施福軍，唐 慶，韋鵬練

(1.廣西壯族自治區(qū)南寧樹木園,南寧 530200；2.廣西大學(xué) 林學(xué)院，南寧 530004)

巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)是由巨桉和尾葉桉雜交選育而來的速生樹種，常綠喬木，具有生長(zhǎng)快、紙漿得率高、對(duì)低海拔干旱土壤適應(yīng)性和抗?jié)儾∧芰?qiáng)的特點(diǎn)。我國栽培的巨尾桉由澳大利亞引入，該樹種用途單一，主要用來制造人造板，沒有實(shí)木利用。目前市場(chǎng)以采伐的5～7 a生速生桉木為主，為了培育桉木大徑材，減少桉樹采伐周期過短對(duì)土壤和環(huán)境的影響,響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略號(hào)召，大力發(fā)掘和培養(yǎng)較長(zhǎng)生長(zhǎng)年限的桉木材，我們進(jìn)行了15 a生巨尾桉材性研究，以明確其木材物理力學(xué)性質(zhì)，并與傳統(tǒng)按木材相比較，判斷其是否適于作為實(shí)木材利用。

1 材料與方法

1.1 材料

試材采自廣西壯族自治區(qū)南寧市樹木園連山管區(qū)11林班，采集日期：2016年9月28日。根據(jù)林木的生長(zhǎng)情況，分散選取5株生長(zhǎng)正常要、樹干通直、沒有明顯缺陷、具有代表性的植株作為樣木，樹齡15年石材基本情況如表1。桉樹試樣的采集按GB/T 1927-2009《木材物理力學(xué)試材采集方法》[1]進(jìn)行。樣木倒伐之后，在0、1.3、3.3、5.3、7.3、9.3、11.3 m(至樹干直徑小于6 cm止)處各鋸取2個(gè)厚約5 cm的圓盤，用以測(cè)定巨尾桉人工林木材的生長(zhǎng)輪寬度、生材密度、生材含水率、樹皮率等各項(xiàng)解剖指標(biāo)。在1.3～3.3、5.3～7.3、9.3～11. 3 m處各鋸取2 m長(zhǎng)的木段作為標(biāo)準(zhǔn)木段用以測(cè)定巨尾桉人工林木材的物理力學(xué)性質(zhì)。

表1 試材基本情況

1.2 試件制作以及測(cè)試方法

參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1929 2009《木材物理力學(xué)試件鋸解及試樣截取方法》[13]制取試樣。各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1932～1942-2009《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》[3]測(cè)定。物理性質(zhì)測(cè)定指標(biāo)包括生長(zhǎng)輪寬度、基本密度、氣干密度、全干密度、濕脹率、干縮性和吸水性;力學(xué)性能測(cè)試指標(biāo)主要有抗彎強(qiáng)度、木材硬度、抗彎彈性模量、順紋抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性，其中沖擊韌性利用擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)量，其余指標(biāo)用SANS萬能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量。

圖1 15 a生巨尾桉和其他5 a生桉樹密度比較

2 結(jié)果與分析

2.1 木材物理性質(zhì)

2.1.1 木材密度 木材密度是一項(xiàng)重要的物理指標(biāo)，通過密度值可以初步判斷木材材性好壞，同等含水率的不同種木材，密度越大，則其質(zhì)量越重，強(qiáng)度也越大，從表2可以看出30組巨尾桉的基本密度、氣干密度、全干密度平均值分別為0.670、0.720、0.690 g·cm-3，變異系數(shù)分別為7.74%、6.77%和7.31%，變異性較小。根據(jù)《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》[4]標(biāo)準(zhǔn)判定，巨尾桉屬于第3級(jí)，木材密度較小，這與巨尾桉生長(zhǎng)速度較快有關(guān)，所以其加工時(shí)產(chǎn)生的阻力較小，易于加工，將15 a生巨尾桉人工林木材平均密度與其它短周期輪伐的桉樹進(jìn)行比較，其結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，15 a生巨尾桉所有密度指標(biāo)，都比其它生長(zhǎng)年限更短的桉樹高，說明延長(zhǎng)種植年限，可以增大桉樹木材密度。

表2 15 a生巨尾桉密度

2.1.2 吸水性 木材的吸水性是商品用木材材性判定的重要指標(biāo)之一[4]。15 a生巨尾桉人工林木材吸水率隨時(shí)間的變化如圖2所示。從圖中可以看出，巨尾桉前2天的吸水率變化很大，質(zhì)量變化明顯，含水率升高迅速，這是由于前2天木材細(xì)胞含水率相對(duì)較低，木材橫向和軸向的吸水速度都比較快，吸水率呈線性增長(zhǎng)。吸水速度在第3天的時(shí)候開始變緩，第3天到第8天木材吸水率變化非常緩慢， 此時(shí)細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分已經(jīng)逐漸飽和。第10天到第12天吸水率差值小于5%，可認(rèn)為其吸水率在第12天的時(shí)候達(dá)到最大值，為151.4%。這反映了巨尾桉具有良好的浸注性。

圖2 15年生巨尾桉的吸水率

2.1.3 干縮性 干縮濕脹是木材的固有性質(zhì)，也是它的一大缺陷，會(huì)引起木材尺寸的變化，當(dāng)木材各個(gè)方向的干縮濕脹不均衡時(shí)，就會(huì)開裂和變形，影響木材的利用。干縮率反映的是木材干縮的大小程度，15 a生巨尾桉人工林木材平均干縮性測(cè)定結(jié)果如表3所示，由表3知，15 a生巨尾桉弦向平均干縮率為8.9%，徑向平均干縮率為5.5%，體積干縮率平均值為14.6%，根據(jù)《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》標(biāo)準(zhǔn)判定，15 a生巨尾桉人工林木材體積干縮屬于一級(jí)材干縮范圍。從3個(gè)干縮率指標(biāo)來看徑向干縮率最小，所以徑切材的材性最穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)或者生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品時(shí)應(yīng)優(yōu)先使用徑切材。

