单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,6,木材,本章简要介绍了木材的分类及木材的宏观构造和微观构造。详细地论述了木材的物理性质和力学性质。应深刻领会木材的各向异性、湿胀干缩性、含水率对木材性质的影响，影响木材强度大小的因素等。此外，还应了解木材在建筑工程中的主要用途及木材的综合利用途径，木材的腐朽原理及防腐途径。,本章提要,本 章 内 容,9.1,木材的分类及构造,9.2,木材的主要性质,9.3,木材的应用,9.1,木材的分类及构造,木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类，,见表,9.1,。建筑中应用最多的是针叶树。,木材的构造是决定木材性质的主要因素。一般对木材的研究可以从宏观和微观两方面进行。,表,9.1,树木的分类和特点,种类,特点,用途,树种,针叶树,树叶细长，成针状，多为常绿树；纹理顺直，木质较软，强度较高，表观密度小；耐腐蚀性较强，胀缩变形小,是建筑工程中主要使用的树种，多用作承重构件、门窗等,松树、杉树、柏树等,阔叶树,树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶树；木质较硬，加工较难；表观密度大，胀缩变形大,常用作内部装饰、次要的承重构件和胶合板等,榆树、桦树、水曲柳等,用肉眼或低倍放大镜所看到的木材组织称为,宏观构造,。为便于了解木材的构造，将树木切成,3,个不同的切面，,如图,9.1,所示,。,横切面,垂直于树轴的切面；,径切面,通过树轴的切面；,弦切面,和树轴平行与年轮相切的切面。,在宏观下，树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。而木材主要使用木质部。,9.1.1,宏观构造,图,9.1,树干的,3,个切面,1,树皮；,2,木质部；,3,年轮；,4,髓线；,5,髓心,(1),边材、心材,在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为,心材,。心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强；外面部分颜色较浅，称为,边材,。边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如心材,9.1.1.1,木质部的构造特征,(2),年轮、春材、夏材,横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为,年轮,。年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为,春材,(,早材,),；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，称为,夏材,(,晚材,),。每一年轮内就是树木一年的生长部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。,第一年轮组成的初生木质部分称为,髓心,(,树心,),。从髓心成放射状横穿过年轮的条纹，称为,髓线,。,髓心材质松软，强度低，易腐朽开裂。髓线与周围细胞联结软弱，在干燥过程中，木材易沿髓线开裂。,9.1.1.2,髓心、髓线,在显微镜下所看到的木材组织，称为,木材的微观构造,(,见,图,9.2,和,图,9.3,),。,在显微镜下，可以看到木材是由无数管状细胞紧密结合而成。细胞横断面呈四角略圆的正方形。每个细胞分为细胞壁和细胞腔两个部分，细胞壁由若干层纤维组成。细胞之间纵向联结比横向联结牢固，造成细胞纵向强度高，横向强度低。细胞之间有极小的空隙，能吸附水和渗透水分。,9.1.2,微观构造,图,9.2,显微镜下松木的横切片示意图,1,细胞壁；,2,细胞腔；,3,树脂流出孔；,4,木髓线,图,9.3,细胞壁的结构,1,细胞腔；,2,初生层；,3,细胞间层,9.2,木材的主要性质,(1),木材中的水分,自由水：,存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分,吸附水：,吸附在细胞壁内细纤维之间的水分,结合水：,形成细胞化学成分的化合水,9.2.1,木材的物理性质,9.2.1.1,木材的含水率,(2),木材的纤维饱和点,木材受潮时，首先形成吸附水，吸附水饱和后，多余的水成为自由水；木材干燥时，首先失去自由水，然后才失去吸附水。