1、9 木材,本章簡要介紹了木材的分類及木材的宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造。詳細(xì)地論述了木材的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。應(yīng)深刻領(lǐng)會木材的各向異性、濕脹干縮性、含水率對木材性質(zhì)的影響，影響木材強(qiáng)度大小的因素等。此外，還應(yīng)了解木材在建筑工程中的主要用途及木材的綜合利用途徑，木材的腐朽原理及防腐途徑。,本章提要,本 章 內(nèi) 容,9.1 木材的分類及構(gòu)造 9.2 木材的主要性質(zhì) 9.3 木材的應(yīng)用,9.1 木材的分類及構(gòu)造,木材是由樹木加工而成的，樹木分為針葉樹和闊葉樹兩大類，見表9.1。建筑中應(yīng)用最多的是針葉樹。 木材的構(gòu)造是決定木材性質(zhì)的主要因素。一般對木材的研究可以從宏觀和微觀兩方面進(jìn)行。,表9.1 樹木的分類和特

2、點(diǎn),用肉眼或低倍放大鏡所看到的木材組織稱為宏觀構(gòu)造。為便于了解木材的構(gòu)造，將樹木切成3個不同的切面，如圖9.1所示。 橫切面垂直于樹軸的切面； 徑切面通過樹軸的切面； 弦切面和樹軸平行與年輪相切的切面。 在宏觀下，樹木可分為樹皮、木質(zhì)部和髓心三個部分。而木材主要使用木質(zhì)部。,9.1.1 宏觀構(gòu)造,圖9.1 樹干的3個切面,1樹皮；2木質(zhì)部；3年輪；4髓線；5髓心,(1)邊材、心材 在木質(zhì)部中，靠近髓心的部分顏色較深，稱為心材。心材含水量較少，不易翹曲變形，抗蝕性較強(qiáng)；外面部分顏色較淺，稱為邊材。邊材含水量高，易干燥，也易被濕潤，所以容易翹曲變形，抗蝕性也不如心材 。,9.1.1.1 木質(zhì)部的構(gòu)

3、造特征,(2)年輪、春材、夏材 橫切面上可以看到深淺相間的同心圓，稱為年輪。年輪中淺色部分是樹木在春季生長的，由于生長快，細(xì)胞大而排列疏松，細(xì)胞壁較薄，顏色較淺，稱為春材(早材)；深色部分是樹木在夏季生長的，由于生長遲緩，細(xì)胞小，細(xì)胞壁較厚，組織緊密堅(jiān)實(shí)，顏色較深，稱為夏材(晚材)。每一年輪內(nèi)就是樹木一年的生長部分。年輪中夏材所占的比例越大，木材的強(qiáng)度越高。,第一年輪組成的初生木質(zhì)部分稱為髓心(樹心)。從髓心成放射狀橫穿過年輪的條紋，稱為髓線。 髓心材質(zhì)松軟，強(qiáng)度低，易腐朽開裂。髓線與周圍細(xì)胞聯(lián)結(jié)軟弱，在干燥過程中，木材易沿髓線開裂。,9.1.1.2 髓心、髓線,在顯微鏡下所看到的木材組織，稱

4、為木材的微觀構(gòu)造(見圖9.2和圖9.3)。 在顯微鏡下，可以看到木材是由無數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成。細(xì)胞橫斷面呈四角略圓的正方形。每個細(xì)胞分為細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩個部分，細(xì)胞壁由若干層纖維組成。細(xì)胞之間縱向聯(lián)結(jié)比橫向聯(lián)結(jié)牢固，造成細(xì)胞縱向強(qiáng)度高，橫向強(qiáng)度低。細(xì)胞之間有極小的空隙，能吸附水和滲透水分。,9.1.2 微觀構(gòu)造,圖9.2 顯微鏡下松木的橫切片示意圖,1細(xì)胞壁；2細(xì)胞腔；3樹脂流出孔；4木髓線,圖9.3 細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),1細(xì)胞腔；2初生層；3細(xì)胞間層,9.2 木材的主要性質(zhì),(1)木材中的水分 自由水：存在于木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分 吸附水：吸附在細(xì)胞壁內(nèi)細(xì)纖維之間的水分 結(jié)合水：形成細(xì)胞

5、化學(xué)成分的化合水,9.2.1 木材的物理性質(zhì),9.2.1.1 木材的含水率,(2)木材的纖維飽和點(diǎn) 木材受潮時，首先形成吸附水，吸附水飽和后，多余的水成為自由水；木材干燥時，首先失去自由水，然后才失去吸附水。 當(dāng)吸附水處于飽和狀態(tài)而無自由水存在時，此時對應(yīng)的含水率稱為木材的纖維飽和點(diǎn)。 纖維飽和點(diǎn)隨樹種而異，一般為23%33%，平均為30%。木材的纖維飽和點(diǎn)是木材物理、力學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。,(3)木材的平衡含水率 木材的含水率是隨著環(huán)境溫度和濕度的變化而改變的。當(dāng)木材長期處于一定溫度和濕度下，其含水率趨于一個定值，表明木材表面的蒸氣壓與周圍空氣的壓力達(dá)到平衡，此時的含水率稱為平衡含水率。 它與周

