工程材料第9章

1、第9章 木材 土木工程材料 第9章 木材 木材的優(yōu)點(diǎn)： 輕質(zhì)高強(qiáng)，對熱、聲和 電的傳導(dǎo)性能比較低； 有很好的彈性和塑性， 能承受沖擊和振動等作用； 容易加工、木紋美觀； 在干燥環(huán)境或長期置于 水中均有很好的耐久性。 木材的缺點(diǎn)：構(gòu)造不均勻， 各向異性，易吸濕吸水從 而導(dǎo)致形狀、尺寸、強(qiáng)度 等物理、力學(xué)性能變化； 長期處于干濕交替環(huán)境中， 其耐久性變差；易燃、易 腐、天然疵病較多等。 土木工程材料 第9章 木材 9.1 木材的分類與構(gòu)造 9.1.1 木材的分類 T木材產(chǎn)自木本植物中的喬木，分為和 兩大類。 T大部分理直、木質(zhì)較軟、易加工、變 形小，建筑上廣泛用作承重構(gòu)件和裝修材料，如 杉樹、松樹

2、等。 T大部分質(zhì)密、木質(zhì)較硬、加工較難、 易翹裂、紋理美觀，適用于室內(nèi)裝修，如水曲柳、 核桃木等。 土木工程材料 第9章 木材 9.1.2 木材的構(gòu)造 1. 木材的宏觀構(gòu)造 從木材三個不同切面觀察木材的宏觀構(gòu)造可以看 出，樹干由樹皮、木質(zhì)部、髓心組成。 髓心髓心 木質(zhì)部木質(zhì)部 樹皮樹皮 土木工程材料 第9章 木材 v 從木材的橫切面上看，有許多樹種的木材，靠近 樹皮的部分材色較淺，水分較多，稱為邊材。 v 在髓心周圍部分，材色較深，水分較少，稱為 心材。 土木工程材料 第9章 木材 v 每個生長周期所形成的木 材，在橫切面上所看到的， 圍繞著髓心構(gòu)成的同心圓稱 為年輪。 v 在同一年輪內(nèi)，春天

3、生 長的木材，色淺、質(zhì)松，強(qiáng) 度低，稱為早材（春材）。 v 夏、秋二季生長的木材， 色深、質(zhì)硬，強(qiáng)度高，稱為 晚材（夏材）。 土木工程材料 第9章 木材 2.木材的微觀構(gòu)造 木材由無數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成。絕大部 分縱向排列，少數(shù)橫向排列（髓線）。每一個細(xì) 胞由細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩部分構(gòu)成。細(xì)胞壁由細(xì)纖 維組成，其縱向聯(lián)結(jié)較橫向牢固。細(xì)纖維間具有 極小的空隙，能吸附和滲透水分。木材的細(xì)胞壁 愈厚，腔愈小，木材愈密實(shí)，表觀密度和強(qiáng)度也 越大 。但其脹縮變形也越大。與春材相比，夏材 的細(xì)胞壁較厚，腔較小。 土木工程材料 第9章 木材 9.2 木材的主要性能 9.1.2 物理性質(zhì) 是指構(gòu)成木材細(xì)胞壁物質(zhì)

4、的密度。 約為 1.481.56 gcm3，各材種之間相差不大， 實(shí)際計(jì)算和使用中常取1.53 g/cm3。 則隨木材空隙率、含水率及其 他一些因素的變化而不同。木材的表觀密度越大， 其濕脹干縮率也越大。處于氣干狀態(tài)下的木材表觀 密度平均為500kg/m3。 土木工程材料 第9章 木材 2. 吸濕率與含水率 木材中的水分按其與木材結(jié)合形式和存在的位置， 可分為：自由水、吸附水和化學(xué)于結(jié)合水。 自由水是存在木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水，它 影響木材的表觀密度、燃燒性和抗腐蝕性。 吸附水是被吸附在細(xì)胞壁內(nèi)纖維之間的水，吸附 水的變化則影響木材強(qiáng)度和木材脹縮變形性能。 化學(xué)結(jié)合水是木材化學(xué)組成中的結(jié)合

5、水。它在常 溫下不變化，故其對木材的性質(zhì)無影響。 土木工程材料 第9章 木材 木材受潮時，先是細(xì)胞壁吸水，細(xì)胞壁吸水達(dá) 飽和后，自由水才開始吸入。木材干燥時，首先是 自由水蒸發(fā)，而后是吸附水蒸發(fā) 。 當(dāng)木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的自由水完全脫去 為零，而細(xì)胞壁吸附水尚為飽和時，木材的含水率 稱為纖維飽和點(diǎn)。木材的纖維飽和點(diǎn)隨樹種而異， 一般介于25 35之間，平均為30左右。 纖維飽和點(diǎn)是木材性質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在纖維 飽和點(diǎn)之上，含水量變化對木材強(qiáng)度和體積影響甚 微；在纖維飽和點(diǎn)之下，含水量變化即吸附水含量 的變化將對木材強(qiáng)度和體積等產(chǎn)生較大的影響。 土木工程材料 第9章 木材 木材的平衡含水率

6、木材中所含的水分是隨著環(huán)境的溫度和濕度的 變化而改變的，當(dāng)木材長時間處于一定溫度和濕度 的環(huán)境中時，木材中的含水量最后會達(dá)到與周圍環(huán) 境濕度相平衡，這時木材的含水率稱為平衡含水率。 木材的平衡含水率是木材進(jìn)行干燥時的重要指 標(biāo)。木材的平衡含水率隨其所在地區(qū)的不同而異， 我國北方為12左右，南方約為18，長江流域一 般為 15。 土木工程材料 第9章 木材 3. 濕脹干縮 木材具有顯著的濕脹干縮性。 當(dāng)木材的含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時，隨著含 水率的增大，木材體積產(chǎn)生膨脹；含水率減小，木 材體積收縮；而當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上， 只是自由水增減變化時，木材的體積不發(fā)生變化。 纖維飽和點(diǎn)是木材發(fā)

