李 偉 李 杰 白建偉 李文強(qiáng)

（中林檢驗(yàn)檢測中心，重慶 401147）

結(jié)構(gòu)用膠合板也稱結(jié)構(gòu)膠合板，即用于承載結(jié)構(gòu)領(lǐng)域且產(chǎn)品性能具有可評價、可設(shè)計保證的膠合板[1]。結(jié)構(gòu)用膠合板即可用作木結(jié)構(gòu)建筑的屋面板、墻板與樓面板，也可用于木工字梁、集裝箱底板、混凝土模板、船用膠合板等領(lǐng)域[2-3]。

我國膠合板類產(chǎn)品進(jìn)口平均單價高于出口平均單價，2020 年，我國膠合板類產(chǎn)品出口平均單價為449.62 美元/m3，進(jìn)口平均單價為741.82 美元/m3，進(jìn)口平均單價比出口平均單價高64.99%[4]，促進(jìn)國內(nèi)膠合板產(chǎn)品質(zhì)量提檔升級以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整向高技術(shù)高附加值方向發(fā)展是一個急需解決的問題[5]，這需要人造板生存企業(yè)通過提高產(chǎn)品性能、進(jìn)軍結(jié)構(gòu)材市場[6]。

發(fā)展結(jié)構(gòu)用膠合板不僅可以充分利用低質(zhì)材、短小材及人工工業(yè)原料林資源[7-8]，也是踐行綠色低碳建筑規(guī)?；l(fā)展方式之一。另外，我國普通膠合板類產(chǎn)品是面臨國際貿(mào)易摩擦最多的人造板品種，多元化發(fā)展結(jié)構(gòu)用膠合板等單板類工程木制材料產(chǎn)品可有效規(guī)避貿(mào)易壁壘、拓展出口市場空間。例如，美國商務(wù)部自2016 年起即對我國出口的硬木膠合板實(shí)施反傾銷反補(bǔ)貼調(diào)查，但對于滿足US DOC PS1 Structural Plywood標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品可以豁免“雙反”調(diào)查[9]。

1 澳大利亞與新西蘭地區(qū)結(jié)構(gòu)用膠合板標(biāo)準(zhǔn)要求解讀

澳大利亞與新西蘭地區(qū)結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品主要執(zhí)行AS/NZS 2269.0Plywood-StructuralPart0:Specifications標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)行有效版本為2015 年版，該標(biāo)準(zhǔn)由澳大利亞與新西蘭膠合板材制品聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)委員會TM-008 發(fā)布，主要規(guī)定了結(jié)構(gòu)用膠合板的木單板等級、膠合性能、單板接合、組坯結(jié)構(gòu)、尺寸偏差、含水率、F-Grade等級劃分與產(chǎn)品貼標(biāo)等相關(guān)要求[10]。

結(jié)構(gòu)用膠合板的木材單板等級依據(jù)單板自生天然缺陷與加工缺陷的種類與分布情況可劃分為Quality A、Quality S、Quality B、Quality C與Quality D等級。單板膠合等級需滿足標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 2098.2-2012Methodsof testforveneerandplywood,Method2:Bondqualityof plywood(chiseltest)規(guī)定的最高膠合性能等級Type A級的相關(guān)要求[11]；Type A膠合性能等級限定使用酚醛樹脂膠黏劑，確保膠合性能具有足夠的耐久性與抗蠕變性，預(yù)期設(shè)計使用壽命為干燥狀態(tài)使用環(huán)境條件下不短于50 a，其預(yù)處理過程為72 h的煮沸浸漬或者在表壓力為2 個大氣壓（200±7） kPa的條件下進(jìn)行6 h的飽和蒸汽處理，處理完成后需將樣品浸漬于室溫水中冷卻至室溫狀態(tài)，并在樣品保持濕潤狀態(tài)下用氣動鏟進(jìn)行單板分層鑿試，目測評估各膠層的膠合質(zhì)量評價值。Type A膠合性能等級要求單一膠合樣品任一膠層的膠合質(zhì)量評價值不得低于2，所有膠層的膠合質(zhì)量評價值的總體平均值不得低于5，膠合質(zhì)量評價值是以木破率為評價基準(zhǔn)，如表1 所示。另外，結(jié)構(gòu)用膠合板的縱向單板層接長需采用斜接的方式，斜接膠合也應(yīng)采用酚醛樹脂膠，斜接接頭斜磨面斜率不得大于1/6。

