土木工程教案8

1、第第8 8章章 木材木材 本章学习指导本章学习指导 本章共本章共3 3个知识点。本章学习目标是一般性了解木个知识点。本章学习目标是一般性了解木 材物理力学性能及其应用。材物理力学性能及其应用。 重点是木材物理力学性能及其对土木工程应用的影重点是木材物理力学性能及其对土木工程应用的影 响。难点是木材的湿胀干缩性与防腐。响。难点是木材的湿胀干缩性与防腐。 建议本章自学，课外学时数为建议本章自学，课外学时数为2 2学时。学时。 历史的启迪历史的启迪 应县木塔建于辽清宁二年应县木塔建于辽清宁二年 （公元年），至今已（公元年），至今已 有近千年，是我国现存最高最有近千年，是我国现存最高最 古的一座木结构

2、塔式建筑。应古的一座木结构塔式建筑。应 县木塔之所以千年不倒，除精县木塔之所以千年不倒，除精 巧的结构和当地易于木材保存巧的结构和当地易于木材保存 的独特气候外，对建筑材料的的独特气候外，对建筑材料的 精心选择也是一个关键。精心选择也是一个关键。 学习本章，就能更深刻地学习本章，就能更深刻地 了解木材的性能及应用。了解木材的性能及应用。 应县木塔千年不倒之谜应县木塔千年不倒之谜 基础知识基础知识 8.18.1 木材的分类与构造木材的分类与构造 8.1.2 8.1.2 木材的结构木材的结构 8.1.1 8.1.1 木材的分类木材的分类 8.1.1 8.1.1 木材的分类木材的分类 木材产自木本植

3、物中的乔木，分为针叶树和阔木材产自木本植物中的乔木，分为针叶树和阔 叶树两大类。大部分针叶树纹理直、木质较软、易叶树两大类。大部分针叶树纹理直、木质较软、易 加工、变形小，建筑上广泛用作承重构件和装修材加工、变形小，建筑上广泛用作承重构件和装修材 料，如杉树、松树等。大部分阔叶树质密、木质较料，如杉树、松树等。大部分阔叶树质密、木质较 硬、加工较难、易翘裂、纹理美观，适用于室内装硬、加工较难、易翘裂、纹理美观，适用于室内装 修，如水曲柳、核桃木等。修，如水曲柳、核桃木等。 阔叶树阔叶树针叶树针叶树 8.1.2 8.1.2 木材的结构木材的结构 1.1. 木材的宏观构造木材的宏观构造 2.2.

4、木材的微观构造木材的微观构造 从木材三个不同切面观察木材从木材三个不同切面观察木材 的宏观构造可以看出（右图），树的宏观构造可以看出（右图），树 干由树皮、木质部、髓心组成。从干由树皮、木质部、髓心组成。从 木材的横切面上看，有许多树种的木材的横切面上看，有许多树种的 木材，靠近树皮的部分材色较浅，木材，靠近树皮的部分材色较浅， 水分较多，称为边材。在髓心周围水分较多，称为边材。在髓心周围 部分，材色较深，水分较少，称为部分，材色较深，水分较少，称为 心材。心材。 1.1. 木材的宏观构造木材的宏观构造 2.2. 木材的微观构造木材的微观构造 木材的微观构造是指借助光学显微镜观察的结木材的微观

5、构造是指借助光学显微镜观察的结 构。各种木材的微观构造是各式各样的。针叶树显构。各种木材的微观构造是各式各样的。针叶树显 微构造简单而规则，其木射线一般较细且在肉眼下微构造简单而规则，其木射线一般较细且在肉眼下 不可见，年轮界明显，早、晚材区别明显。阔叶树不可见，年轮界明显，早、晚材区别明显。阔叶树 的显微构造较复杂，其细胞主要有导管、木纤维、的显微构造较复杂，其细胞主要有导管、木纤维、 木射线和轴向薄壁组织等。木射线和轴向薄壁组织等。 观观察与讨论与讨论 讨论讨论 8.18.1 木材的分类与构造木材的分类与构造 两种两种木材的结构与结构与用途 请观察图请观察图A A和图和图B B所示的所示的

6、A A、B B两种木材的纹理，两种木材的纹理， 何为针叶树？何为阔叶树？并请讨论它们的用途。何为针叶树？何为阔叶树？并请讨论它们的用途。 图图A A 图图B B 两种木材的结构与用途两种木材的结构与用途 A A木属针叶树，纹理顺直，材质均匀，且其通木属针叶树，纹理顺直，材质均匀，且其通 直高大，易得大材，木质较软且易加工，胀缩变形直高大，易得大材，木质较软且易加工，胀缩变形 较小，在土木工程中可作承重构件。较小，在土木工程中可作承重构件。B B木属阔叶树，木属阔叶树， 纹理图案较多，材质坚硬，通直部分较短，强度高，纹理图案较多，材质坚硬，通直部分较短，强度高， 胀缩变形较大，宜作小尺寸的装修、