表3 15年生巨尾桉干縮性的測(cè)定

圖3 15 a生巨尾桉全干時(shí)的干縮率與其他樹種的比較情況

15 a生巨尾桉人工林木材全干干縮率與其它短周期輪伐的桉樹比較結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出，巨尾桉的各項(xiàng)全干干縮率與其它短周期輪伐的桉樹差異不顯著,15 a生巨尾桉和巨桉徑向干縮率最小，只有5.4%，比5 a生藍(lán)桉小2.2%，比5年生大葉桉的徑向干縮率小0.5%。四種桉樹的弦向干縮率最大的是5 a生藍(lán)桉，最大值是10.0%，弦向干縮率最小的是5年生巨桉，最小值是8.4%，極差為1.6%，5 a生大葉桉的弦向干縮率是8.9%，四種桉樹的弦向干縮率差異不顯著。這幾個(gè)樹種的徑向和體積干縮率也相差不大，由此可以看出桉樹的干縮性與生長(zhǎng)時(shí)間相關(guān)性不大。

15 a生巨尾桉木材力學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果如表4所示，從表中可以看出，15 a生巨尾桉的端面硬度、弦面硬度、徑面硬度分別為5 408.7 N(68.9 MPa)、4 657.3 N(51.3 MPa)和3 161.0 N(55.1 MPa)，三個(gè)方向硬度的比值為1∶0.745∶0.8，根據(jù)《木材的主要物理力學(xué)性質(zhì)分級(jí)表》[4]，15 a生巨尾桉的弦面和徑面硬度達(dá)到了3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，端面硬度達(dá)到了4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。15 a生巨尾桉的抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量、沖擊韌性和順紋抗壓強(qiáng)度分別為83.9 MPa、12 790 MPa、65 KJ·m-2、44.2 MPa，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度等級(jí)分別為2級(jí)、3級(jí)、2級(jí)、1級(jí))。

木材的順紋抗壓強(qiáng)度是判斷木材是否可以作為建筑和結(jié)構(gòu)材料的主要力學(xué)性質(zhì)之一[9]，是指在平行木材纖維方向?qū)υ嚰訅好嫒渴┘虞d荷時(shí)的強(qiáng)度[10]。木材作為稱重構(gòu)件使用時(shí)一般需要考慮它抗彎強(qiáng)度和順紋抗壓強(qiáng)度，通常用它們之和表示木材的綜合強(qiáng)度， 并以此判斷木材承重

表4 15 a生巨尾桉力學(xué)特性

性能。計(jì)算得知15 a生巨尾桉的綜合強(qiáng)度為128.1 MPa，屬于高強(qiáng)度樹種(107.9～166.6 MPa)[8]。衡量木材性質(zhì)的優(yōu)劣不僅需要根據(jù)各項(xiàng)極限強(qiáng)度值，在一些特殊場(chǎng)合還要求木材具備較高的力學(xué)強(qiáng)度和較輕的自身重量，也就是要求其具備較高的強(qiáng)重比，即品質(zhì)系數(shù)。順壓品質(zhì)系數(shù)和靜曲品質(zhì)系數(shù)是最重要的兩項(xiàng)品質(zhì)系數(shù)，二者之和稱作綜合品質(zhì)系數(shù)。根據(jù)此系數(shù)的大小可以把木材分為3個(gè)等級(jí)[8]，第1類為低等級(jí)材，綜合品質(zhì)系數(shù)<1 960×105Pa;第2類為中等級(jí)材，綜合品質(zhì)系數(shù)1 961×105～2 156×105Pa;第3類為高等級(jí)材，綜合品質(zhì)系數(shù)>2 156×105Pa。計(jì)算得知15 a生巨尾桉的綜合品質(zhì)系數(shù)為191.2 GPa,屬于低等級(jí)材。

2.3 比較分析

15 a生巨尾桉和幾種常用桉樹的力學(xué)性質(zhì)對(duì)比結(jié)果如表5所示,可看出，除了抗彎強(qiáng)度之外，其他三項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)都是5種樹種里面最高的，由此可以看出桉樹的生長(zhǎng)年限越長(zhǎng)，其大部分力學(xué)性能就越高。

表5 幾種桉樹木材力學(xué)性質(zhì)

3 結(jié)論與討論

15 a生巨尾桉屬于密度小、干縮性小的一類木材，其基本密度、氣干密度、全干密度分別為0.67、0.72、0.69 g·cm-3，這跟它較快的生長(zhǎng)速度有關(guān)；弦向、徑向和體積干縮率分別為8.9%、5.5%、14.6%。除了順紋抗壓強(qiáng)度之外，15 a生巨尾桉的各項(xiàng)主要力學(xué)指標(biāo)只達(dá)到中等甚至低下水平，綜合品質(zhì)系數(shù)低，綜合強(qiáng)度只有191.2 GPa。

15 a生巨尾桉力學(xué)性能普遍高于生長(zhǎng)周期較短的桉木，較長(zhǎng)的生長(zhǎng)年限對(duì)桉木的材性具有提高作用，從主要物理力學(xué)性質(zhì)來看，15 a生巨尾桉是一種速生優(yōu)質(zhì)樹種，適合種植人工林，可以替代部分生長(zhǎng)緩慢、個(gè)體數(shù)量越來越少的樹種。