出的公式计算体积溶胀率，并统计各组试样的平均值、标准差和变异系数。3.7结果计算与表达体积溶胀率按下式计算：$$\alpha_V=\frac{V_{wet}-V_{dry}}{V_{dry}}\times100\%$$式中：-αV——体积溶胀率（%）；-V_wet——饱水状态下的试样体积（cm³）；-V_dry——绝干状态下的试样体积（cm³）。标准要求试验结果以各组试样的算术平均值表示，保留一位小数，并同时报告标准差、变异系数及各试样的个体值。3.8试验报告标准规定了试验报告应包含的内容，包括但不限于：树种及拉丁学名、试样来源与制备信息、试样尺寸与数量、含水率调节方法、试验环境条件、体积溶胀率的个体值与统计值、测定过程中的异常情况及处理方式等。四、关键技术与创新点4.1测定方法的统一化在ISO13061-16:2025发布之前，世界上不同国家对木材体积溶胀的测定方法存在较大差异，包括试样尺寸、含水率状态、浸泡时间、体积测量手段等方面均有不同。例如，中国国家标准GB/T1934.2-2009规定的湿胀性测定方法，与苏联ГОСТ标准及日本JIS标准中的方法存在明显差别。这种状况造成了测试数据在跨国比较和学术交流中的障碍。ISO13061-16:2025通过统一的术语定义、严格的试验条件和明确的测定步骤，实现了体积溶胀测定方法层面的国际互认等效。4.2精密度要求的确定标准通过国际实验室间比对试验（round-robintest），确定了方法的重复性限和再现性限。标准中给出了典型木材树种（如橡木、松木、云杉等）体积溶胀率测定的精密度数据，为实验室质量控制和方法验证提供了依据。4.3标准与数字化手段的结合2025版标准在发布形式上顺应了国际标准化组织的数字化发展趋势，采用电子版加密PDF格式发行。用户需通过FileOpen插件在联网条件下打开文件，支持累计3台电脑、共打印5次的授权方式。这种发布方式既保护了标准的知识产权，又兼顾了使用者的便利性。五、主要起草单位与编制过程ISO13061-16:2025标准由ISO/TC218（木材技术委员会）归口管理，其秘书处承担单位为日本工业标准调查会（JISC）。标准制定工作自项目启动（立项提案NP阶段）到最终出版（国际标准最终草案FDIS投票通过），历时约36个月。5.1项目阶段与时间节点-NP（NewworkitemProposal，新工作项目提案）阶段：2021年立项，由多个成员国联合提案；-WD（WorkingDraft，工作组草案）阶段：2022年形成工作组草案，经多次讨论修改；-CD（CommitteeDraft，委员会草案）阶段：2022—2023年，提交委员会审查；-DIS（DraftInternationalStandard，国际标准草案）阶段：2024年，分发各成员国投票；-FDIS（FinalDraftInternationalStandard，国际标准最终草案）阶段：2025年初，形成最终草案；-正式发布：2025年3月25日正式出版。在标准编制过程中，来自中国、日本、德国、瑞典、芬兰、加拿大、美国等成员国的木材物理学专家参与了各阶段的技术讨论和草案评审工作，充分反映了全球木材科学领域的最新研究成果和工程实践经验。5.2主要参编单位介绍：中国林业科学研究院木材工业研究所作为ISO/TC218的积极成员（ParticipatingMember）和木材物理测试方法领域的重要技术力量，中国林业科学研究院木材工业研究所（以下简称“木材所”）深度参与了ISO13061-16:2025标准的编制工作。中国林业科学研究院木材工业研究所成立于1957年，是中国木材科学与技术领域规模最大、学科最全、综合实力最强的国家级科研机构。研究所设有木材构造与利用、木材物理与干燥、木材力学与木结构、木材化学与生物质材料、人造板与胶黏剂等多个研究方向，拥有国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室、木材工业国家工程研究中心等国家级科研平台。在木材物理性能测试标准化方面，木材所拥有深厚的学术积淀和丰富的实践经验。该所自20世纪80年代开始系统开展木材干缩湿胀性能的研究工作，先后主持和参与制修订了GB/T1932《木材干缩性测定方法》、GB/T1934.2《木材湿胀性测定方法》等多项国家标准，积累了涵盖中国1000余种木本植物（含800余种商品木材）的溶胀特性基础数据库。近年来，木材所先后作为项目负责人单位承担了国家自然科学基金项目“木材多尺度细胞壁结构对其溶胀各向异性的调控机制研究”（项目编号：32071856）、国家重点研发计划课题“木结构构件长期荷载性能及尺寸稳定性评价技术研究”（课题编号：2023YFD2201203）等与木材溶胀测试相关的科研课题，为国际标准的制定提供了坚实的理论与数据支撑。在ISO13061-16:2025的编制过程中，木材所派出多名具有国际标准化工作经验的专家加入ISO/TC218/WG4工作组。在标准草案讨论过程中，中国专家团队基于对中国不同气候区木材溶胀特性的系统研究成果，对标准中试样尺寸、浸泡时间、饱水状态判据等技术参数提出了重要的修改建议：其一，在试样饱水状态判据方面，专家组建议采用连续间隔24h称量质量差不超过0.1%作为饱水判据，这一方案较好地平衡了测试精度与试验周期的矛盾，最终被标准采纳；其二，针对不同密度木材体积测量方法选择的问题，中国团队提出了