7、装修构件或家胀缩变形较大，宜作小尺寸的装修、装修构件或家 具。具。 讨论讨论 工程实实例分析 现象现象 原因分析原因分析 8.18.1 木材的分类与构造木材的分类与构造 客厅木地板的选用客厅木地板的选用 某客厅采用白松实木地板装修，使用一段时间后某客厅采用白松实木地板装修，使用一段时间后 多处磨损。多处磨损。 原因分析原因分析 客厅木地板的选用客厅木地板的选用 白松属针叶树材，木质软，硬度低。虽受潮白松属针叶树材，木质软，硬度低。虽受潮 后不易变形，但用于走动频繁的客厅则不妥。可后不易变形，但用于走动频繁的客厅则不妥。可 考虑改用质量好的复合木地板，其板面坚硬耐磨，考虑改用质量好的复合木地板，

8、其板面坚硬耐磨， 可防高跟鞋、家具的重压、磨刮。可防高跟鞋、家具的重压、磨刮。 8.2 8.2 木材的性能及应用木材的性能及应用 8.2.2 8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用 8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能 基础知识基础知识 8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能 1. 1. 密度密度 2.2. 含水率含水率 3.3. 湿胀干缩性湿胀干缩性 4. 4. 强度强度 1. 1. 密度密度 木材的实质密度是指构成木材细胞壁物质的密木材的实质密度是指构成木材细胞壁物质的密 度。约为度。约为 1.501.501.56 g1.56 gcmcm3 3，各材种之间相差不，各

9、材种之间相差不 大，实际计算和使用中常取大，实际计算和使用中常取1.53 g/cm1.53 g/cm3 3。 2.2. 含水率含水率 木材的含水率是木材中水分质量占干燥木木材的含水率是木材中水分质量占干燥木 材质量的百分比。木材中的水分按其与木材结材质量的百分比。木材中的水分按其与木材结 合形式和存在的位置，可分为自由水、吸附水合形式和存在的位置，可分为自由水、吸附水 和化学结合水。和化学结合水。 当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达 到饱和时，这时的木材含水率称为纤维饱和点。到饱和时，这时的木材含水率称为纤维饱和点。 木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度

10、的木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的 变化而改变的，当木材长时间处于一定温度和变化而改变的，当木材长时间处于一定温度和 湿度的环境中时，木材中的含水量最后会达到湿度的环境中时，木材中的含水量最后会达到 与周围环境湿度相平衡，这时木材的含水率称与周围环境湿度相平衡，这时木材的含水率称 为平衡含水率。为平衡含水率。 3.3. 湿胀干缩性湿胀干缩性 木材具有显著的湿胀干缩性。木材含水率在纤木材具有显著的湿胀干缩性。木材含水率在纤 维饱和点以下时吸湿具有明显的膨胀变形现象，解维饱和点以下时吸湿具有明显的膨胀变形现象，解 吸时具有明显的收缩变形现象。吸时具有明显的收缩变形现象。 木材具有各向异性，

11、各个方向的干缩率不同。木材具有各向异性，各个方向的干缩率不同。 木材弦向干缩率最大。木材在干燥的过程中会产生木材弦向干缩率最大。木材在干燥的过程中会产生 变形、翘曲和开裂等现象，木材的干缩湿胀变形还变形、翘曲和开裂等现象，木材的干缩湿胀变形还 随树种不同而异。随树种不同而异。 4.4. 强度强度 工程上常利用木材以下几种强度：抗压、抗拉、工程上常利用木材以下几种强度：抗压、抗拉、 抗弯和抗剪。由于木材是一种非均质材料，具有各抗弯和抗剪。由于木材是一种非均质材料，具有各 向异性，使木材的强度有很强的方向性。木材在长向异性，使木材的强度有很强的方向性。木材在长 期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，

12、称为持久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 为极限强度的为极限强度的50506060。 木材强度的影响因素主要有含水率、环境温度、木材强度的影响因素主要有含水率、环境温度、 负荷时间、表观密度、疵病等。负荷时间、表观密度、疵病等。 观察与讨论观察与讨论 8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能 木材的干缩变形木材的干缩变形 观察湿木材不同位置的干缩变形情况，讨论产生干观察湿木材不同位置的干缩变形情况，讨论产生干 缩变形的原因。木材为非匀质构造，边材干缩大于心材。缩变形的原因。木材为非匀质构造

13、，边材干缩大于心材。 工程实实例分析 现象现象 原因分析原因分析 8.2.1 8.2.1 木材的性能木材的性能 木地板拼缝不严木地板拼缝不严 某住宅某住宅4 4月份雨季时铺地板，完工后尚满意。月份雨季时铺地板，完工后尚满意。 但半年后发现部分木地板拼缝不严。但半年后发现部分木地板拼缝不严。 原因分析原因分析 木地板拼缝不严木地板拼缝不严 雨季时木板的含水率较高，至秋季木板干缩，雨季时木板的含水率较高，至秋季木板干缩， 而其干缩程度随方向有明显差别，故会出现部分木而其干缩程度随方向有明显差别，故会出现部分木 板拼缝不严。此外，若芯材向下，裂缝就更为明显。板拼缝不严。此外，若芯材向下，裂缝就更为明

