ISO 13061-132024 木材物理力学性能透明小木材试样的试验方法第13部分径向和切向收缩率的测定标准立项发展报告

木材物理力学性能透明小木材试样的试验方法第13部分：径向和切向收缩率的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PhysicalandMechanicalPropertiesofWood—TestMethodsforSmallClearWoodSpecimens—Part13:DeterminationofRadialandTangentialShrinkage摘要木材作为一种重要的可再生建筑材料和工业原料，其尺寸稳定性直接关系到制品质量与使用寿命。径向和切向收缩率是表征木材干缩湿胀特性的核心指标，对木材干燥工艺优化、木结构设计与木制品加工具有重要工程意义。本报告围绕国际标准化组织（ISO）发布的ISO13061-13:2024《木材物理力学性能透明小木材试样的试验方法第13部分：径向和切向收缩率的测定》展开系统分析。报告首先梳理了该标准的立项背景与发展沿革，阐述其在ISO13061系列标准体系中的定位与技术逻辑；继而重点解析了标准的核心技术内容，包括试样制备要求、测量仪器精度标准、含水率控制条件及计算方法等关键环节；在此基础上，探讨了该标准的行业应用价值及其对我国木材标准化工作的启示。报告认为，ISO13061-13:2024的发布进一步完善了木材物理力学性能测试的国际标准体系，为全球木材贸易和工程应用提供了统一的技术依据。我国应积极对接该国际标准，加快国内相关标准的修订完善与转化应用，提升我国木材工业的技术水平和国际竞争力。关键词：木材物理力学性能；收缩率测定；国际标准化组织；ISO13061；透明小试样；径向收缩；切向收缩Keywords:Woodphysicalandmechanicalproperties;Shrinkagedetermination;InternationalOrganizationforStandardization;ISO13061;Smallclearspecimens;Radialshrinkage;Tangentialshrinkage一、引言木材在干燥过程中因水分逸失而产生收缩，其径向与切向收缩率是反映木材各向异性特征的重要技术指标。这种收缩行为不仅影响木材的加工精度和连接可靠性，更是木结构设计中必须考虑的关键参数。由于木材在径向、切向和纵向三个方向上的收缩存在显著差异——通常切向收缩约为径向的1.5至2倍，纵向收缩则极小——因此建立统一的、可比的测定方法具有重要的科学价值和工程意义。国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）作为全球最重要的非政府性国际标准化机构，长期以来致力于木材物理力学性能测试方法的国际统一。2024年2月12日，ISO正式发布ISO13061-13:2024《木材物理力学性能透明小木材试样的试验方法第13部分：径向和切向收缩率的测定》，该标准的出台标志着木材收缩性能测试方法在国际层面实现了进一步的规范统一，为全球木材科学研究、产品质量控制和国际贸易提供了权威的技术依据。本发展报告旨在全面解析该标准的立项背景、技术内容、编制过程与行业意义，为国内相关科研机构、检测单位和标准化工作者提供系统参考，同时为我国木材标准化体系的优化对接和标准国际化战略的推进提供有益借鉴。二、标准立项背景与编制过程2.1技术需求与空白的提出木材收缩率的测定方法在各国标准化体系中早已存在，如美国材料与试验协会（ASTM）标准、日本工业标准（JIS）以及我国国家标准（GB/T）均有相应规定。然而，不同国家和地区的测试方法在试样规格、含水率控制、测量手段和计算公式等方面存在较大差异，导致测试结果的可比性不足，限制了国际间木材贸易和科研合作的有效开展。ISO/TC218（木材技术委员会）长期关注这一技术空白，亟需在ISO13061系列框架下制定统一的径向和切向收缩率测定方法。2.2国际立项程序ISO13061-13的制定工作由ISO/TC218木材技术委员会发起，具体由负责物理力学性能测试的分技术委员会推进。立项提案经过成员国投票表决、工作草案（WD）讨论、委员会草案（CD）征询、国际标准草案（DIS）审查及最终国际标准草案（FDIS）投票等严格阶段，历时数年最终完成。