劉瑞華 成聃睿 史正軍 劉蔚漪 輝朝茂 鄧 佳

(西南林業(yè)大學(xué) 昆明 650224)

薄壁型巨龍竹物理性質(zhì)研究

劉瑞華 成聃睿 史正軍 劉蔚漪 輝朝茂 鄧 佳

(西南林業(yè)大學(xué) 昆明 650224)

以薄壁型巨龍竹為研究對(duì)象，對(duì) 3～5年生薄壁型巨龍竹稈材的梢部、中部和基部進(jìn)行物理性質(zhì)研究。結(jié)果表明：薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度和全干密度分別為 0.682 g/cm3、0.756 g/cm3、0.711 g/cm3，大于云南甜竹和油簕竹的相應(yīng)值，略小于毛竹；吸水率為 62.68%，顯著高于毛竹的吸水率；徑向氣干干縮率為 3.920%，大于毛竹相應(yīng)值。就物理性質(zhì)而言，薄壁型巨龍竹適合作為竹板材原料加以開發(fā)利用。

巨龍竹；稈材；物理性質(zhì)；測(cè)定

巨龍竹（Dendrocalamus sinicus）屬禾本科（Gramineae）竹亞科（Bambusoideae）牡竹屬（Dendrocalamus）植物，為云南特有的大型合軸叢生竹種。其稈高可達(dá)30 m以上，直徑20～30 cm。調(diào)查發(fā)現(xiàn)巨龍竹存在“厚壁型”和“薄壁型”的分化[1]，本課題組此前分別對(duì)這2種竹材的化學(xué)成分進(jìn)行過研究[2]，但對(duì)這2種分化竹材的物理力學(xué)性質(zhì)的研究尚未有報(bào)道。本文選取薄壁型巨龍竹稈材為試材，對(duì)其物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定和分析，以期為薄壁型巨龍竹的有效合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試樣采集

試樣采集地為云南普洱市孟連縣。巨龍竹選擇生長(zhǎng)正常，無病蟲害，胸徑差異不大的3～5年生竹株，采伐2～3株，按用材習(xí)慣去梢和側(cè)枝后，將竹稈3等分，每段從下端起截取包含2個(gè)節(jié)和3個(gè)節(jié)間的一段圓竹，編號(hào)后標(biāo)記，作為測(cè)試材料運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。

1.2 試材制作及實(shí)驗(yàn)方法

為了保證各種試件取自竹稈上相對(duì)一致的位置，將圓筒剖開，對(duì)稱取材，自下而上分別依次截取密度、吸水性、干縮性和濕脹性試件。每一試件相對(duì)的2個(gè)斷面應(yīng)相互平行并與側(cè)面垂直，2個(gè)弦面保留竹青與竹黃的原狀。各試件規(guī)格嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)要求制作，其中竹材密度、吸水性、干縮性、濕脹性試件規(guī)格為：10 mm（縱向） × 10 mm（弦向） × t mm（竹壁厚），基本密度和干縮性測(cè)試的試件用飽和水分的試件制作。測(cè)試方法參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《竹材物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法》（GB/ T 15780-1995）。

本實(shí)驗(yàn)以云南甜竹、毛竹、油簕竹、黃竹等常

見板材用竹種作為參比竹種，借此比較薄壁型巨龍竹的物理性質(zhì)，分析其作為板材原料的利用前景。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

本研究測(cè)定項(xiàng)目有: 密度（包括基本密度、氣干密度和全干密度）、吸水性、干縮性、濕脹性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 薄壁型巨龍竹的密度

2.1.1 與各參比竹種的密度比較

竹材密度是竹材材性的重要指標(biāo)之一，與竹材的機(jī)械加工、化學(xué)處理等有十分密切的關(guān)系[4]。薄壁型巨龍竹與各參比竹種的密度測(cè)試結(jié)果見表1。由表1可看出，薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度和全干密度分別為：0.682 g/cm3、0.756 g/cm3、0.711 g/cm3。與其他幾種竹材相比，薄壁型巨龍竹各項(xiàng)密度大于云南甜竹和油簕竹的相應(yīng)值，略小于毛竹，明顯小于黃竹的各項(xiàng)密度值。

