人工林木材特性及在土木建筑工程中的应用

时间：2021-08-25 10:34:41 所属分类：建筑科学 浏览量:

为有效平衡木材资源使用和生态环境保护之间的关系，我国于上世纪70年代末在东北、西北、华北等地开展了大型人工林建设，并于2002年启动速生丰产林工程建设，既改善了生态环境又满足了人们对木材资源的使用需求。随着杨树、桉树、红松、云杉、樟子松、落叶松

　　为有效平衡木材资源使用和生态环境保护之间的关系，我国于上世纪70年代末在东北、西北、华北等地开展了大型人工林建设，并于2002年启动速生丰产林工程建设，既改善了生态环境又满足了人们对木材资源的使用需求。随着杨树、桉树、红松、云杉、樟子松、落叶松等人工林的成熟，人工林作为建筑材料已被广泛使用。本文旨在通过简述人工林木材特征、等级，分析人工林木材的优点，概述不同人工林木材制品的特性，为人工林木材在土木建设工程中的利用提供借鉴[1,2,3,4,5,6,7,8]。

　　1 人工林木材特征简述

　　截至2018年，我国人工林面积由改革开放初期的22 000 000 hm2扩大到现在的78 666 666.7 hm2，在森林面积中的占比从19%上升到37.8%，贡献了大部分的森林增量。基于此，我国对人工林的栽种和使用已取得多年的经验积累及技术进步。

　　人工林木材一般指的是商品林中作为用材林所产出的木材，大多属于速生林木材，其径级虽小但拥有生长速度快、轮伐周期短的优势，弥补了我国木材资源供给的不足。随着我国林产工业专业人员对人工林用于人造板制备研究的日益深入，人工林经加工后可达到符合建筑材料标准的力学性能指标，拥有良好的抗拉、抗压、抗剪等强度及硬度、刚性、韧性的优势。相较于天然林木材，人工林材性相对疏松、节疤多、易变形。人工林木材因树种和树龄的不同，其材性特征区别较大，例如同树种速生幼龄林和成熟林材性含水率及密度相差较大。以人工林木材为原材料的人造板制备应注意在进行木材干燥、热压成型等环节的加工时设置与之相匹配的参数，避免其开裂、形变，提升其力学性能[9,10,11,12,13,14,15]。

　　2 人工林木材制品的类别等级划分

　　人工林木材经加工后可制备人造板产品，如胶合板、刨花板、纤维板。根据人造板环保等级，可以GB18580—2017《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》为依据，分为E0、E1、ENF级。

　　使用人工林木材加工而成的胶合板，可以GB/T9846—2015《普通胶合板》为依据，根据耐水性能分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类。其分等可按成品板面板上可见的材质缺陷和加工缺陷的数量和范围分成优等品、一等品和合格品。可按实际需要，生产由不同等级面、背板组合的胶合板。

　　使用人工林加工而成的刨花板及定向刨花板，可分别以GB/T 4897—2015《刨花板》、LY/T 1580—2010《定向刨花板》为依据进行分类。

　　使用人工林木材加工而成的纤维板可按照纤维板不同的生产类型，分别以GB/T 11718—2009《中密度纤维板》、GB/T 11718—2009《低密度纤维板》、GB/T12626.1—2009《湿法硬质纤维板第1部分：定义和分类》中的标准进行分类。

　　使用人工林木材作为木结构建筑材料可根据GB50005—2017《木结构设计标准》中对人工林木材的强度等级进行划分。值得注意的是，虽然目前人工林规格材尚未商用，但业界已有较多对其等级的研究。对于人工林规格材等级的划分一般根据节子、腐朽、虫眼、裂痕、弯曲、扭转纹、外伤、钝棱等木材缺陷作为分等指标。分等的方法有目测和机械检测。

　　3 人工林木材优点解析

　　相对于进口木材，人工林木材以其生长速度快、价格低的优势在土木建筑工程中得以广泛应用。以人工林为原材料生产出的非结构用材适用性相对较强。近年来，经过加工的人工林木材在物理性能方面已取得明显进步。

　　3.1 力学性能达标

　　当前使用人工林木材制备人造板的技术已较为成熟，并且在业界已取得使用人工林制备工程木的科研成果。以杨木为例，林产工业科研人员可通过采用化学方式对杨木木材进行改性处理，得到相对较优的改性方式，经改性后的杨木木材的力学指标可符合相关标准。当前，人工林木材除可制备成人造板外，还可被制备成工程木(如PSL、LVL等)，作为结构材被用于木结构建筑的制造。

