第9章 建筑木材

第九章木材木材的分類與構(gòu)造木材的物理力學(xué)性質(zhì)

木材的防腐與防火

木材的綜合利用

木材的分類與構(gòu)造

分類木本植物，分為針葉樹和闊葉樹兩大類。針葉樹理直、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、松樹等。闊葉樹質(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。木材的構(gòu)造

1.

宏觀構(gòu)造木材由樹皮、木質(zhì)部、髓心組成。髓心木質(zhì)部樹皮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。在髓心周圍部分，材色較深，水分較少，稱為心材。微觀構(gòu)造

指借助光學(xué)顯微鏡觀察的結(jié)構(gòu)。各種木材的微觀構(gòu)造是各式各樣的。

針葉樹由管胞和髓線組成。闊葉材細胞主要由導(dǎo)管、木纖維、木射線和軸向薄壁組織等。有無導(dǎo)管是區(qū)分闊葉材和針葉材的重要標(biāo)志。

木材的物理力學(xué)性質(zhì)密度與表觀密度

木材的密度是指構(gòu)成木材細胞壁物質(zhì)的密度。約為1.50～1.56g/cm3，各材種之間相差不大，實際計算和使用中常取1.53g/cm3。

木材的表觀密度則以木材空隙率、含水率及其他因素的變化而異。木材的表觀密度越大，其濕脹干縮率也越大。氣干狀態(tài)木材的表觀密度平均為500Kg/m3。含水率與吸濕性含水率——指木材中水分質(zhì)量占干燥木材質(zhì)量的百分比。木材中水分的劃分：按與木材的結(jié)合和存在形式分為：自由水、吸附水和結(jié)構(gòu)水。自由水—存在于木材細胞腔和細胞間隙，影響木材的表觀密度、抗腐蝕性、燃燒性和干燥性；吸附水—吸附在細胞壁內(nèi)纖維之間，影響木材強度和木材脹縮變形性能；結(jié)構(gòu)水—木材中的化合水，常溫下不變化，對木材的性質(zhì)無影響。木材干燥時，首先是自由水蒸發(fā)，而后是吸附水蒸發(fā)木材受潮時，先是細胞壁吸水，細胞壁吸水達飽和后，自由水才開始吸入。

①木材的纖維飽和點

木材中無自由水，細胞壁內(nèi)吸附水達到飽和，此時的木材含水率稱為纖維飽和點。木材的纖維飽和點一般介于23～32％之間，通常取30％。

纖維飽和點是木材性質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點。在纖維飽和點之上，含水量變化是自由水含量的變化，它對木材強度和體積影響甚微；在纖維飽和點之下，含水量變化即吸附水含量的變化將對木材強度和體積等產(chǎn)生較大的影響。故系木材作為結(jié)構(gòu)材料使用時的一個重要物理參數(shù)。②木材的平衡含水率

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)木材中的水分進入大氣，和大氣中的水蒸氣進入木材，兩者間達到動態(tài)平衡的時候，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％，杭州為16%。故是木材作為建筑裝飾材料使用時的一個重要特征。濕脹與干縮變形

木材具有顯著的濕脹干縮性。木材含水率在纖維飽和點以下，隨含水率增大，木材體積產(chǎn)生膨脹；含水率減小，木材體積收縮；當(dāng)木材含水率在纖維飽和點以上，只是自由水增減變化時，木材的體積不發(fā)生變化。纖維飽和點是木材發(fā)生濕脹干縮變形的轉(zhuǎn)折點。木材含水率與脹縮變形關(guān)系

木材具有各向異性，各個方向的干縮率不同。木材弦向干縮率最大。木材在干燥的過程中會產(chǎn)生變形、翹曲和開裂等現(xiàn)象。木材的干縮濕脹變形還隨樹種不同而異。木材的密度大的、晚材含量多的木材，其干縮率就較大。木材含水率與脹縮變形關(guān)系木材的強度及其影響因素木材的強度表現(xiàn)為明顯的各向異性。這是由于木材是一種非均質(zhì)材料所決定的。木材各強度大小的比值關(guān)系見下表：

木材各項強度值的比較(以順紋抗壓強度為1)順紋抗壓

橫紋抗壓

順紋抗拉

橫紋抗拉

抗彎

順紋抗剪

橫紋切斷

11/10～1/3

2～3

1/20～1/3

3/2～2

1/7～1/3

1/2～1

木材強度的影響因素：含水率、環(huán)境溫度、負荷時間、表觀密度、疵點①含水率

在纖維飽和點內(nèi)，含水量增加使細胞壁中的木纖維之間的聯(lián)結(jié)力減弱、細胞壁軟化，強度降低；當(dāng)水分減少使細胞壁比較緊密，故強度增高。

