广东琼楠木材物理力学性能研究

韦鹏练 赖钦昌 刘 衡 符韵林

（1. 广西大学林学院，广西 南宁 530004；2. 广西壮族自治区南宁树木园，广西 南宁 530031）

广东琼楠（Beilschmiedia fordii）， 樟科（Lauraceae）琼楠属（Beilschmiedia）常绿乔木，主要分布于我国广东、广西、四川等地，其生长迅速、树干通直、木材材质细密，是潜在的优良用材树种[1-2]，种植推广价值较高。目前，关于广东琼楠的研究，主要集中于其分类识别[3-6]、种群结构特征[7-9]以及植物生理[10-11]等方面，此外还对其人工林生长规律和木材生材性质进行了研究[12-13]，极大促进了广东琼楠的森林培育和种植推广。但在有关木材工程应用方面，关于广东琼楠木材物理力学性质和木材利用的研究尚未见报道；而木材物理力学性能是木材性能的基础指标，对木材的合理利用具有重要的指导意义。鉴于此，为了使广东琼楠木材得到合理利用，本研究依据我国国家标准对其物理力学性能进行测定、分析及评价，为广东琼楠木材的合理利用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

试样采于南宁市良凤江国家森林公园（东经108°15′14″～108°22′22″，北纬22°34′31″～22°46′51″），树龄33 a。海拔为80～220 m，年平均气温21.6 ℃，最热月为7 月，最冷月为1 月，极端最高温40.2 ℃，极端最低温-2.1 ℃，年平均降水量为1 300 mm，属南亚热带季风湿润气候。

试样采集依据GB/T 1927—2009[14]进行，在林地内选取生长正常、具有代表性的样木6 株，测定胸径、标明北向后伐倒，在样木距地面1.3～3.3 、5.3 ～7.3 、9.3 ～11.3 m 处各截取2 m 长原木作为标准段，标明编号及北向，气干。试样采集记录表如表1 所示。

表1 试样采集情况Table 1 Collection of tested samples

1.2 实验仪器

CMT5504 型万能试验机（深圳新三思材料检测有限公司，中国）、螺旋测微器（韦度电子，中国，精确到0.001 mm）、游标卡尺（韦度电子，中国，精确到0.01 mm）、PRACTUM213-1CN 型电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司，德国，精确到1 mg）、干燥器（比克曼生物，中国）、202 型烘箱（北京市永光明医疗仪器有限公司，中国）、ZBC3000 型摆锤式冲击试验机（MTS 公司，德国）等。

1.3 实验方法

物理性质主要测定木材的密度和干缩性，力学性质主要测定木材的顺纹抗压强度、抗弯强度、抗弯弹性模量、硬度及冲击韧性。测试前，先根据GB/T 1929—2009[15]制作加工试样，然后将试样置于干燥的实验室自然通风气干，再按照GB/T 1928—2009[16]中各项性能指标相应的检测方法分别进行测试。数据使用Excel 软件进行数据处理及分析。

2 结果与分析

2.1 木材物理性能

广东琼楠木材物理性能测定结果见表2。

表2 广东琼楠木材的主要物理性能Table 2 The main physical properties of B. fordii wood

2.1.1 木材密度

由表2 可知，广东琼楠木材的基本密度、气干密度和全干密度分别为0.649、0.738、0.700 g/cm3，显著大于云南松（Pinus yunnanensis）[17]、擎天树（Parashorea chinensis）[18]等木材。根据我国对木材气干密度的分级标准[19]，广西琼楠木材的气干密度属于中等密度（0.551～0.750 g/cm3），接近重等密度（0.751～0.950 g/cm3）。

2.1.2 木材干缩性

由表2 可知，广东琼楠木材的径向、弦向和体积气干干缩率分别为2.982%、4.239%和7.242%，和闽楠天然林木材接近[20]。广东琼楠木材的差异干缩为1.421，根据我国对木材差异干缩的分级标准[19]，广东琼楠木材的差异干缩属于小（1.21～1.60），干燥时不易发生翘曲、干裂，尺寸稳定性较好。

2.2 木材力学性能

广东琼楠木材力学性能测定结果见表3。

表3 广东琼楠木材的主要力学性能Table 3 Mechanical properties of B. fordii wood

2.2.1 木材硬度

由表3 可知，广东琼楠木材的端面、弦面及径面硬度分别为7 110、5 010 N 及4 770 N，三者的比例为1.000∶0.705∶0.671。根据我国对木材硬度的分级标准[19]，广西琼楠木材的端面硬度属于硬，弦面硬度和径面硬度属于中（3 930～6 370 N），具有较好的耐磨损性能。

2.2.2 木材顺纹抗压强度

由表3 可知，广东琼楠木材的顺纹抗压强度为58.9 MPa。根据我国对木材顺纹抗压强度的分级标准[19]，广西琼楠木材的顺纹抗压强度等级为高等（55～82.3 MPa），高于市场上大部分木材[21]，是制作桩木、支柱的优良用材。

2.2.3 木材抗弯性能

由表3 可知，广东琼楠木材的抗弯弹性模量为12.81 GPa。根据我国对木材抗弯弹性模量的分级标准[19]，广西琼楠木材的抗弯弹性模量等级为中。广东琼楠木材的抗弯强度为127.1 MPa，优于榉木（Zelkova schneideriana）[22]、柚木（Tectona grandis）[22]、橡胶木（Hevea brasiliensis）[22]、湖南铁心杉（Cunninghamia lanceolata）[23]等木材。根据我国对木材抗弯强度的分级标准[19]，广西琼楠木材的抗弯强度等级为高等（117.7～166.6 MPa），具有较强的抗弯强度，适合作为横梁、桥梁等用材。

2.2.4 木材冲击韧性

由表3 可知，广东琼楠木材的冲击韧性为100 kJ/m2。根据我国对木材冲击韧性的分级标准[19]，广西琼楠木材的冲击韧性等级为甚高等（＞58.8 kJ/m2），高于辐射松（Pinus radiata）[24]、火力楠（Michelia macclurei）[25]等树种，是制作木梁、枕木、运动器械及船舶的理想材料。

2.3 广东琼楠木材品质系数及综合强度评价

2.3.1 广东琼楠木材品质系数评价

广东琼楠木材的顺纹抗压强度品质系数为798×105Pa，抗弯强度品质系数为1 722×105Pa，木材综合品质系数为2 520×105Pa，属于高等级材[26]。

2.3.2 广东琼楠木材综合强度评价

木材综合强度通常用木材顺纹抗压强度与抗弯强度之和来表示，用来评价木材作为承重构件性能的优劣。广东琼楠木材的顺纹抗压强度为58.9 MPa，抗弯强度为127.1 MPa，木材综合强度为186 MPa，属于综合强度等级为高[27]。

3 结论

广东琼楠木材的气干密度为0.738 g/cm3，属于中等密度木材；径向、弦向和体积气干干缩率分别为2.982%、4.239% 和7.242%，差异干缩为1.421，木材尺寸稳定性较好，干燥时不易发生翘曲和干裂。木材的端面硬度属于硬，弦面硬度和径面硬度属于中，硬度较大；顺纹抗压强度和抗弯强度等级为高；抗弯弹性模量等级为中；冲击韧性等级为甚高。广东琼楠木材的综合品质系数为2 520×105Pa，属于高等级材；综合强度为186 MPa，属于综合强度等级为高。

综上所述，广东琼楠木材的综合强度较高，可以考虑作为强度要求较高的承重构件使用；冲击韧性性能优异，可以用于制作木梁、枕木、运动器械及船舶等；对硬度要求较高的场合亦可考虑使用该木材。