《建筑材料》木材

1、8 木材木材本章簡要介紹了木材的分類及木材的宏觀本章簡要介紹了木材的分類及木材的宏觀構造和微觀構造。詳細地論述了木材的物理性構造和微觀構造。詳細地論述了木材的物理性質和力學性質。應深刻領會木材的各向異性、質和力學性質。應深刻領會木材的各向異性、濕脹干縮性、含水率對木材性質的影響，影響濕脹干縮性、含水率對木材性質的影響，影響木材強度大小的因素等。此外，還應了解木材木材強度大小的因素等。此外，還應了解木材在建筑工程中的主要用途及木材的綜合利用途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。徑，木材的腐朽原理及防腐途徑。 本章提要本章提要本本 章章 內內 容容8.1 木材的分

2、類及構造木材的分類及構造8.2 木材的主要性質木材的主要性質8.3 木材的應用木材的應用8.1 木材的分類及構造木材的分類及構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8.1。建筑中應用最多的是針葉樹。 木材的構造是決定木材性質的主要因素。一般對木材的研究可以從宏觀和微觀兩方面進行。表表8.1 樹木的分類和特點樹木的分類和特點 種類特點用途樹種針葉樹 樹葉細長，成針狀，多為常綠樹；紋理順直，木質較軟，強度較高，表觀密度小；耐腐蝕性較強，脹縮變形小 是建筑工程中主要使用的樹種，多用作承重構件、門窗等 松樹、杉樹、柏樹等闊葉樹 樹葉寬大，葉脈呈網狀，大多為落葉樹；木質較硬，加工較

3、難；表觀密度大，脹縮變形大 常用作內部裝飾、次要的承重構件和膠合板等 榆樹、樺樹、水曲柳等用肉眼或低倍放大鏡所看到的木材組織稱為宏觀構造。為便于了解木材的構造，將樹木切成3個不同的切面，如圖8.1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、木質部和髓心三個部分。而木材主要使用木質部。 1 宏觀構造宏觀構造圖8.1 樹干的3個切面 1樹皮；2木質部；3年輪；4髓線；5髓心 (1)邊材、心材在木質部中，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；外面部分顏色較淺，稱為邊材。邊材含水量高，易干燥，也易

4、被濕潤，所以容易翹曲變形，抗蝕性也不如心材 1） 木質部的構造特征木質部的構造特征(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，細胞大而排列疏松，細胞壁較薄，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，細胞小，細胞壁較厚，組織緊密堅實，顏色較深，稱為夏材(晚材)。每一年輪內就是樹木一年的生長部分。年輪中夏材所占的比例越大，木材的強度越高。 第一年輪組成的初生木質部分稱為髓心(樹心)。從髓心成放射狀橫穿過年輪的條紋，稱為髓線。髓心材質松軟，強度低，易腐朽開裂。髓線與周圍細胞聯(lián)結軟弱，在干燥過程中，木材易沿

5、髓線開裂。 2） 髓心、髓線髓心、髓線在顯微鏡下所看到的木材組織，稱為木材的微觀構造(見圖8.2和圖8.3)。在顯微鏡下，可以看到木材是由無數管狀細胞緊密結合而成。細胞橫斷面呈四角略圓的正方形。每個細胞分為細胞壁和細胞腔兩個部分，細胞壁由若干層纖維組成。細胞之間縱向聯(lián)結比橫向聯(lián)結牢固，造成細胞縱向強度高，橫向強度低。細胞之間有極小的空隙，能吸附水和滲透水分。 2 微觀構造微觀構造圖8.2 顯微鏡下松木的橫切片示意圖 1細胞壁；2細胞腔；3樹脂流出孔；4木髓線 圖8.3 細胞壁的結構 1細胞腔；2初生層；3細胞間層 8.2 木材的主要性質木材的主要性質(1)木材中的水分自由水：存在于木材細胞腔和

6、細胞間隙中的水分吸附水：吸附在細胞壁內細纖維之間的水分結合水：形成細胞化學成分的化合水 1 木材的物理性質木材的物理性質1） 木材的含水率木材的含水率(2)木材的纖維飽和點木材受潮時，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。當吸附水處于飽和狀態(tài)而無自由水存在時，此時對應的含水率稱為木材的纖維飽和點。纖維飽和點隨樹種而異，一般為23%33%，平均為30%。木材的纖維飽和點是木材物理、力學性質的轉折點。(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。當木材長期處于一定溫度和濕度下，其含水率最后會達到與周圍環(huán)境濕度相平衡，

7、此時的含水率稱為平衡含水率。它與周圍空氣的溫度、相對濕度的關系如圖8.4所示。根據周圍空氣的溫度和相對濕度可求出木材的平衡含水率。 圖8.4 木材的平衡含水率 木材細胞壁內吸附水的變化而引起木材的變形，即濕脹干縮。圖8.5是木材含水率與脹縮變形的關系。由于木材構造的不均勻性，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。2） 濕脹干縮濕脹干縮圖8.5 木材含水率與脹縮變形的關系 不同樹種的密度相差不大，平均約為1.55g/cm3。 3） 木材的密度木