含水率的變化對順紋抗壓強度和抗彎強度的影響較大，對順紋抗拉強度和順紋抗剪強度影響較小。測定木材強度時規(guī)定12%為標(biāo)準含水率。②環(huán)境溫度的影響

隨環(huán)境溫度升高，木材強度降低。溫度由25℃升到50℃，針葉樹抗拉強度降低10～15％，抗壓強度降低20～24％。木材長期處于60～100℃溫度下時，會引起水分和所含揮發(fā)物的蒸發(fā)，強度下降，變形增大。超過140℃時，木材中的纖維素發(fā)生熱裂解，色漸變黑，強度明顯下降。故長期處于高溫的建筑物，不宜采用木結(jié)構(gòu)。

③負荷時間的影響

木材的長期承載能力遠低于暫時承載能力。因為在長期承載下，木材會發(fā)生纖維等速蠕滑，累積后產(chǎn)生較大變形而使承載能力降低。

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。持久強度一般為極限強度的50％～60％。一切木結(jié)構(gòu)都處于某種負荷的長期作用下，故在設(shè)計木結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮負荷時間對木材強度的影響。④木材的疵點

系指木材在生長、采伐及保存過程中，所產(chǎn)生內(nèi)部和外部的缺陷。主要有木節(jié)、斜紋、腐朽及蟲害等，其會對木材的力學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響，但同一疵病對木材不同強度的影響不盡相同。

木節(jié)分為活節(jié)、死節(jié)、松軟節(jié)、腐朽節(jié)等。木節(jié)使木材順紋抗拉強度顯著降低，對順紋抗壓影響最小。在木材受橫紋抗壓和剪切時，木節(jié)反而增加其強度。

斜紋為木纖維與樹軸成一定夾角。斜紋木材嚴重降低其順紋抗拉強度，抗彎次之，對順紋抗壓強度影響較小。裂紋、腐朽、蟲害等，會造成木材構(gòu)造的不連續(xù)性或組織破壞，因此嚴重影響木材的力學(xué)性質(zhì)。木材的疵病木材的防腐與防火

作為土木工程材料，木材的最大缺點是易腐朽、蟲柱和燃燒，故使木材的使用壽命大大縮短，并限制了其應(yīng)用范圍。因此提高木材的耐久性，對木材的合理使用具重要意義。腐朽與防腐木材的腐朽

木材的腐朽由真菌引起。真菌在木材中生存和繁殖，必須同時具備四個條件：①溫度適宜；②木材含水率適當(dāng)；③有足夠的空氣；④適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)料。

防腐與防蟲木材防腐有兩種方法：創(chuàng)造條件，使木材不適于真菌的寄生和繁殖；把木材變成有毒的物質(zhì)，使其不能作真菌的養(yǎng)料。木材防腐的基本方法破壞真菌生存的條件注入化學(xué)防腐劑木材常用防腐、防蟲劑的種類和配方濕存保管法和水存保管法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，從而達到防腐的目的。干法保管法將木材進行干燥，使其含水率降至20％以下。儲存和使用木材，注意通風(fēng)和排濕。木材構(gòu)件表面應(yīng)刷油漆，使木材隔絕空氣和水汽。破壞真菌生存的條件

注入化學(xué)防腐劑——化學(xué)保管法

將化學(xué)防腐劑注入木材內(nèi)，使木材變成使真菌無法生存的有毒物質(zhì)。防腐劑的注入方法有表面涂刷法、表面噴涂法、浸漬法、冷熱槽浸透法、壓力滲透法等，以冷熱槽浸透法和壓力滲透法效果最好。常用防腐劑的種類：

A.水溶性防腐劑——溶于水，應(yīng)用方便，主要用于房屋內(nèi)部，如氟化鈉、氯化鋅、硫酸銅、硼鉻合劑、硼酚合劑等。

B.油溶性防腐劑——溶于油不溶于水，可用于室外藥效持久，如林丹五氨酸合劑。

C.防腐油——不溶于水，藥效持久，但有臭味，且呈暗色，不能油漆，主要用于室外和地下（枕木、坑木、拉木等），如煤焦油等。

木材除受真菌侵蝕而腐朽外，還會遭受昆蟲的蛀蝕。常見的蛀蟲有白蟻、天牛等。

白蟻是世界性的重要害蟲，特別是熱帶和亞熱帶地區(qū)，更為嚴重。物體受到白蟻危害，表面形似完好，里面千瘡百孔，一旦被人發(fā)現(xiàn)，損失已是相當(dāng)嚴重，尤其對建筑物和堤，更有極大的隱患性。白蟻對建筑物的破壞，特別是對磚木結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)建筑的破壞，由于其隱蔽在木結(jié)構(gòu)內(nèi)部破壞或破壞其承重部位，往往造成房屋突然倒塌，導(dǎo)致財產(chǎn)損失和人員傷亡。白蟻不僅危害木結(jié)構(gòu)，而且它分泌的蟻酸也可以腐蝕金屬因此，新建房屋必須進行白蟻預(yù)防處理。