,当吸附水处于饱和状态而无自由水存在时，此时对应的含水率称为,木材的纤维饱和点,。,纤维饱和点随树种而异，一般为,23%33%,，平均为,30%,。木材的纤维饱和点是木材物理、力学性质的转折点。,(3),木材的平衡含水率,木材的含水率是随着环境温度和湿度的变化而改变的。当木材长期处于一定温度和湿度下，其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸气压与周围空气的压力达到平衡，此时的含水率称为,平衡含水率,。,它与周围空气的温度、相对湿度的关系,如图,9.4,所示,。根据周围空气的温度和相对湿度可求出木材的平衡含水率。,图,9.4,木材的平衡含水率,木材细胞壁内吸附水的变化而引起木材的变形，即,湿胀干缩,。,图,9.5,是木材含水率与胀缩变形的关系。,由于木材构造的不均匀性，在不同的方向干缩值不同。顺纹方向,(,纤维方向,),干缩值最小，平均为,0.1%0.35%,；径向较大，平均为,3%6%,；弦向最大，平均为,6%12%,。,一般来讲，表观密度大、夏材含量多的木材，湿胀变形较大。,9.2.1.2,湿胀干缩,图,9.5,木材含水率与胀缩变形的关系,不同树种的密度相差不大，平均约为,1.55g/cm,3,。,9.2.1.3,木材的密度,木材表观密度的大小随木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的变化而不同。因此确定木材的表观密度时，应在含水率为标准含水率情况下进行。,9.2.1.4,表观密度,9.2.2.1,木材的强度,按受力状态，木材的强度分为,抗拉、抗压、抗弯和抗剪,四种强度。,木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标准试件，按,木材物理力学试验方法,(GB 1927194391),进行测定。,木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维方向的不同，可分为,顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断,三种，,如图,9.6,所示,。,9.2.2,木材的力学性质,当以木材的顺纹抗压强度为,1,时，木材理论上各强度大小关系,见表,9.2,。,图,9.6,木材的剪切,(a),顺纹剪切；,(b),横纹剪切；,(c),横纹切断,表,9.2,木材各种强度间的关系,抗压,抗拉,抗弯,抗剪,顺纹,横纹,顺纹,横纹,顺纹,横纹,1,101/3,23,1,1.52,1/72,1,(1),含水率,当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。,如图,9.7,所示,。,我国木材试验标准规定，以标准含水率,(,即含水率,12%),时的强度为标准值，其他含水率时的强度，可按下式换算成标准含水率时的强度。,9.2.2.2,影响木材强度的因素,(2),负荷时间的影响,木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期负荷而破坏。,木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为,持久强度,。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的,50%60%,，,如图,9.8,所示,。,(3),环境温度,温度对木材强度有直接影响。当温度由,25,升至,50,时，将因木纤维和其间的胶体软化等原因，使木材抗压强度降低,20%40%,，抗拉和抗剪强度降低,12%20%,；当温度在,100,以上时，木材中部分组织会分解、挥发，木材变黑，强度明显下降。因此，长期处于高温环境下的建筑物不宜采用木结构。,(4),木材的缺陷,节子 节子能提高横纹抗压和顺纹抗剪强度。,木材受腐朽菌侵蚀后，不仅颜色改变，结构也变得松软、易碎，呈筛孔和粉末状形态。,裂纹会降低木材的强度，特别是顺纹抗剪强度。而且缝内容易积水，加速木材的腐烂。,构造缺陷木纤维排列不正常均会降低木材的强度，特别是抗拉及抗弯强度。