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。

胶合木层板间界面起传递应力的作用, 是构件承载的重要参数, 其高温胶合性能决定了构件的抗火性能。 以兴安落叶松结构材, 以及结构用间苯二酚-酚醛树脂胶粘剂(PRF)和三聚氰胺-脲醛树脂胶粘剂(MUF)为研究对象, 研究了20～280 ℃中木材含水率、 密度、 顺纹弦向抗剪强度和木材-胶粘剂界面胶合性能等216个试件在高温中的物理力学性能变化规律, 通过傅里叶变换红外光谱分析高温中胶粘剂官能团变化, 揭示了高温对木材-胶粘剂界面性能的劣化机理。 结果表明, 20～150 ℃时, 兴安落叶松主要发生由水分释放导致的木材密度降低等物理反应, 木材颜色未发生明显变化; 150～200 ℃时, 木材热降解开始, 密度下降速度变缓, 木材颜色逐渐加深; 温度继续升高时, 木材热降解加剧, 颜色急剧加深, 木材密度损失快速增加; 当温度升至280 ℃时, 木材发生炭化、 完全转化为黑色, 密度降至常温的72.49%。 高温对兴安落叶松顺纹弦向抗剪强度有明显的劣化作用; 20 ℃时木材抗剪强度为9.654 MPa, 20～110 ℃时木材抗剪强度下降较快, 150 ℃时降至常温的60.68%; 150～280 ℃时, 木材顺纹抗剪强度急剧下降, 280 ℃时降至1.054 MPa。 木材-胶粘剂界面的高温性能与胶粘剂的耐热性能密切相关; 常温时, 兴安落叶松与PRF和MUF均有较好的胶合性能, 其界面抗剪强度分别为9.071和9.619 MPa, 木破率均在80%以上; 随着温度的升高, 两种胶粘剂的界面抗剪强度均明显降低, 木材-PRF界面较木材-MUF具有更好的耐高温性能。 20～150 ℃时, 两种胶粘剂界面抗剪强度劣化规律与木材抗剪强度相似, 150 ℃时木材-PRF和木材-MUF的界面抗剪强度分别为常温的60.61%和60.92%, 木破率均高于70%。 150～280 ℃时, 木材-PRF界面抗剪强度劣化规律仍与木材顺纹抗剪强度相似, 280 ℃时降至0.774 MPa; 木材-MUF界面胶合性能受温度影响更大, 220 ℃时其木破率为10%, 280 ℃时界面抗剪强度降至0 MPa。 傅里叶变换红外光谱图中, 20～150 ℃时PRF化学结构无明显变化; 温度高于150 ℃时主要发生胶粘剂的进一步交联, 以及醚键和亚甲基桥的断裂, PRF开始热解, 但化学结构仍较完整; 20～150 ℃时MUF的化学结构无明显变化, 温度高于200 ℃时, 羟甲基特征峰减弱、 异氰酸酯基团产生, 热降解剧烈, PRF较MUF具有更高的耐热性能。 研究结果将为木结构工程合理选择原材料提供数据支撑, 并为完善木结构抗火设计理论和方法提供依据。