　　3.2 装饰效果较好

　　人工林木材经刨切为薄木片，上漆涂饰。其木质纹理天然，相较三聚氰胺饰面工艺免去了施胶环节，相对天然环保。人工林木材的饰面为消费者带来更多不同的审美选择，相对三聚氰胺饰面纹理通直，图案有规则的特点，人工林饰面尽显其自然本色，这也为土木建筑工程中的装饰品的设计方案提供了更多可选材料。

　　4 土木建筑工程中应用的人工林木材制品

　　人工林制品因其质优价廉在国内外市场占据了较大市场份额。以其为原料制备的人造板的板种丰富，如胶合板、纤维板、刨花板等。人工林木材还可与竹材、塑性聚合物等材料加工生成新的复合材料。此外，被加工成工程木制品的人工林木材，可用于木结构建筑工程中。随着国内人工林木材从栽植面积的扩大，以人工林为原料的人造板制备工艺日渐成熟，人工林木制品的种类也随之被拓展，为我国林产工业提供了原料基础[16,17,18,19,20,21,22,23,24,25]。

　　4.1 胶合板

　　人工林木材经旋切后的单板可通过施胶热压制成胶合板。胶合板是现阶段土木建筑工程中使用范围相对较广的板种，其外型品质较好、加工工艺相对先进、物理性能相对稳定。并且，随着制胶和施胶工艺的进步，胶合板的质量也随之有所提升，其甲醛释放量已可做到优于相关标准要求，产品安全、环保。

　　4.2 纤维板

　　人工林木材的木质纤维，可与胶黏剂混合后制备成纤维板。不同品质的人工林木材可被充分利用，制备成不同类型的纤维板，通常有高密度纤维板、中密度纤维板、低密度纤维板等板种，其力学强度等指标各有差异。

　　4.3 刨花板

　　人工林木材碎料混合胶黏剂及添加剂后可压制成刨花板。刨花板的制造工艺相对较为严谨，因此其制备的物理参数也相对较为固定，有挤压刨花、平压刨花等制造工艺。

　　4.4 木竹复合材

　　人工林木材也可与竹材结合，经高温、高压、抛光等工序制备成竹木复合材料。常用的木材多见杉木、樟木等，常见的产品多为竹木复合地板，具有防腐、防潮、防蚀等性能。木竹复合地板具有竹材的自然美观、硬度系数较高、稳定性强、铺装方便等优点。

　　4.5 木塑复合材

　　在土木建筑工程中，木塑复合材被广泛应用于室外景观小品及人行步道的布设，其材质相对天然木材防腐性能好且成本低。木塑复合材可按照一定比例利用人工林木材的废料(例如木粉)以及稻壳、秸秆等混合物作为原材料，加以塑料进行制备。这是一种对人工林木材废料的循环利用的实现途径[26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37]。

　　4.6 工程木制品

　　人工林木材可制备为多种工程木制品，如OSB、OSL、PSL、LVL、LSL等。工程木制品可被用于木结构建筑用材。当前无论是单体木结构民用住宅还是公用木结构建筑技术已较为成熟，人工林木材将作为以节能环保、再生周期短的优势可为木结构建筑工程及其他土木建筑工程提供优质的工程木制品原料。

　　5 结语

　　人工林木材有效缓解了我国木材资源的供需矛盾，并为土木建筑工程中所用的板材提供原料支撑。经过改性处理的人工林木材可制备多种人造板材，充实国内木材建筑材料市场。随着我国速生丰产用材林基地和国家储备林基地建设的稳步实施，将有更多的人工林木材用于土木建筑工程中，实现小材大用、劣材优用的木材加工产业趋势，助力土木建筑工程朝着节能、绿色、环保的方向发展。

　　参考文献

　　[1]刘世荣杨予静，王晖中国人工林经营发展战略与对策:从追求木材产量的单- - -目标经营转向提升生态系统服务质量和效益的多目标经营[J]生态学报,201838(01);:1-10.

　　[2]吕斌谈新形势下我国人造板产业的发展[J]国家林业局管理干部学院学报,2015,14(04):10-16.

　　[3]高娜实事求是科学探索国家储备林建设之路[J]国家林业局管理干部学院学报,2016, 15(01):14-18.

　　《人工林木材特性及在土木建筑工程中的应用》来源：《林产工业》，作者：何继业; 刘少伟

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