2.1.2 竹材密度在竹稈縱向部位的變異

竹材密度與部位、年齡、立地條件、竹種都有密切的關(guān)系[5]。由測(cè)定結(jié)果（表1）可以看出，薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度、全干密度隨著縱向高度的增加而增大。其中，基本密度由0.480 g/ cm3增大至0.761 g/cm3，氣干密度由0.580 g/cm3增大至0.956 g/cm3，全干密度由0.575 g/cm3增大至0.838 g/cm3。在參比的竹種中云南甜竹、油簕竹及毛竹也表現(xiàn)出同樣的變化規(guī)律。這一變化規(guī)律與杜復(fù)元等人對(duì)浙江省10種竹材密度的研究結(jié)果一致[6]。

表1 薄壁型巨龍竹與各參比竹種的竹材密度

密度的大小直接影響竹材作為承重結(jié)構(gòu)材料的品質(zhì)。同時(shí)，密度與竹材的硬度、抗磨性及發(fā)熱值等均有密切關(guān)系[7]。通常情況下，竹材密度越大，力學(xué)性質(zhì)也會(huì)隨之增強(qiáng)，反之亦然。單就薄壁型巨龍竹各部位密度的差異而言，可以將竹材分段分類，使各部位得到充分利用。

2.2 薄壁型巨龍竹的吸水性

2.2.1 與各參比竹種吸水性的比較

吸水性是竹材物理性質(zhì)中又一重要指標(biāo)，對(duì)竹材的加工利用有一定影響。各竹種吸水率的測(cè)定結(jié)果列于表2。如表2所示，薄壁型巨龍竹的吸水率

為62.68%，略低于大木竹和青皮竹，顯著高于毛竹的吸水率。

表2 薄壁型巨龍竹與各參比竹種的吸水率

2.2.2 竹材吸水性在竹稈縱向部位的變異

竹材的吸水性因竹稈位置的不同而有所差異，測(cè)定結(jié)果顯示（表2），薄壁型巨龍竹竹材的吸水性從根部到梢部逐漸減小，并且變化顯著。蘇文會(huì)等對(duì)大木竹的研究也表明，自竹稈基部至梢部，吸水率也呈明顯減小趨勢(shì)[8]。因此，推測(cè)竹材吸水率的變化可能隨著密度的變化而改變。

2.3 薄壁型巨龍竹的干縮性

2.3.1 與各參比竹種干縮性的比較

竹材的尺寸和體積隨含水率的變化而變化稱之為竹材的干縮性。各竹種干縮率的測(cè)定結(jié)果見表3，可以看出，薄壁型巨龍竹的氣干干縮率分別為：徑向干縮率3.920%、弦向干縮率2.265%、體積干縮率10.650%；全干干縮率分別為：徑向干縮率6.187%、弦向干縮率5.559%、體積干縮率16.512%。由此可以看出，不論在氣干還是全干狀態(tài)下，薄壁型巨龍竹徑向干縮率的變化大于弦向干縮率的變化。但總體看來，與大多數(shù)木材相比，竹材徑向與弦向干縮率的差異較小。竹材的干縮性越大，加工成板材后產(chǎn)生的裂紋和翹曲就越嚴(yán)重。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可根據(jù)干縮率的差異調(diào)整干燥工藝參數(shù)或?qū)⒅癫闹瞥蓮?fù)合板等方式來避免這一缺陷[8]。

