利用傅里叶变换红外光谱分析高温改性对杨木强度等级的影响

作者：岳孔; 陆栋; 宋学松

来源：光谱学与光谱分析, 2023, 43(03): 848-853.

• 速生杨木
• 化学组分
• 高温改性
• 力学性能
• 强度等级
• 傅里叶变换红外光谱

为研究高温改性对低质速生木材力学性能的影响规律和作用机制，优化基于强度等级的木材改性温度，以期为高温改性木材在建筑结构中的合理应用提供依据，开展了160～210℃宽温域范围内高温改性对国产低质速生杨木抗弯强度(fm)、顺纹抗拉强度(ft, 0)、横纹弦向(ft,T, 90)和径向抗拉强度(ft,R, 90)、顺纹抗压强度(fc, 0)、顺纹弦面剪切速度(fv,T)和径面剪切强度(fv,R),以及弹性模量(E0)等共计560个试件的材性试验，利用傅里叶变换红外光谱分析高温改性木材的化学组分变化。结果表明，木材中半纤维素耐热性最低，最先受热降解，温度≥190℃时，热解加快。纤维素耐热性较强，高温作用下轻微热解，且主要发生在无定形区域内，导致无定形区微纤丝排列有序性增加。高温对木材fm,ft, 0,ft, 90和fv劣化作用明显，常温时木材fm,ft, 0,ft,T, 90,ft,R, 90,fv,T和fv,R分别为67.0, 86.2, 5.8, 8.9, 7.7和6.7 MPa,改性温度较低时，木材化学组分轻微热解，力学性能下降相对较慢，180℃时分别降至53.5, 78.9, 4.0, 4.8, 6.0和5.4 MPa,改性温度高于190℃时木材化学组分热解加剧，导致力学性能快速降低，210℃时分别降至常温时的44.5%, 56.1%, 43.1%, 29.2%, 34.5%和26.7%。160～210℃范围内，高温改性木材的fc, 0和E0先升高后降低，20℃时fc, 0和E0分别为41.4和8 568 MPa, 160～180℃范围内随着温度的升高，纤维素结晶度提高导致力学性能增加，180℃时达到峰值，较初始值分别高30.7%和12.8%,温度继续升高时，纤维素热解程度增加，fc, 0和E0持续降低，210℃时，分别降至45.0和8104 MPa。未处理试件由于E0未达到欧洲规范BS EN 338最低强度等级D18的要求，不能用作结构用材；160～170℃温度改性试件的E0较未处理试件有所提高，但仍低于规范中最低强度等级D18的要求；改性温度升至180℃时，E0继续增加，杨木达到强度等级D18; 190～200℃改性材的E0略有降低，但仍满足规范中结构用材要求，而fv,R降低幅度过大，木材强度等级不满足最低强度等级D18的使用要求。研究结果将为高温改性技术以及国产速生木材在建筑结构中的合理应用提供依据。

• 单位
  土木工程学院; 南京工业大学