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)科學研究所 浙江湖州 313000；3浙江農(nóng)林大學工程學院 杭州 311300)

竹子生長快，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。竹材的物理力學性質(zhì)是竹材的主要質(zhì)量指標，了解竹材的物理力學性質(zhì)對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，其獨特的地理位置及氣候條件影響著毛竹材的各項特性，其中海拔是影響毛竹材力學性質(zhì)的重要因子。本文以安徽霍山不同海拔的毛竹材為試驗材料，研究了海拔因子對竹材力學性質(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株作為試驗竹材。采集的毛竹要求長勢正常，無病害及蟲害侵擾，平均胸徑10 cm。將竹材分別編號后運回實驗室待測。

1.2 試件加工

1)試件鋸截部位。根據(jù)測試內(nèi)容將竹材從基部向上鋸成3段，分別編號。為了保證不同海拔竹材試件取自毛竹稈上相對一致的位置，將毛竹圓筒從中間剖開，對稱取材，每一海拔的毛竹共制作48個試件。

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

1.3 測試指標

測定的竹材力學指標包括氣干密度、全干密度、干縮性、順紋抗壓強度、順紋抗剪強度和順紋抗拉強度。

1.4 測試與分析方法

竹材各項力學指標的測定方法依據(jù) 《中華人民共和國國家標準竹材物理力學性質(zhì)試驗方法GB/T 15780-1995》進行。試驗數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計分析軟件進行分析。

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)好壞的一個重要指標，顯著地影響竹材的力學性能。竹材密度與竹材纖維含量、纖維直徑及細胞壁厚度密切相關。不同海拔竹材的密度測定結(jié)果見表1。可以看出，不同海拔的毛竹材密度存在一定差異，海拔370 m生長的毛竹氣干密度最大，海拔600 m生長的毛竹全干密度最高。在海拔370～600 m生長的毛竹，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

測定結(jié)果顯示 (圖1)，海拔因素對竹材的弦向、徑向氣干干縮率和弦向、徑向全干干縮率的影響均達極顯著水平 (P＜0.001)，表明海拔對毛竹的弦向、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，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

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

圖2 不同海拔毛竹材順紋抗壓強度

2.4 不同海拔竹材的抗剪強度

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

2.5 不同海拔竹材的抗拉強度

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

3 結(jié)論與討論

1)海拔因子對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，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指標。

圖3 不同海拔毛竹材順紋抗剪強度

圖4 不同海拔毛竹材順紋抗拉強度

2)海拔因子對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特征之一。海拔因子對霍山毛竹材的順紋抗壓強度、順紋抗剪強度有顯著影響，但對順紋抗拉強度影響不大。不同海拔的霍山毛竹材抗壓強度為40～56 Mpa，與松木 (40～65 MPa)[9]、 麻櫟 (50～70 MPa)[10]等高強度木材相當，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?；羯矫癫牡目辜魪姸葹?.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；抗拉強度在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。

[1] 云芳，劉志坤.毛竹材抗拉彈性模量及抗拉強度[J].浙江林學院學報，1996，13(1):21-27.

[2] 馬靈飛，馬乃訓.毛竹材材性變異的研究[J].林業(yè)科學，1997，33(4):356-364.

[3] 方楷，楊清培，施建敏，等.亞熱帶毛竹竹材化學特性變異初探[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報，2009，31(4):679-684.

[4] 張令峰，許海峰，汪佑宏，等.不同海拔高度及坡向?qū)γ窠馄侍卣饔绊懠捌渑c物理力學性質(zhì)關系[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2009，36(1):77-80.

[5] 汪佑宏，田根林，劉杏娥，等.不同海拔高度對毛竹主要物理力學性質(zhì)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2007，34(2):222-225.

[6] 王建和.竹片脹縮性能的初步研究[J].竹子研究匯刊，1993，12(1):39-46.

[7] 劉志坤，于紅衛(wèi)，羅從軍，等.高含水率木(竹)集成材生產(chǎn)工藝研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，2016，43(4):12-15.

[8] 閆薇，張彬，傅萬四，等.原態(tài)毛竹環(huán)狀收縮應變表征及機理研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，2017，44(10):16-20.

[9] 楊家駒.中國主要樹種木材物理力學數(shù)據(jù)換算表[J].中國木材，2001(3):37-41.

[10]楊帆，楊家駒.中國主要闊葉樹材的物理力學性質(zhì)表[J].中國木材，2001(5):32-35.

[11]高黎，王正，藺燾，等.高地竹與毛竹主要物理力學性能的比較研究[J].世界竹藤通訊，2010，8(4):20-22.