表3 薄壁型巨龍竹與各參比竹種竹材的干縮率

2.3.2 竹材干縮性在竹稈縱向部位的變異

竹材干縮率的測(cè)定結(jié)果顯示（表3），從竹稈縱向部位來看，薄壁型巨龍竹的線性和體積干縮率未見規(guī)律性變化。張宏健等對(duì)黃竹、龍竹等竹種干縮性的縱向變異研究結(jié)果表明，此規(guī)律亦不明顯[9]。就同一竹種來說，竹材氣干和全干的徑向干縮率隨

竹稈部位的不同具有相同的變化趨勢(shì)[10]。

2.4 薄壁型巨龍竹的濕脹性

薄壁型巨龍竹體積濕脹率的測(cè)定結(jié)果見表4。由表4可知，薄壁型巨龍竹根部、中部、梢部氣干體積濕脹率分別為12.500%、9.170%、5.360%，平均為9.010%；吸水飽和體積濕脹率分別為18.750%、16.330%、8.933%，平均為14.671%。與參比的云南甜竹相比，薄壁型巨龍竹的氣干體積濕脹率和吸水飽和體積濕脹率都較小，并且在縱向部位上未見明顯變化。竹種間濕脹性的差異主要由竹材化學(xué)成分的差異所致，竹材綜纖維素含量愈高，木素和抽出物含量愈低，其濕脹性愈高[11]。從對(duì)薄壁型巨龍竹化學(xué)成分的研究結(jié)果看，該竹種的綜纖維素含量的確小于云南甜竹的含量，這一結(jié)果與其濕脹性較一致。

表4 薄壁型巨龍竹與云南甜竹竹材的體積濕脹率

3 小結(jié)與建議

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，薄壁型巨龍竹的基本密度、氣干密度和全干密度分別大于云南甜竹和油簕竹的相應(yīng)值，略小于毛竹；吸水率顯著高于毛竹的吸水率，低于大木竹和青皮竹的吸水率；氣干體積干縮率和全干體積干縮率分別大于云南甜竹及毛竹的各項(xiàng)體積干縮率?？梢?，薄壁型巨龍竹的密度大，硬度高，是作為承重結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)良竹種。同時(shí)，該竹種吸水性較強(qiáng)，干縮性的變化程度中等，所以在竹材加工過程中要注意調(diào)整干燥工藝參數(shù)，或?qū)⒃撝癫闹瞥蓮?fù)合板材?？傮w而言，薄壁型巨龍竹徑較粗，壁較厚，產(chǎn)量較高，可作為板材原料開發(fā)利用。

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Study on Physical Properties of Thin-Culm-Wall Dendrocalamus sinicus

Liu Ruihua Cheng Danrui Shi Zhengjun Liu Weiyi Hui Chaomao Deng Jia
(Southwest Forestry University, Kunming 650224, Yunnan, China)

The physical properties of 3-5-year-old thin-culm-wall Dendrocalamus sinicus in tip, middle and base part were investigated. The results indicated that the basic density, air dry density, and oven-dry density of D. sinicus culm were 0.682 g/cm, 0.756 g/cm, and 0.711 g/cm, respectively, which were more than those of D. brandisii, and slightly lower than that of Phyllostachys edulis. In addition, the saturated water absorption of D. sinicus culm was 62.68%, significantly higher than that of Ph. edulis. The radial air-dry shrinkage rate was 3.920%, more than that of Ph. edulis. Therefore, the culm of thin-culm-wall D. sinicus is suitable for processing as the material for manmade board.

Dendrocalamus sinicus, bamboo culm, physical properties, testing

10.13640/j.cnki.wbr.2015.01.004

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31260165、31160154）；國(guó)家林業(yè)科技成果推廣項(xiàng)目 ([2012]66)；國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目（2012GB2F300417）；云南省竹藤科學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目；云南省教育廳基金項(xiàng)目（2011Z040）。

劉瑞華（1990-），女，西南林業(yè)大學(xué)在讀研究生。

鄧佳（1983-），女，云南昆明人，博士，講師，從事森林培育與綜合利用研究。