表1 膠合質(zhì)量評價值評價基準(zhǔn)Tab.1 Bond quality scale

結(jié)構(gòu)用膠合板的組坯應(yīng)遵循穩(wěn)定性平衡原則，AS/NZS 2269.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)組坯結(jié)構(gòu)，并采用三段式數(shù)字標(biāo)示碼來表示結(jié)構(gòu)用膠合板材的組坯結(jié)構(gòu)，如標(biāo)識碼17-24-7表示結(jié)構(gòu)用膠合板的名義厚度是17 mm、面層單板厚度為2.4 mm、單板數(shù)量為7。AS/NZS 2269.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用標(biāo)準(zhǔn)組坯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)用膠合板的慣性矩與截面模量等參數(shù)，供設(shè)計師直接計算使用，生產(chǎn)廠家也可以根據(jù)客戶需求、單板原材料狀況、生產(chǎn)工況等因素采用非標(biāo)的組坯結(jié)構(gòu)，此種情況下需委托第三方檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)或者材料工程師計算非標(biāo)組坯結(jié)構(gòu)的相關(guān)截面參數(shù)系數(shù)。

非標(biāo)組坯結(jié)構(gòu)中的單板厚度應(yīng)為成品膠合板中的單板厚度估算值，可通過原有單板厚度、熱壓壓縮比估算得出。非標(biāo)組坯結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品的標(biāo)識碼需包含結(jié)構(gòu)用膠合板的名義厚度、平行于板材主軸方向的慣性矩、平行于板材主軸方向的截面模量、垂直于板材主軸方向的慣性矩、垂直于板材主軸方向的截面模量等參數(shù)。結(jié)構(gòu)用膠合板截面的慣性矩計算主要參照AS1720.1-2010Timberstructures,Part1:Design methods標(biāo)準(zhǔn)[12]，依據(jù)平行移軸定理，并考慮抗彎承載時單板木材紋理方向?qū)φw承載力的影響因素，也即計算平行于板材主軸方向的截面慣性矩，應(yīng)基于平行于板材主軸方向的單板總厚度，再加上0.03倍垂直于板材主軸方向的單板總厚度之和得出，如下公式所示（以5層板為例）：

式中：IP為平行于板材主軸方向相對于截面中性軸的慣性矩；b為板材的寬度，A1為平行于板材主軸方向的最外單板層的橫截面面積，A2為垂直于板材主軸方向的次外單板層的橫截面面積，d1、d2、d3分別為最外單板層、次外單板層、芯層單板的厚度，y1、y2分別為最外單板層形心軸、次外單板層形心軸相對于板材中性軸的間距。

同理，計算垂直于板材主軸方向的截面慣性矩，應(yīng)基于垂直于板材主軸方向的單板總厚度，再加上0.03倍平行于板材主軸方向的單板總厚度之和得出。

結(jié)構(gòu)用膠合板的尺寸測量主要參照AS/NZS 2098.4-2006Methodsoftestforveneerandplywood-Measurementofdimensionsandshapeforsheetsof veneerandplywood標(biāo)準(zhǔn)[13]，主要檢測板材的長度、寬度、厚度、垂直度、板邊平直度、板面平整度等項(xiàng)目。結(jié)構(gòu)用膠合板出貨前，板材含水率應(yīng)參照AS/NZS 2098.1-2006Methodsoftestforveneerand plywood-Moisturecontentofveneerandplywood標(biāo)準(zhǔn)檢測[14]，對于名義厚度不大于7.5 mm的板材，含水率應(yīng)控制在10%～15%范圍內(nèi)；對于名義厚度大于7.5 mm的板材，含水率應(yīng)控制在8%～15%范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)用膠合板的甲醛釋放量依據(jù)AS/NZS 2098.11-2005Methodsoftestforveneerandplywood-Determination offormaldehydeemissionsforplywood標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行檢測[15]，檢測方法為干燥器法，甲醛釋放量等級限量值如表2所示。