8、材的密度4） 表觀密度表觀密度木材表觀密度的大小隨木材的孔隙率、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，應在含水率為標準含水率情況下進行。1） 木材的強度木材的強度按受力狀態(tài)，木材的強度分為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪四種強度。 木材的強度檢驗是采用無疵病的木材制成標準試件，按木材物理力學試驗方法進行測定。 2 木材的力學性質木材的力學性質木材受剪切作用時，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8.6所示。 當以木材的順紋抗壓強度為1時，木材理論上各強度大小關系見表8.2。 圖8.6 木材的剪切 (a)順紋剪切；(b)橫紋剪切；(c)橫紋

9、切斷 表表8.2 木材各種強度間的關系木材各種強度間的關系 抗壓抗拉抗彎抗剪 順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋切斷11/101/3231/201/31.52.01/71/31/21(1)含水率 當含水率在纖維飽和點以上變化時，僅僅是自由水的增減，對木材強度沒有影響；當含水率在纖維飽和點以下變化時，隨含水率的降低，細胞壁趨于緊密，木材強度增加。如圖8.7所示。我國木材試驗標準規(guī)定，以標準含水率(即含水率12%)時的強度為標準值，其他含水率時的強度，可按下式換算成標準含水率時的強度。 2） 影響木材強度的因素影響木材強度的因素121(12)wW(2)負荷時間的影響木材在長期荷載作用下，只有當其應力遠低于強

10、度極限的某一范圍時，才可避免木材因長期負荷而破壞。木材在長期荷載作用下不致引起破壞的最大強度，稱為持久強度。木材的持久強度比其極限強度小得多，一般為極限強度的50%60%，如圖8.8所示。 (3)環(huán)境溫度溫度對木材強度有直接影響。當溫度由25升至50時，將因木纖維和其間的膠體軟化等原因，使木材抗壓強度降低20%40%，抗拉和抗剪強度降低12%20%；當溫度在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構。(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度。 木材受腐朽菌侵蝕后，不僅顏色改變，結構也變得松軟、易碎，呈篩孔和粉末

11、狀形態(tài)。 裂紋會降低木材的強度，特別是順紋抗剪強度。而且縫內容易積水，加速木材的腐爛。構造缺陷木纖維排列不正常均會降低木材的強度，特別是抗拉及抗彎強度。 圖8.7 含水率對木材強度的影響 1順紋抗拉；2抗彎；3順紋抗壓；4順紋抗剪 圖8.8 木材持久強度 8.3 木材的應用木材的應用工程中木材按其加工程度和用途分為原條、原木、板材、枋材四類。此外還有各類人造板材。 1 木材產品木材產品1） 原條原條原條是已經除去皮(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一步加工。原木是將原條按一定尺寸切取的木料。可分為直接使用原木和加工原木。直接使用原木用于屋架、檁、椽、木樁、

12、坑木等。加工原木用于加工鋸材、膠合板等。2） 原木原木又稱鋸材，指寬度為厚度的三倍或三倍以上的木料。按其厚度、寬度可分為薄板、中板、厚板。其尺寸見表8.3。鋸材有特等鋸材和普通鋸材之分。根據針葉樹鋸材(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。各等級技術指標見表8.4。4）枋材）枋材 指寬度不足厚度三倍的木料。3） 板材板材表表8.3 針葉樹、闊葉樹鋸材寬度、厚度針葉樹、闊葉樹鋸材寬度、厚度(mm) 分類厚度 寬度 尺寸范圍進級薄板中板厚板 12，15，18，2125，3040，50，60 502405026060300 10表表8.4

13、鋸材的分等標準鋸材的分等標準 干燥能減輕自重，防止腐朽、開裂及彎曲，從而提高木材的強度和耐久性。木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)點是簡單，不需要特殊設備，但干燥時間長，而且只能干燥到風干狀態(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。 2 木材的干燥木材的干燥1） 木材的腐朽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，即適當的水分、足夠的空氣和適宜的溫度。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

14、穴，破壞木質結構的完整性而使強度嚴重降低。 3 木材的防腐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)結構預防法在結構和施工中，使木結構不受潮濕，要有良好的通風條件；在木材與其他材料之間用防潮墊；不將支點或其他任何木結構封閉在墻內；木地板下設通風洞。 2） 木材的防腐木材的防腐(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，達到防腐要求。 木材經加工成型和制作構件時，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

15、物作原料，采用一般物理和化學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。 4 人造板材人造板材膠合板是用原木旋切成薄片，經干燥處理后，再用膠粘劑按奇數層數，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8.5。其特性及適用范圍見表8.6。1） 膠

16、合板膠合板表表8.5 膠合板的幅面尺寸膠合板的幅面尺寸(mm) 寬度 長度 9151220183021352440915915122018302135 1220 1220183021352440表表8.6 膠合板分類、特性及適用范圍膠合板分類、特性及適用范圍 纖維板是以植物纖維為原料經破碎、浸泡、研磨成漿，然后經熱壓成型、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纖維板(體積密度800kg/m3)、中密度纖維板(體積密度500800kg/m3)和軟質纖維板(體積密度500kg/m3)三種。2） 纖維板纖維板硬質纖維板的強度高、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、材質細密、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。軟質纖維板結構松軟，強度較低，但吸音性和保溫性好，主