在编制过程中，各成员国专家就试样尺寸公差、干燥终点的判定标准、测量设备精度要求和结果表述方式等技术细节进行了多轮深入磋商，力求在科学严谨性和操作可行性之间取得平衡。2.3与ISO13061系列标准的协同关系ISO13061系列标准是国际木材物理力学性能测试方法的基础性标准族群，涵盖木材密度、含水率、力学强度、收缩与膨胀等多个方面。本标准的发布填补了该系列中关于径向和切向收缩率测定方法的空白，与系列内其他部分（如ISO13061-14关于体积收缩率的测定）形成互补关系。三者在技术逻辑上紧密衔接——径向与切向收缩率的精确测定是计算体积收缩率的基础，而体积收缩率又是评估木材整体尺寸稳定性的综合指标——从而构建起完整的木材收缩性能评价方法体系。三、标准核心技术内容解析3.1标准的范围界定ISO13061-13:2024规定了采用透明小木材试样测定径向和切向收缩率的试验方法。标准明确指出其适用范围涵盖所有具有明显生长轮构造的针叶材和阔叶材，试样需为无节疤、无裂缝、无腐朽及其他可见缺陷的健康木材。标准在术语定义中沿用了ISO13061-1对“透明小试样”的界定——即不含任何影响力学性能或物理性能的天然缺陷的小尺寸无疵试样，确保测试结果能够真实反映木材材质本身的固有属性而非缺陷的影响。3.2试样制备与尺寸要求试样的规范制备是保证测试结果准确性和可重复性的首要前提。标准对试样尺寸、形状和加工精度做了明确规定：推荐采用横截面尺寸为20mm×20mm、长度为60mm的棱柱体试样，其长轴方向分别平行于木材的径向和切向，以便在同一试样的相邻面上分别测量径向和切向收缩率。试样各面应平整光滑，相对面之间的平行度误差不超过0.1mm，表面加工痕迹不应影响测量精度。3.3测量仪器与精度要求在测量环节，标准采用质量与尺寸联合测定的技术路线。试样的径向和切向尺寸通过精度不低于0.01mm的测量工具（如千分尺或专用测长仪）测定，测量位置在试样中部设定固定标记，确保每次测量均在相同的参考点进行。试样质量采用感量不低于0.01g的天平称量，用于通过烘干预试验确定试样的绝干质量和相应含水率。3.4测试程序测试程序分为试样初始状态调节、气干阶段逐次测量、绝干状态确定和收缩率计算四个阶段：1.初始调节：试样先在温度20±2°C、相对湿度65±5%的标准气候条件下调湿至恒定质量；2.干燥过程：将试样置于温度103±2°C的恒温烘箱中干燥，在干燥过程中按预定时间间隔（通常为6小时、12小时、24小时等）取出试样，快速冷却后称量并测量尺寸；3.绝干状态的确定：直至前后两次称量之差不超过试样质量的0.1%时，视为达到绝干状态，记录此状态下的径向和切向尺寸；4.结果计算：分别计算径向和切向收缩率，以试样气干状态下的尺寸为基准，计算至绝干状态时的尺寸变化百分率。3.5计算与结果表达标准给出了明确的收缩率计算公式：\[\alpha_r=\frac{a_w-a_0}{a_w}\times100\%\]\[\alpha_t=\frac{b_w-b_0}{b_w}\times100\%\]式中，\(\alpha_r\)为径向收缩率（%），\(\alpha_t\)为切向收缩率（%），\(a_w\)和\(b_w\)分别为气干状态下试样的径向和切向尺寸（mm），\(a_0\)和\(b_0\)分别为绝干状态下试样的径向和切向尺寸（mm）。值得强调的是，该计算方法基于气干状态尺寸而非绝干状态尺寸，这一选择与国际木材解剖学家协会（IAWA）的推荐方法保持一致，也符合大多数国家现行标准的通行做法，便于国际间的数据比较。标准还要求每个试验方向的试样数量不少于6个，最终结果以算术平均值表示，并给出标准差和变异系数以反映数据的离散程度。3.6精度与不确定性为保证试验结果的可靠性，标准设定了严格的重复性和再现性要求。同一实验室内的平行试验结果差异不得超过相应均值的5%，不同实验室间的结果差异不得超过10%。同时，标准建议在试验报告中注明测量不确定度的评估结果，以符合现代测量科学对结果表达的要求。四、标准的技术特点与创新性4.1试样微型化的标准化优势ISO13061-13:2024采用“透明小试样”作为统一测试对象，这一标准化策略具有多方面的技术优势。首先，小尺寸试样有效降低了木材天然变异性对测试结果的干扰，使测定值更集中地反映材料本身的基本物理特性；其次，小试样便于在标准试验条件下实现快速均匀的含水率调节，缩短了试验周期；此外，小试样的制备对原料消耗较少，尤其适用于珍贵树种和人工林速生材的分析评价。