表2 甲醛釋放量限量等級要求Tab.2 Formaldehyde emissions requirements

結(jié)構(gòu)用膠合板可進(jìn)行防腐處理以延長板材的預(yù)期使用壽命，防腐處理方法參照AS/NZS 1604.3-2012Specificationforpreservativetreatment-Plywood標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[16]。根據(jù)使用條件、應(yīng)用環(huán)境與使用用途的不同，結(jié)構(gòu)用膠合板的防腐等級可劃分為如下6個等級，如表3所示。防腐等級通過防腐劑載藥量與滲透度等指標(biāo)進(jìn)行表征。結(jié)構(gòu)用膠合板的防腐處理工藝主要包括整體單板防腐處理、整體結(jié)構(gòu)用膠合板防腐處理、膠層防腐處理、外層單板防腐處理等類型，常用的防腐劑類型有三唑酮、環(huán)丙唑醇、聯(lián)苯菊酯、吡蟲啉、溴氰菊酯、噻蟲啉、溴氰菊酯與砷化物等。

表3 防腐等級要求Tab.3 Hazard class requirements

結(jié)構(gòu)用膠合板的力學(xué)性能應(yīng)力等級通過F-Grade等級表示，各F-Grade等級對應(yīng)的性能特征值如表4 所示。F-Grade等級的確定可由機(jī)械應(yīng)力分等全數(shù)檢驗(yàn)法確定亦可通過代表性樣品型式檢測確定（In-Grade Test）。型式檢測確定結(jié)構(gòu)用膠合板的F-Grade等級時，應(yīng)隨機(jī)抽取代表性足尺樣板30 塊，并依據(jù)AS/NZS 2269.1-2012Plywood-Structural-Determinationof structuralproperties-Testmethods、AS/NZS 2269.2-2007Plywood-Structural-Determinationofstructural properties-Evaluationmethods與AS/NZS 4063.2-2010Characterizationofstructuraltimber等標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行資格性型式測試與特征值計算，以確定具體的F-Grade宣稱等級的各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足要求[17-19]。生產(chǎn)過程中，仍需定期抽取板材進(jìn)行監(jiān)督性驗(yàn)證測試，監(jiān)督性驗(yàn)證測試僅需測試抗彎彈性模量和抗彎強(qiáng)度兩個指標(biāo)。

表4 結(jié)構(gòu)用膠合板-F-Grade特征值要求Tab.4 Structural plywood-characteristic propertiesfor F-grades

表5 FRP/竹木膠合界面改性處理試驗(yàn)組設(shè)置Tab.5 Bonding interface modification treatment of FRP/bamboo&wood

表6 含水率與膠合性能檢測結(jié)果Tab.6 Test results of moisture content and bonding quality

表7 甲醛釋放量檢測結(jié)果Tab.7 Test Results of Formaldehyde Emission

表8 力學(xué)性能檢測結(jié)果Tab.8 Test results of mechanical properties

2 國產(chǎn)桉木結(jié)構(gòu)用膠合板試制與認(rèn)證檢測結(jié)果分析

2.1 國產(chǎn)桉木結(jié)構(gòu)用膠合板試制

2.1.1 試驗(yàn)材料

木材單板：桉木（EucalyptusrobustaSmith）單板，廣西橫縣正林木業(yè)有限公司生產(chǎn)；

膠黏劑：14L962 液體酚醛膠，太爾化工（南京）有限公司；生產(chǎn)調(diào)膠比例為：原膠/面粉=100/(20-25)（重量比）。

2.1.2 試驗(yàn)設(shè)備

輥涂膠機(jī)、連續(xù)組坯機(jī)、斜磨機(jī)、斜接機(jī)、冷壓壓機(jī)、熱壓壓機(jī)、砂光機(jī)、裁邊鋸等生產(chǎn)設(shè)備由廣西橫縣正林木業(yè)有限公司提供。

微機(jī)控制大跨度人造板試驗(yàn)機(jī)、電熱蒸汽發(fā)生器、壓力桶、可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱、電子恒溫水浴鍋、電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱、可見光分光光度計等檢測設(shè)備由中林檢驗(yàn)檢測中心提供。

