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1、第九章 木材,第九章 木 材,教学目的与要求： 了解木材在建筑上的应用； 了解木材构造的基本知识； 掌握木材的物质性质和力学性质，木材的构造和含水量对性质的影响； 掌握木材分等的方法； 掌握木材防腐的方法及木材的综合利用； 难点与重点： 木材的物理性质、力学性质及木材的综合利用；,概 述,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。 木材是用途十分广泛的建筑材料，在建筑工程中

2、：门窗、屋架、梁、柱、模板、隔墙、脚手架等，都使用木材。 在现代建筑中，木材主要用于室内装饰和装修等。,本 章 内 容,9.1 木材的构造 9.2 木材的主要性质 9.3 木材在建筑工程中的应用 9.4 木材的等级和综合应用与木材防腐防火,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。,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

3、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

4、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

5、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

6、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25%35%，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，

7、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,1、密度不同树种的密度相差不大，平均约为1.55g/cm3。 2、表观密度 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。,9.2.1.3 木材的密度,9.2.2.1 木材的强度,按

8、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,(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

9、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15%)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%

10、24%，抗拉和抗剪强度降低10%15%；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,木材的优缺点,木 材 的 优 点 木质较软，易于加

11、工； 比强度大，轻质高强； 普通混凝土、低碳钢和松木的比强度分别为0.012，0.035，0.069。 弹性、韧性好，抵抗冲击和震动效果好； 导热性低，隔热、保温性能好； 纹理美观，易于着色和油漆，装饰效果好。,木材的优缺点,木材的缺点 构造不均匀，呈各向异性； 天然缺陷多（如木节，斜纹，裂缝等），易腐朽、虫害等； 具有湿涨干缩的特点，易干裂，翘曲等； 养护不当，易腐朽，霉烂和虫蛀等； 耐火性差，易燃烧等。,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

12、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。,木材的应用,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),表9.4 锯

13、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,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。

14、,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、4mm、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),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

15、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/m3)、中密度纤维板(体积密度500800kg/m3)和软质纤维板(体积密度500kg/m3)三种。,9.3.4.2 纤维板,硬质纤维板的强度高、耐磨、不易变形，可代替木板用于墙面、天花板、地板、家具等。 中密度纤维板表面光滑、材质细密、性能稳定、边缘牢固，且板材表面的再装饰性能好。主要用于隔断、隔墙、地面、高档家具等。 软质纤维板结构松软，强度较低，但吸音性和保温性好，主要用于吊顶等。,刨花板是利用木材的边角余料，经切碎、干燥、拌胶(或未施胶)热压而成的一种

16、人造板材。其规格尺寸为：长度915mm、1220mm、1525mm、1830mm、2135mm；宽度915mm、1000mm、1220mm；厚度6mm、8mm、13mm、16mm、19mm、22mm、25mm、30mm等。 刨花板表观密度小，性质均匀，具有隔声、绝热、防蛀、耐火等优点。但易吸湿，强度不高，可用于保温、隔音、室内装饰材料。,9.3.4.3 创花板,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。,9.4 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