6、圍空氣的溫度、相對濕度的關(guān)系如圖9.4所示。根據(jù)周圍空氣的溫度和相對濕度可求出木材的平衡含水率。,圖9.4 木材的平衡含水率,木材細(xì)胞壁內(nèi)吸附水的變化而引起木材的變形，即濕脹干縮。圖9.5是木材含水率與脹縮變形的關(guān)系。 由于木材構(gòu)造的不均勻性，在不同的方向干縮值不同。順紋方向(纖維方向)干縮值最小，平均為0.1%0.35%；徑向較大，平均為3%6%；弦向最大，平均為6%12%。 一般來講，表觀密度大、夏材含量多的木材，濕脹變形較大。,9.2.1.2 濕脹干縮,圖9.5 木材含水率與脹縮變形的關(guān)系,不同樹種的密度相差不大，平均約為1.55g/cm3。,9.2.1.3 木材的密度,木材表觀密度的大

7、小隨木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的變化而不同。因此確定木材的表觀密度時，應(yīng)在含水率為標(biāo)準(zhǔn)含水率情況下進(jìn)行。,9.2.1.4 表觀密度,9.2.2.1 木材的強(qiáng)度,按受力狀態(tài)，木材的強(qiáng)度分為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪四種強(qiáng)度。 木材的強(qiáng)度檢驗(yàn)是采用無疵病的木材制成標(biāo)準(zhǔn)試件，按木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法(GB 1927194391)進(jìn)行測定。 木材受剪切作用時，由于作用力對于木材纖維方向的不同，可分為順紋剪切、橫紋剪切和橫紋切斷三種，如圖9.6所示。,9.2.2 木材的力學(xué)性質(zhì),當(dāng)以木材的順紋抗壓強(qiáng)度為1時，木材理論上各強(qiáng)度大小關(guān)系見表9.2。,圖9.6 木材的剪切,(a)順紋剪切；(b)橫紋剪切；

8、(c)橫紋切斷,表9.2 木材各種強(qiáng)度間的關(guān)系,(1)含水率 當(dāng)含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時，僅僅是自由水的增減，對木材強(qiáng)度沒有影響；當(dāng)含水率在纖維飽和點(diǎn)以下變化時，隨含水率的降低，細(xì)胞壁趨于緊密，木材強(qiáng)度增加。如圖9.7所示。 我國木材試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以標(biāo)準(zhǔn)含水率(即含水率12%)時的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值，其他含水率時的強(qiáng)度，可按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率時的強(qiáng)度。,9.2.2.2 影響木材強(qiáng)度的因素,(2)負(fù)荷時間的影響 木材在長期荷載作用下，只有當(dāng)其應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限的某一范圍時，才可避免木材因長期負(fù)荷而破壞。 木材在長期荷載作用下不致引起破壞的最大強(qiáng)度，稱為持久強(qiáng)度。木材的持久強(qiáng)度比其極限強(qiáng)度小得多，

9、一般為極限強(qiáng)度的50%60%，如圖9.8所示。,(3)環(huán)境溫度 溫度對木材強(qiáng)度有直接影響。當(dāng)溫度由25升至50時，將因木纖維和其間的膠體軟化等原因，使木材抗壓強(qiáng)度降低20%40%，抗拉和抗剪強(qiáng)度降低12%20%；當(dāng)溫度在100以上時，木材中部分組織會分解、揮發(fā)，木材變黑，強(qiáng)度明顯下降。因此，長期處于高溫環(huán)境下的建筑物不宜采用木結(jié)構(gòu)。,(4)木材的缺陷 節(jié)子 節(jié)子能提高橫紋抗壓和順紋抗剪強(qiáng)度。 木材受腐朽菌侵蝕后，不僅顏色改變，結(jié)構(gòu)也變得松軟、易碎，呈篩孔和粉末狀形態(tài)。 裂紋會降低木材的強(qiáng)度，特別是順紋抗剪強(qiáng)度。而且縫內(nèi)容易積水，加速木材的腐爛。 構(gòu)造缺陷木纖維排列不正常均會降低木材的強(qiáng)度，特別

10、是抗拉及抗彎強(qiáng)度。,圖9.7 含水率對木材強(qiáng)度的影響,1順紋抗拉；2抗彎；3順紋抗壓；4順紋抗剪,圖9.8 木材持久強(qiáng)度,9.3 木材的應(yīng)用,工程中木材按其加工程度和用途分為原條、原木、鋸材、枕木四類。此外還有各類人造板材。,9.3.1 木材產(chǎn)品,9.3.1.1 原條,原條是已經(jīng)除去皮(也有不去皮的)、根、樹梢而未加工成規(guī)定材品的木材。主要用于腳手架或供進(jìn)一步加工。,原木是將原條按一定尺寸切取的木料?？煞譃橹苯邮褂迷竞图庸ぴ尽?直接使用原木用于屋架、檁、椽、木樁、坑木等。 加工原木用于加工鋸材、膠合板等。,9.3.1.2 原木,(1)鋸材的規(guī)格、尺寸 鋸材按其厚度、寬度可分為薄板、中板、厚