,图,9.7,含水率对木材强度的影响,1,顺纹抗拉；,2,抗弯；,3,顺纹抗压；,4,顺纹抗剪,图,9.8,木材持久强度,9.3,木材的应用,工程中木材按其加工程度和用途分为,原条、原木、锯材、枕木,四类。此外还有各类人造板材。,9.3.1,木材产品,9.3.1.1,原条,原条,是已经除去皮,(,也有不去皮的,),、根、树梢而未加工成规定材品的木材。主要用于脚手架或供进一步加工。,原木,是将原条按一定尺寸切取的木料。可分为直接使用原木和加工原木。,直接使用原木,用于屋架、檩、椽、木桩、坑木等。,加工原木,用于加工锯材、胶合板等。,9.3.1.2,原木,(1),锯材的规格、尺寸,锯材按其厚度、宽度可分为薄板、中板、厚板。其尺寸,见表,9.3,。,(2),锯材的分等,锯材有特等锯材和普通锯材之分。根据,针叶树锯材,(GB 153.284),和,阔叶树锯材分等,(GB 481.7284),的规定，普通锯材分为一、二、三等。各等级技术指标,见表,9.4,。,9.3.1.3,锯材,表,9.3,针叶树、阔叶树锯材宽度、厚度,(mm),分类,厚度,宽度,尺寸范围,进级,薄板,中板,厚板,12,，,15,，,18,，,21,25,，,30,40,，,50,，,60,50240,50260,60300,10,表,9.4,锯材的分等标准,干燥能减轻自重，防止腐朽、开裂及弯曲，从而提高木材的强度和耐久性。,锯材的干燥方法可分为,自然干燥,和,人工干燥,两种。自然干燥方法的优点是简单，不需要特殊设备，但干燥时间长，而且只能干燥到风干状态。人工干燥利用人工方法排除锯材中水分，常用方法有,浸树法、蒸树法和热坑法,。,9.3.2,锯材的干燥,9.3.3.1,木材的腐朽,木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分,霉菌、变色菌和腐朽菌,三种，前两种真菌对木材质量影响较小，但腐朽菌影响很大。,真菌在木材中生存和繁殖必须具备三个条件，即,适当的水分、足够的空气和适宜的温度,。,此外，木材还易受到白蚁、天牛等昆虫的蛀蚀，使木材形成很多孔眼或沟道，甚至蛀穴，破坏木质结构的完整性而使强度严重降低。,9.3.3,木材的防腐,木材防腐的基本原理在于破坏真菌及虫类生存和繁殖条件，常用方法有以下两种：,(1),结构预防法,在结构和施工中，使木结构不受潮湿，要有良好的通风条件；在木材与其他材料之间用防潮垫；不将支点或其他任何木结构封闭在墙内；木地板下设通风洞；木屋架设老虎窗等。,9.3.3.2,木材的防腐,(2),防腐剂法,这种方法是通过涂刷或浸渍水溶性防腐剂,(,如氯化钠、氧化锌、氟化钠、硫酸铜,),、油溶性防腐剂,(,如林丹五氯酚合剂,),、乳剂防腐剂,(,如氟化钠、沥青膏,),等，使木材成为有毒物质，达到防腐要求,木材经加工成型和制作构件时，会留下大量的碎块废屑，将这些废脚料或含有一定纤维量的其他作物作原料，采用一般物理和化学方法加工而成的即为,人造板材,。这类板材与天然木材相比，板面宽，表面平整光洁，没有节子，不翘曲、开裂，经加工处理后还具有防水、防火、防腐、防酸性能。,常用人造板材有,胶合板、纤维板、刨花板,。,9.3.4,人造板材,胶合板,是用原木旋切成薄片，经干燥处理后，再用胶粘剂按奇数层数，以各层纤维互相垂直的方向粘合热压而成的人造板材。一般为,313,层，建筑工程中常用的有三合板和五合板。一般可分为,阔叶树普通胶合板,和,松木普通胶合板,两种。,胶合板厚度为,2.4mm,、,3mm,、,3.5mm,、,4,mm,、,5.5mm,、,6mm,，自,6mm,起按,1mm,递增。胶合板幅面尺寸,见表,9.5,。其特性及适用范围,见表,9.6,。,9.3.4.1,胶合板,表,9.5,胶合板的幅面尺寸,(mm),宽度,长度,915,1220,1830,2135,2440,915,915,1220,1830,2135,1220,1220,1830,2135,2440,表,9.6,胶合板分类、特性及适用范围,纤维板,是以植物纤维为原料经破碎、浸泡、研磨成浆，然后经热压成型、干燥等工序制成的一种人造板材。纤维板所选原料可以是木材采伐或加工的剩余物,(,如板皮、刨花、树枝,),，也可以是稻草、麦秸、玉米秆、竹材等。,纤维板按其体积密度分为,硬质纤维板,(,体积密度,800kg/m,3,),、,中密度纤维板,(,体积密度,500800,kg/m,3,),和,软质纤维板,(,体积密度,500kg/m,