試驗與量測過程

2.3.1 木材密度試驗

為求得試體強度與密度之關係，研究在試驗前量測各抗壓與抗剪試驗塊之密 度。試體裁切時可能因人為操縱而有些許尺寸誤差，為求試驗值精準，裁切完的試 體應再詳細量測實際尺寸。試體塊質量以電子秤測量，本試驗使用之電子秤精度為 0.5g，由量測的體積與質量可換算試體在一般狀態下之密度。

抗壓試驗試體塊為長方體，體積量測可直接由游標卡尺測得試體實際長度，如 圖 2.12 所示，游標卡尺精準度至 0.1mm。

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圖 2.12 游標卡尺測量試體尺寸

抗剪試驗試體塊形狀較為複雜，每個卡槽可能都會有些許誤差，體積量測不採 用游標卡尺，而是利用細砂掩沒試體塊，量測試體塊排開之細砂體積。步驟為準備 250,000mm³細沙，將細砂倒入另一個已放入試體塊的量杯中，如圖 2.13 所示，邊搖 勻邊倒入細砂至刻度 250,000mm³為止，原燒杯中所剩細砂即為試塊體積，如圖 2.14 所示，最後將剩下的細砂倒入刻度較小的量筒中讀取量筒數值，如圖 2.15 所示，即 可得試體塊體積，量筒精準度至 100mm³。

圖 2.13 體積量測步驟一

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圖 2.14 體積量測步驟二

圖 2.15 體積量測步驟三

2.3.2 木材抗壓試驗

木材弦向抗壓試驗加載速率為 3mm/min，試體應力達極限值時的變形量，新木 材平均為 14.3mm、舊木材平均為 10.4mm，在加載過程中可看出明顯的變形，隨著 軸壓與變位增加，木材的年輪紋理間會產生些微錯動造成皺褶痕跡，試體順著年輪 方向產生彎曲變形，甚至在年輪外側有平行纖維方向裂開的情形，破壞過程如圖 2.16 所示。

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(a) 開始加壓 (b) 些微變形

(c) 年輪紋理間錯動 (d) 試體變形彎曲

(e) 出現細小裂縫 (f) 試體破壞

圖 2.16 弦向抗壓破壞過程

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木材縱向抗壓試驗加載速率為 0.5mm/min，試體應力達到極限時的變形量，新 木材平均為 1.4mm、舊木材平均為 1.5mm，加載開始至應力最大值時的變形量極 小，較難以直接觀察到明顯破壞方式，試驗後的試體塊上也無明顯破壞痕跡，其破 壞過程如所圖 2.17 示。

(a) 開始加壓 (b) 加壓中期 (c) 試體破壞 圖 2.17 縱向抗壓破壞過程

2.3.3 木材抗剪試驗

木材徑切面抗剪試驗以 1mm/min 之速率進行加載，試體達至極限應力時的變形 量，新木材平均為 0.94 mm、舊木材平均為 0.81 mm，試體破壞變位極小，加載過程 中無明顯變形與破壞，但在力量達到極限點時可看到受剪面瞬間開裂，強度也隨之 驟降，破壞歷程如圖 2.18 所示。

(a) 開始加壓 (b) 試體破壞前 (c) 試體破壞 圖 2.18 徑切面抗剪破壞過程

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木材橫切面抗剪試驗加載速率為 7mm/min，加載應力至極限值時的變形量，新 木材平均為 16.3mm、舊木材平均為 11.2mm，加載初期，試體頂部因受壓產生些微 變形，隨著加載漸增，試體於底部卡槽處產生開裂情形，最終造成試體沿纖維方向 劈裂，如所圖 2.19 所示，其中 NH2 與 NH6 更因劈裂導致試體底部完全脫開，造成 試驗末期試體發生明顯彎曲變形。

(a) 開始加壓 (b) 受擠壓略為變型 (c) 卡槽處開裂

(d) 加壓處嚴重擠壓 (e) 下方劈裂 (f) 試體破壞 圖 2.19 橫切面抗剪破壞過程

2.3.4 木材含水率試驗

本研究根據國家標準規範 CNS452[15]木材含水率試驗法，對完成抗壓與抗剪試 驗的試體塊再次秤重確認烘乾前質量後，將試體排列放入烘箱中，如圖 2.20 及圖 2.21 所示，溫度設置在 103±2℃乾燥至質量恆量，恆量判定方式為每間隔 6 小時秤 重一次，質量損失在試體質量之 0.5%以下時即可視為已達恆量。本試驗因試體尺寸 較小，質量較輕，烘乾階段秤重之損失質量不易秤出，因此將同一組試驗試體一起

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秤重，較易觀察質量變動量，烘乾過程記錄如表 2.2 所示，各組試體皆在烘乾 18 小 時到達穩定的質量恆量。試體在烘箱內冷卻後，應快速秤量，以避免含水率增加。

表 2.2 試體烘乾秤重紀錄

NS OS NV OV NR OR NH OH

原始質量 10³mg 357.5 436.5 340.0 410.5 192.0 236.0 187.0 244.5 6 小時秤重 10³mg 315.5 385.0 300.5 364.5 167.5 207.5 165.0 214.5 質量損失 10³mg 42.0 51.5 39.5 46.0 24.5 28.5 22.0 30.0

損失率 % 13.3 13.4 13.1 12.6 14.6 13.7 13.3 14.0 12 小時秤重 10³mg 315.5 384.5 300.5 364.5 167.5 206.5 163.5 214.5

質量損失 10³mg 0.0 0.5 0.0 0.0 0.0 1.0 1.5 0.0

損失率 % 0.0 0.1 0.0 0.0 0.0 0.5 0.9 0.0

18 小時秤重 10³mg 315.5 384.5 300.0 364.0 167.5 206.5 163.0 214.0 質量損失 10³mg 0.0 0.0 0.5 0.5 0.0 0.0 0.5 0.5

損失率 % 0.0 0.0 0.2 0.1 0.0 0.0 0.3 0.2

圖 2.20 定溫式乾燥烘箱 圖 2.21 試體依序排列後烘乾