11、板。其尺寸見表9.3。 (2)鋸材的分等 鋸材有特等鋸材和普通鋸材之分。根據(jù)針葉樹鋸材(GB 153.284)和闊葉樹鋸材分等(GB 481.7284)的規(guī)定，普通鋸材分為一、二、三等。各等級技術(shù)指標(biāo)見表9.4。 ,9.3.1.3 鋸材,表9.3 針葉樹、闊葉樹鋸材寬度、厚度(mm),表9.4 鋸材的分等標(biāo)準(zhǔn),干燥能減輕自重，防止腐朽、開裂及彎曲，從而提高木材的強(qiáng)度和耐久性。 鋸材的干燥方法可分為自然干燥和人工干燥兩種。自然干燥方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單，不需要特殊設(shè)備，但干燥時間長，而且只能干燥到風(fēng)干狀態(tài)。人工干燥利用人工方法排除鋸材中水分，常用方法有浸樹法、蒸樹法和熱坑法。,9.3.2 鋸材的干燥,

12、9.3.3.1 木材的腐朽,木材的腐朽為真菌侵害所致。真菌分霉菌、變色菌和腐朽菌三種，前兩種真菌對木材質(zhì)量影響較小，但腐朽菌影響很大。 真菌在木材中生存和繁殖必須具備三個條件，即適當(dāng)?shù)乃帧⒆銐虻目諝夂瓦m宜的溫度。 此外，木材還易受到白蟻、天牛等昆蟲的蛀蝕，使木材形成很多孔眼或溝道，甚至蛀穴，破壞木質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性而使強(qiáng)度嚴(yán)重降低。,9.3.3 木材的防腐,木材防腐的基本原理在于破壞真菌及蟲類生存和繁殖條件，常用方法有以下兩種： (1)結(jié)構(gòu)預(yù)防法 在結(jié)構(gòu)和施工中，使木結(jié)構(gòu)不受潮濕，要有良好的通風(fēng)條件；在木材與其他材料之間用防潮墊；不將支點(diǎn)或其他任何木結(jié)構(gòu)封閉在墻內(nèi)；木地板下設(shè)通風(fēng)洞；木屋架設(shè)老虎

13、窗等。,9.3.3.2 木材的防腐,(2)防腐劑法 這種方法是通過涂刷或浸漬水溶性防腐劑(如氯化鈉、氧化鋅、氟化鈉、硫酸銅)、油溶性防腐劑(如林丹五氯酚合劑)、乳劑防腐劑(如氟化鈉、瀝青膏)等，使木材成為有毒物質(zhì)，達(dá)到防腐要求,木材經(jīng)加工成型和制作構(gòu)件時，會留下大量的碎塊廢屑，將這些廢腳料或含有一定纖維量的其他作物作原料，采用一般物理和化學(xué)方法加工而成的即為人造板材。這類板材與天然木材相比，板面寬，表面平整光潔，沒有節(jié)子，不翹曲、開裂，經(jīng)加工處理后還具有防水、防火、防腐、防酸性能。 常用人造板材有膠合板、纖維板、刨花板。,9.3.4 人造板材,膠合板是用原木旋切成薄片，經(jīng)干燥處理后，再用膠粘劑

14、按奇數(shù)層數(shù)，以各層纖維互相垂直的方向粘合熱壓而成的人造板材。一般為313層，建筑工程中常用的有三合板和五合板。一般可分為闊葉樹普通膠合板和松木普通膠合板兩種。 膠合板厚度為2.4mm、3mm、3.5mm、4mm、5.5mm、6mm，自6mm起按1mm遞增。膠合板幅面尺寸見表9.5。其特性及適用范圍見表9.6。,9.3.4.1 膠合板,表9.5 膠合板的幅面尺寸(mm),表9.6 膠合板分類、特性及適用范圍,纖維板是以植物纖維為原料經(jīng)破碎、浸泡、研磨成漿，然后經(jīng)熱壓成型、干燥等工序制成的一種人造板材。纖維板所選原料可以是木材采伐或加工的剩余物(如板皮、刨花、樹枝)，也可以是稻草、麥秸、玉米稈、竹材等。 纖維板按其體積密度分為硬質(zhì)纖維板(體積密度800kg/m3)、中密度纖維板(體積密度500800kg/m3)和軟質(zhì)纖維板(體積密度500kg/m3)三種。,9.3.4.2 纖維板,硬質(zhì)纖維板的強(qiáng)度高、耐磨、不易變形，可代替木板用于墻面、天花板、地板、家具等。 中密度纖維板表面光滑、材質(zhì)細(xì)密、性能穩(wěn)定、邊緣牢固，且板材表面的再裝飾性能好。主要用于隔斷、隔墻、地面、高檔家具等。 軟質(zhì)纖維板結(jié)構(gòu)松軟，強(qiáng)度較低，但吸音性和