2.1.3 試樣制作

選取目測分等等級為Quality C與Quality D級的單板作為生產(chǎn)原材料，單板含水率需控制在6%～12%范圍內(nèi)，含水率不滿足要求的單板需重新進(jìn)行氣干干燥或窯干干燥。結(jié)構(gòu)用膠合板的設(shè)計單板層數(shù)為11 層，面層單板與背板單板等級為Quality C，其它層單板等級為Quality D，成型板坯組坯結(jié)構(gòu)為1.4/1.5/1.5/1.9/1.5/1.5/1.5/1.9/1.5/1.5/1.4 mm，板坯壓縮比為88%，成品板材的設(shè)計名義厚度為17 mm，板材厚度偏差需保證在±4%范圍內(nèi)。

采用輥涂膠機(jī)對偶數(shù)層單板進(jìn)行施膠，單板的雙面涂膠量為350 g/m2。將單板按照既定組坯結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)組坯，組坯后的開式陳化時間保持在30 min范圍內(nèi)。然后將陳化后的板坯進(jìn)行預(yù)壓，以防止膠層干化過快且便于熱壓工序的裝板，預(yù)壓壓力為1.1 MPa、預(yù)壓時間為60 min。將預(yù)壓完成的板坯轉(zhuǎn)移至熱壓壓機(jī)進(jìn)行熱壓工序處理，熱壓壓力為1.3 MPa，熱壓溫度為130 ℃，熱壓時間為22 min。板坯熱壓完成后需冷卻至室溫后方能進(jìn)入裁切、修邊與表面砂光等工序。

2.2 國產(chǎn)桉木結(jié)構(gòu)用膠合板認(rèn)證檢測結(jié)果分析

2.2.1 認(rèn)證檢測方案

從試制好的成品板材中隨機(jī)抽取代表性全幅面尺寸板材30 張，長度方向?yàn)橹鬏S方向，按照鋸制方案示意圖鋸解樣品，如下圖所示。未載明的檢測項(xiàng)目如含水率、甲醛釋放量、單板斜接膠合性能與膠合性能等從鋸制方案示意圖空白區(qū)域取樣鋸制。

圖1 鋸制方案示意圖Fig.1 Standard cutting pattern for structural plywood test panels

鋸制方案示意圖中，Tpa與Tpe分別為順紋抗拉強(qiáng)度檢測樣品與橫紋抗拉強(qiáng)度檢測樣品，Cpa與Cpe分別為順紋抗壓強(qiáng)度檢測樣品與橫紋抗壓強(qiáng)度檢測樣品，Rpa與Rpe分別為順紋抗彎強(qiáng)度檢測樣品與橫紋抗彎強(qiáng)度檢測樣品，PSpa與PSpe分別為順紋抗剪強(qiáng)度與橫紋抗剪強(qiáng)度檢測樣品。各檢測項(xiàng)目檢測樣品尺寸規(guī)格、檢測樣品數(shù)量如下表所示。

2.2.2 力學(xué)性能檢測

力學(xué)性能檢測方法參照AS/NZS 2269.1-2012Plywood-Structural-Determinationofstructural properties-Testmethods標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的步驟進(jìn)行。其中，抗彎強(qiáng)度與抗彎彈性模量采用三等分四點(diǎn)抗彎加載，跨度為樣品名義厚度的48 倍，加載過程中記錄樣品的極限破壞荷載與跨中撓度變化值?？箯潖?qiáng)度R和抗彎彈性模量E計算公式如下。

式中：R與E分別為平行于板材主軸方向的抗彎強(qiáng)度與抗彎彈性模量，MPa；Pmax為極限抗彎荷載，N；L為跨度，mm；Zpar為平行于板材主軸方向的抗彎截面系數(shù)，mm3。

式中：Ipar為平行于板材主軸方向的慣性矩，mm4；P'/Δ為跨中荷載撓度圖線性段的斜率，N/mm。

面內(nèi)抗剪強(qiáng)度主要檢測結(jié)構(gòu)用膠合板厚度橫截面的抗剪能力，如圖2 所示，樣品需用楔形鋼塊螺栓固定組固定，螺栓直徑為10 mm，楔形鋼塊的厚度為10 mm?？辜魪?qiáng)度的確定基于極限荷載值與樣品長度方向上的有效承載面積計算得出?？估瓘?qiáng)度與抗壓強(qiáng)度采用足尺樣品進(jìn)行檢測，檢測計算原理同于我國人造板國標(biāo)的相關(guān)要求。

