安徽霍山不同海拔毛竹材力学性质分析

蔡如胜 苏昌群 林 蕾 吕 培 俞友明 王 聪

(1霍山县林业局 安徽霍山 237200；2湖州市林业科学研究所 浙江湖州 313000；3浙江农林大学工程学院 杭州 311300)

竹子生长快，轮伐期短，竹材的生产利用具有很大的发展空间。毛竹 (Phyllostachys pubescens)是我国利用最广的竹种，其材质好、用途多、分布广。竹材的物理力学性质是竹材的主要质量指标，了解竹材的物理力学性质对于提高竹材的利用效率具有重要意义。

安徽省霍山县地处淮河以南、长江以北，地理位置为北纬 31°03′—31°33′、 东经 115°52′—116°32′，靠近毛竹天然分布的北部边缘，其独特的地理位置及气候条件影响着毛竹材的各项特性，其中海拔是影响毛竹材力学性质的重要因子。本文以安徽霍山不同海拔的毛竹材为试验材料，研究了海拔因子对竹材力学性质的影响，可为培育优质材用竹林提供参考。

1 试材制备与测试方法

1.1 试材采集

2015年7月在安徽省霍山县诸佛庵镇毛竹科技园区，分别于海拔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株作为试验竹材。采集的毛竹要求长势正常，无病害及虫害侵扰，平均胸径10 cm。将竹材分别编号后运回实验室待测。

1.2 试件加工

1)试件锯截部位。根据测试内容将竹材从基部向上锯成3段，分别编号。为了保证不同海拔竹材试件取自毛竹秆上相对一致的位置，将毛竹圆筒从中间剖开，对称取材，每一海拔的毛竹共制作48个试件。

2)试件规格与要求。毛竹竹材试件断面应互相平行，同时与侧面保持垂直。不同测试指标的试件其规格不同:测定基本密度的试件规格为10 mm×10 mm×t mm(t为竹壁厚)；测定干缩性的试件规格为10 mm×10 mm×t mm；测定抗剪强度的试件规格为160 mm×10 mm×t mm；测定顺纹抗压强度的试件规格为20 mm×20 mm×t mm；测定顺纹抗拉强度的试件规格为280 mm×10 mm×t mm。

1.3 测试指标

测定的竹材力学指标包括气干密度、全干密度、干缩性、顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度和顺纹抗拉强度。

1.4 测试与分析方法

竹材各项力学指标的测定方法依据 《中华人民共和国国家标准竹材物理力学性质试验方法GB/T 15780-1995》进行。试验数据采用SPSS统计分析软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同海拔竹材的密度

竹材密度是衡量竹材材质好坏的一个重要指标，显著地影响竹材的力学性能。竹材密度与竹材纤维含量、纤维直径及细胞壁厚度密切相关。不同海拔竹材的密度测定结果见表1。可以看出，不同海拔的毛竹材密度存在一定差异，海拔370 m生长的毛竹气干密度最大，海拔600 m生长的毛竹全干密度最高。在海拔370～600 m生长的毛竹，竹材气干密度和全干密度差异不明显。

表1 不同海拔毛竹材密度

测定结果显示，霍山毛竹材的气干密度在0.533～0.675 g/cm3， 全干密度在 0.499～ 0.600 g/cm3。与我国其他毛竹主产区浙江[1-2]、江西[3]及安徽其他地区[4-5]的竹材密度相比，霍山竹材的气干密度和全干密度均较低。

2.2 不同海拔竹材的干缩率

测定结果显示 (图1)，海拔因素对竹材的弦向、径向气干干缩率和弦向、径向全干干缩率的影响均达极显著水平 (P＜0.001)，表明海拔对毛竹的弦向、径向干缩率影响较大。不同海拔间的竹材其纵向气干干缩率和纵向全干干缩率差异不大。相同海拔的霍山毛竹竹材干缩率均呈现出弦向＞径向＞纵向的特点，与王建和[6]研究结果相一致。霍山竹材的干缩率较小，表明竹材不易干裂，制备的竹质人造板材不易变形。

图1 不同海拔毛竹材各方向的干缩率

2.3 不同海拔竹材的抗压性

测定分析结果显示 (图2)，海拔高度对竹材的顺纹抗压强度影响较大，在试验海拔范围内，竹材的顺纹抗压强度随着海拔升高呈增大趋势，海拔370～600 m范围内，竹材的顺纹抗压强度差异不大。

图2 不同海拔毛竹材顺纹抗压强度

2.4 不同海拔竹材的抗剪强度

就不同海拔竹材的顺纹抗剪强度而言 (图3)，在试验海拔范围内随海拔升高亦呈增大趋势，在海拔370～600 m范围内，竹材的顺纹抗剪强度差异不大。

2.5 不同海拔竹材的抗拉强度

测定分析结果显示 (图4)，海拔对竹材抗拉强度的影响与对竹材的抗压强度和抗剪强度影响不同，在试验海拔范围内随海拔升高竹材的顺纹抗拉强度呈略微下降趋势，但差异不大。

3 结论与讨论

1)海拔因子对霍山毛竹竹材的密度有一定影响，随海拔升高，竹材的气干密度和全干密度呈增大趋势，但差异不大。霍山毛竹竹材的气干密度为0.533～0.661 g/cm3， 全干密度为0.499～0.600 g/cm3，略低我国浙江、江西等地的竹材相应指标。

图3 不同海拔毛竹材顺纹抗剪强度

图4 不同海拔毛竹材顺纹抗拉强度

2)海拔因子对霍山毛竹材的弦向和径向气干干缩率和全干干缩率均有极显著的影响，但对竹材的纵向气干干缩率和纵向全干干缩率影响不大。霍山毛竹材干缩率相对较小，表明竹材不易干裂，制备的竹质人造板材不易变形[7-8]。

3)竹材的抗压性是毛竹重要的力学特征之一。海拔因子对霍山毛竹材的顺纹抗压强度、顺纹抗剪强度有显著影响，但对顺纹抗拉强度影响不大。不同海拔的霍山毛竹材抗压强度为40～56 Mpa，与松木 (40～65 MPa)[9]、 麻栎 (50～70 MPa)[10]等高强度木材相当，表明霍山毛竹材可以代替传统木材做建筑支撑柱等承重材料。霍山毛竹材的抗剪强度为9.1～10.7 Mpa，与椴木、乌桕及侧柏等建筑用木材抗剪性能相当；抗拉强度在170 Mpa左右，高于常用木质建筑材料树种，如马尾松为70～90 MPa[9，11]。因此，霍山竹材经合理加工可以替代传统木质建筑材料。

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