4.2全含水率过程的覆盖区别于部分国家标准的简化做法，ISO13061-13:2024涵盖了从饱和状态或气干状态至绝干状态的完整收缩过程，同时允许试验从不同初始含水率状态开始。这种设计充分考虑了不同实验室条件和使用场景的差异，使得标准具有良好的适用弹性，同时通过明确规定干燥程序与终点的判断标准，确保了不同起点条件下的试验结果仍具有良好的可比性。4.3与工程实践的衔接标准在注重实验室测试规范性的同时，也充分关注了测试结果向工程应用的转化问题。通过将收缩率测定与含水率变化相关联，测试结果可直接用于推算木材在实际使用环境中的尺寸变化量，为木结构设计中变形预留、木制品加工中尺寸公差设定和干燥工艺中质量管控提供了直接的数据支撑，真正实现了实验室测试与工程需求之间的有效衔接。五、主要参与单位介绍5.1编制工作的承担机构ISO13061-13:2024的制定工作由ISO/TC218“木材技术委员会”统筹管理，该委员会秘书处由瑞典标准协会（SIS）承担。TC218的标准化工作范围涵盖原木、锯材、木材制品及木基板材的术语、分类、规格、测试方法和质量要求等领域，下设多个工作组分别推进各技术方向的标准制定。5.2中国主要参与单位中国林业科学研究院木材工业研究所（以下简称“木材所”）作为我国木材科学领域国家级综合性研究机构，深度参与了ISO13061-13:2024的制定工作。木材所成立于1957年，是集木材科学与技术研究、检测评估、标准制定和成果转化于一体的权威科研机构，拥有国家林业和草原局木材科学与技术重点实验室和国家人造板与木竹制品质量检验检测中心，同时也是全国木材标准化技术委员会（SAC/TC41）的秘书处挂靠单位。依托多年来在木材物理力学性能测试领域的深厚积累，木材所专家积极参与ISO/TC218国际标准会议和技术研讨，在透明小试样的制备技术、径向与切向收缩率的测量方法以及试验结果的统计处理等方面提出了多项建设性的技术意见，多项建议被采纳。木材所还承担了将ISO13061-13:2024转化为我国国家标准（GB/T）的采标任务，通过组织国内相关单位开展验证试验，确保国际标准在我国的适用性和有效落地。5.3其他重要参与力量本标准制定过程中，芬兰国家技术研究中心（VTT）、日本木材技术中心、加拿大林产品创新研究院（FPInnovations）等国际知名木材研究机构也发挥了重要作用，分别在不同的技术环节贡献了专业知识与试验数据，体现了国际标准制定的多边协作特征。六、标准的行业应用价值6.1木材干燥加工领域在木材干燥领域，径向和切向收缩率是制定干燥基准和预防干燥缺陷的核心参数。由于木材弦向收缩大于径向收缩，干燥过程中产生的差异收缩应力是导致开裂和翘曲的根本原因。通过ISO13061-13:2024提供的标准测定方法，干燥企业可以精确掌握不同树种的收缩特性和各向异性程度，据此优化干燥工艺曲线，设定合理的干燥终含水率目标，有效减少干燥缺陷，提高优等品率和出材率，降低能源消耗。6.2木结构设计领域木结构工程中，木材的干缩湿胀引起的尺寸变化对连接节点的长期性能和结构安全性具有重要影响。ISO13061-13:2024为结构设计人员提供了可靠的收缩率数据获取途径，使设计计算能够准确预估木构件在不同使用环境下的变形量，从而在节点设计中合理预留伸缩缝，避免因木材收缩引起的连接松动和结构损害——在工程木制品（如胶合木、交叉层压木CLT）的应用中，这一数据的意义尤为重要。6.3国际贸易与技术交流领域统一的测试标准是消除技术性贸易壁垒、促进国际贸易便利化的重要工具。ISO13061-13:2024作为国际公认的测定方法，为各国木材产品质量评价提供了统一标尺。进口商和出口商可依据该标准对木材产品的收缩性能进行客观评估和比较，有效减少因测试方法不一致而引发的贸易纠纷，为国际木材贸易的顺利开展提供了技术保障。6.4对我国的启示当前，我国现行国家标准GB/T1932-2009《木材干缩性测定方法》在试样尺寸、含水率状态控制等方面与ISO13061-13:2024存在一定技术差异。积极采用该国际标准，将有助于提升我国木材检测技术水平和检测结果的国际认可度，打破潜在的技术壁垒。同时，我国幅员辽阔、树种资源丰富，在采标过程中也应根据国内树种特性和产业实际，合理设定验证试验方案，确保标准在我国的适用性和可操作性。七、结论与展望ISO1