圖2 面內(nèi)抗剪強(qiáng)度示意圖Fig.2 Sketch Map For Panel Shear Strength

結(jié)構(gòu)用膠合板應(yīng)力等級F-grade基于力學(xué)性能指標(biāo)的特征值進(jìn)行判定，根據(jù)AS/NZS 4063.2-2010Characterizationofstructuraltimber標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的特征值取檢測結(jié)果的5%分位值（75%置信度），抗彎彈性模量特征值取檢測結(jié)果的平均值。特征值的計算參照AS/NZS 2269.2-2007Plywood-Structural-222Determinationofstructural properties-Evaluationmethods標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行。

2.3 結(jié)果與討論

2.3.1 含水率與膠合性能

含水率參照AS/NZS 2098.1-2006Methodsoftest forveneerandplywood-Moisturecontentofveneer andplywood標(biāo)準(zhǔn)采用烘干法進(jìn)行檢測，對于名義厚度為17 mm的結(jié)構(gòu)用膠合板樣品，含水率的限值要求為8%～15%，含水率檢測結(jié)果滿足要求。干態(tài)膠合性能檢測樣品直接用氣動鏟進(jìn)行剝離，蒸汽態(tài)膠合性能檢測樣品在經(jīng)Type A膠合性能等級規(guī)定的預(yù)處理程序處理后再行剝離測試，檢測結(jié)果表明膠合質(zhì)量評價值最小值與平均值均滿足Type A膠合性能等級的相關(guān)限值要求。

2.3.2 甲醛釋放量

甲醛釋放量檢測參照AS/NZS 2098.11-2005Methodsoftestforveneerandplywood-Determination offormaldehydeemissionsforplywood標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行檢測，檢測方法為干燥器法，甲醛釋放量檢測結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 2269.0-2015Plywood-StructuralPart0:Specifications中表1 中規(guī)定的Super E0級限值要求。

2.3.3 力學(xué)性能

力學(xué)性能檢測項(xiàng)目包括抗彎強(qiáng)度、名義抗彎彈性模量、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度等，檢測方法 參 照AS/NZS 2269.1-2012Plywood-Structural-Determinationofstructuralproperties-Testmethods標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行。除卻名義抗彎彈性模量特征值取其平均值外，其它項(xiàng)目特征值取其5%分位值（75%置信度）。參 照AS/NZS 2269.0-2015Plywood-Structural Part0:Specifications中表4.1 進(jìn)行力學(xué)性能應(yīng)力等級F-Grade判定，檢測樣品平行于主軸方向、垂直于主軸方向的力學(xué)性能應(yīng)力等級為F11 級。

3 結(jié)論

從結(jié)構(gòu)用膠合板的木單板等級、膠合性能、單板接合、組坯結(jié)構(gòu)、尺寸偏差、含水率、F-Grade等級劃分與計算等方面概述了澳大利亞與新西蘭市場結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品的準(zhǔn)入性要求，以資為國內(nèi)的膠合板產(chǎn)品出口至澳大利亞與新西蘭地區(qū)提供借鑒。選取國產(chǎn)速生材桉木單板與國產(chǎn)酚醛樹脂膠黏劑試制結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品，并依據(jù)AS/NZS 2269.0-2015Plywood-StructuralPart0:Specifications標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行型式檢測，檢測結(jié)果表明國產(chǎn)速生桉結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品性能滿足澳大利亞與新西蘭結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品的準(zhǔn)入性要求。

國產(chǎn)速生材單板經(jīng)過特定的生產(chǎn)工藝設(shè)計可制得高附加值的結(jié)構(gòu)用膠合板產(chǎn)品，不僅可滿足國內(nèi)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)發(fā)展對于工程木制材料的需求，還可以規(guī)避普通膠合板貿(mào)易壁壘、拓展出口市場空間。