7、生濕脹干縮變形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 木材具有各向異性，各個方向的干縮率不同。 其中以弦向最大，徑向次之，縱向最小。這主要是 因?yàn)楦鱾€方向的細(xì)胞壁的總厚度不同。 土木工程材料 第9章 木材 9.2.3 木材的力學(xué)性質(zhì) 1.木材的強(qiáng)度 工程上常利用木材的以下幾種強(qiáng)度：抗壓、抗 拉、抗彎和抗剪。由于木材是一種非均質(zhì)材料，具 有各向異性，使木材的強(qiáng)度有很強(qiáng)的方向性。木材 各強(qiáng)度大小的比值關(guān)系見下表： 木材各項(xiàng)強(qiáng)度值的比較(以順紋抗壓強(qiáng)度為1) 順紋抗順紋抗 壓壓 橫紋抗橫紋抗 壓壓 順紋抗順紋抗 拉拉 橫紋抗拉橫紋抗拉 抗彎抗彎 順紋抗順紋抗 剪剪 橫紋切橫紋切 斷斷 11/10 1/3 23 1/201/3

8、3/22 1/71/3 1/21 土木工程材料 第9章 木材 2.影響木材強(qiáng)度的主要因素 （1）含水量的影響 木材的含水率在纖維飽和點(diǎn)以內(nèi)變化時，含水 量增加使細(xì)胞壁中的木纖維之間的聯(lián)結(jié)力減弱、細(xì) 胞壁軟化，故強(qiáng)度降低；當(dāng)水分減少使細(xì)胞壁比較 緊密，故強(qiáng)度增高。 含水率的變化對各強(qiáng)度的影響是不一樣的。對 順紋抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的影響較大，對順紋抗拉 強(qiáng)度和順紋抗剪強(qiáng)度影響較小。測定木材強(qiáng)度時規(guī) 定12%為標(biāo)準(zhǔn)含水率。 土木工程材料 第9章 木材 （2）負(fù)荷時間的影響 木材的長期承載能力遠(yuǎn)低于暫時承載能力。 這是因?yàn)樵陂L期承載情況下，木材會發(fā)生纖維等速 蠕滑，累積后產(chǎn)生較大變形而降低了承載能力的

9、結(jié) 果。 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，一般為極限強(qiáng)度的5060。一切木 結(jié)構(gòu)都處于某一種負(fù)荷的長期作用下，因此在設(shè)計(jì) 木結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮負(fù)荷時間對木材強(qiáng)度的影響。 土木工程材料 第9章 木材 （3）溫度的影響 木材強(qiáng)度隨環(huán)境溫度升高會降低。當(dāng)溫度由 25升到50時，針葉樹抗拉強(qiáng)度降低1015 ，抗壓強(qiáng)度降低2024。當(dāng)木材長期處于 60100溫度下時，會引起水分和所含揮發(fā)物 的蒸發(fā)，而呈暗褐色，強(qiáng)度下降，變形增大。溫 度超過140時，木材中的纖維素發(fā)生熱裂解， 色漸變黑，強(qiáng)度明顯下降。因此，長期處于高溫 的建筑物，不宜采用木結(jié)構(gòu)

10、。 土木工程材料 第9章 木材 （4）疵病的影響 木材在生長、采伐及保存過程中，會產(chǎn)生內(nèi)部 和外部的缺陷，這些缺陷統(tǒng)稱為疵病。木材的疵病 主要有木節(jié)、斜紋、腐朽及蟲害等，這些疵病將影 響木材的力學(xué)性質(zhì)，但同一疵病對木材不同強(qiáng)度的 影響不盡相同。 土木工程材料 第9章 木材 3.木材的韌性 木材的韌性較好，因而木結(jié)構(gòu)具有良好的抗震 性。木材的任性受很多因素影響。如木材的密度愈 大，沖擊韌性愈好；高溫會使木材變脆，韌性降低。 負(fù)溫會使?jié)衲静淖兇啵g性降低；任何缺陷的存在 都會嚴(yán)重降低木材的沖擊韌性。 4.木材的硬度和耐磨性 木材的硬度和耐磨性主要取決于細(xì)胞組織的緊 密度。橫截面較其他面高。木髓線發(fā)

11、達(dá)的木材其弦 切面較徑切面高。 土木工程材料 第9章 木材 9.3 木材的干燥、防腐和防火 9.3.1 木材的干燥 干燥處理可防止木材受細(xì)菌等腐蝕，減少木 材在使用中發(fā)生收縮裂縫，提高木材的強(qiáng)度和耐 久性。有自然干燥和人工干燥兩種方法。 9.3.2 木材的防腐 木材的腐朽是真菌在木材中寄生引起的。真 菌在木材中生存和繁殖，必須同時具備四個條件： 溫度適宜；木材含水率適當(dāng)；有足夠的空 氣；適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)料。 土木工程材料 第9章 木材 木材防腐的基本方法： （1）破壞真菌生存的條件 將木材保持在很高的含水率，木材由于缺乏空 氣而破壞了真菌生存所需的條件，從而達(dá)到防腐的 目的。如 或者將木材進(jìn)行干燥，使其含水率降至 20 以下（即）。在儲存和使用木材時要注 意通風(fēng)和排濕。對木材構(gòu)件表面應(yīng)刷以油漆，使木 材