白蟻的防治方法有：生態(tài)防治：根據(jù)白蟻的生活特性,把需要保護的物質(zhì)(如埋地電纜)盡量避開白蟻密集區(qū),避開其生存、活動的最佳區(qū)域。白蟻猖獗地區(qū)和場所多系濕熱陰暗和通風(fēng)不良之處,因此預(yù)防白蟻必須從建筑物的設(shè)計開始考慮建筑物的良好透光、通風(fēng)和防潮條件,同時選擇抗蟻蛀的木材和其它建筑材料,以創(chuàng)造出不利于白蟻的環(huán)境條件,這也是生態(tài)防治之一。生物防治：就是保護白蟻的天敵(如穿山甲等)。物理防治：用燈光誘捕分飛的翅蟻及鏟除蟻穴,切斷白蟻的食源及水源,加強檢疫以杜絕蟻。

化學(xué)防治：直接殺滅白蟻的化學(xué)藥物有亞砒酸、滅蟻靈、開蓬等。預(yù)防白蟻的化學(xué)藥物有氯丹、林丹、艾氏劑、滅氏劑、狄氏劑、硅白靈、白蟻靈、二氯苯醚菊酯、CCA等木材常用防腐、防蟲劑的種類和配方見表9.28.3.2木材的防火木材是可燃性建筑材料。在木材被加熱過程中，析出可燃氣體，隨著溫度不同，析出的可燃氣濃度也不同，此時若遇火源，析出的可燃氣也會出現(xiàn)閃燃、引燃。若無火源，只要加熱溫度足夠高，也會發(fā)生自燃現(xiàn)象。對木材及其制品的防火保護有浸漬、添加阻燃劑和覆蓋三種方法。

浸漬

浸漬按工藝可分為常壓浸漬、熱浸漬和加壓浸漬三種。

①

常壓浸漬

在常壓室溫條件下，將木材浸漬在粘度較低的含有阻燃劑的溶液中，使阻燃劑溶液滲入到木材表面的組織中，經(jīng)干燥使水分蒸發(fā)，阻燃劑留在木材的淺表面層內(nèi)。這種方法由于浸入的阻燃劑不多，阻燃效果受到一定的限制，但其方法簡單，適用干阻燃效果要求不高，木材密度不大的薄板材。

②熱浸漬

在常壓下將木材放入熱的阻燃劑溶液中浸漬，直至藥液冷卻。因為木材受熱，內(nèi)部氣體膨脹而釋放出來，等到阻燃劑冷卻后，木材內(nèi)部孔隙就可以多吸收些阻燃劑溶液，然后干燥將阻燃劑留在木材孔隙內(nèi)。

③加壓浸漬

先將木材放在高壓容器中，抽真空到7.9～8.6kPa，并保持15min到1h，再注入含有阻燃劑的浸清渡并加壓到1.20MPa，在65℃的溫度下保持7h，解除壓力后，排除阻燃劑藥液，為避免木材取出時繼續(xù)滴液，可再次抽真空數(shù)分鐘。最后放入烘窯進行干燥。加壓浸漬適用于阻燃要求高的木材。浸漬效果好壞與木材密度關(guān)系很大。密度大的木材，如柞木、落葉松，由于其內(nèi)部孔隙少，浸清液很難滲入到內(nèi)部；而密度小的木材，如毛白楊、棋木，內(nèi)部孔隙多，浸漬液比較容易滲入。添加阻燃劑

在生產(chǎn)纖維板、膠合板、刨花板、木屑板的過程中可添加適量的阻燃劑。添加型阻燃劑應(yīng)與膠粘劑及其它添加劑能很好地相溶。覆蓋

覆蓋就是在需要進行阻燃處理的木材表面覆蓋防火材料。這種防火涂料，除了要求具有好的阻燃劑以外，還要求具有較好的著色性、透明度、粘著力、防水、防腐蝕等普通涂料所具有的性能。柚木復(fù)合地板8.4木材的綜合利用

木質(zhì)人造板是利用木材、木質(zhì)纖維、木質(zhì)碎料或其它植物纖維為原料，加膠粘劑和其它添加劑制成的板材。

常用的木質(zhì)人造板有膠合板、膠合木、木屑板、木絲板、刨花板等。不少人造板存在游離甲醛釋放的問題，國家標(biāo)準GB18580－2001《室內(nèi)裝飾裝修用人造板及其制品中甲醛釋放限量》對此作出了規(guī)定，以防止室內(nèi)環(huán)境受到污染。(1)膠合板

膠