14、显。 基础知识基础知识 8.2.2 8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用 木材，按供应形式可分为原条、原木、板材和方材。木材，按供应形式可分为原条、原木、板材和方材。 原条是指已经除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定原条是指已经除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定 尺寸加工成规定木料。原木是原条按一定尺寸加工而成尺寸加工成规定木料。原木是原条按一定尺寸加工而成 的规定直径和长度的木料，可直接在建筑中作木桩、格的规定直径和长度的木料，可直接在建筑中作木桩、格 栅、楼梯和木柱等。板材和方材是原木经锯解加工而成栅、楼梯和木柱等。板材和方材是原木经锯解加工而成 的木材，宽度为厚度的的木材，

15、宽度为厚度的3 3倍和倍和3 3倍以上的为板材，宽度不倍以上的为板材，宽度不 足厚度的足厚度的3 3倍者为枋材。倍者为枋材。 1.1. 胶合板胶合板 2.2. 胶合木胶合木 3.3. 刨花板刨花板 4.4. 木屑板、木丝板、水泥木屑板木屑板、木丝板、水泥木屑板 1.1. 胶合板胶合板 胶合板是将一组单板按相邻层木纹方向互相胶合板是将一组单板按相邻层木纹方向互相 垂直组坯胶合而成的板材。垂直组坯胶合而成的板材。 2.2. 胶合木胶合木 用较厚的零碎木板胶合成大型木构件，称为胶用较厚的零碎木板胶合成大型木构件，称为胶 合木。胶合木可以使小材大用，短材长用，并可使合木。胶合木可以使小材大用，短材长用

16、，并可使 优劣不等的木材放在要求不同的部位，也可克服木优劣不等的木材放在要求不同的部位，也可克服木 材缺陷的影响。可用于承重结构。材缺陷的影响。可用于承重结构。 3.3. 刨花板刨花板 刨花板是利用施加或未施加胶料的木质刨花刨花板是利用施加或未施加胶料的木质刨花 或木质纤维材料（如木片、锯屑和亚麻等）压制或木质纤维材料（如木片、锯屑和亚麻等）压制 的板材。的板材。 4.4. 木屑板、木丝板、水泥木屑板木屑板、木丝板、水泥木屑板 利用木材加工的木屑、木丝、刨花拌以粘结剂利用木材加工的木屑、木丝、刨花拌以粘结剂 压制而成。用于保温绝热和吸音。压制而成。用于保温绝热和吸音。 观察与讨论观察与讨论 讨

17、论讨论 8.2.2 8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用 胶合板构造与木材性能胶合板构造与木材性能 请观察胶合板的构造。讨论此对改善木材的性请观察胶合板的构造。讨论此对改善木材的性 能有何好处。能有何好处。 讨论讨论 胶合板构造与木材性能胶合板构造与木材性能 胶合板是由一组单板按相邻层木纹方向互相胶合板是由一组单板按相邻层木纹方向互相 垂直组坯经垫压胶合而成的板材。它有如下特点：垂直组坯经垫压胶合而成的板材。它有如下特点： 消除木材各向异性的缺点，避免板的翘曲，材质消除木材各向异性的缺点，避免板的翘曲，材质 更均匀，强度更高。可将优质木材和劣质木材内更均匀，强度更高。可将优质木材和

18、劣质木材内 外搭配使用，利用纹理美观的优质材作面板，普外搭配使用，利用纹理美观的优质材作面板，普 通材作芯板，增加装饰木材的出产率。能使外层通材作芯板，增加装饰木材的出产率。能使外层 板避免木节和裂缝等缺陷。用小直径的原木可制板避免木节和裂缝等缺陷。用小直径的原木可制 成宽幅的板。胶合板可用作搁板、地板、天花板、成宽幅的板。胶合板可用作搁板、地板、天花板、 护壁板、家具等，耐水胶合板可用作混凝土的模护壁板、家具等，耐水胶合板可用作混凝土的模 板。板。 工程实实例分析 8.2.2 8.2.2 木材及其制品的应用木材及其制品的应用 对胶合板等装饰材料含超标有害物质的思考对胶合板等装饰材料含超标有害

19、物质的思考 室内装饰装修材料有害物质限量室内装饰装修材料有害物质限量1010项强制性项强制性 国家标准已于国家标准已于20022002年正式实施。规定从年正式实施。规定从20022002年年7 7月月 起市场上禁止出售不符合标准限量要求的产品。这起市场上禁止出售不符合标准限量要求的产品。这 1010项标准涉及了人造板、内墙涂料、溶剂型木器涂项标准涉及了人造板、内墙涂料、溶剂型木器涂 料、胶粘剂、聚氯乙烯卷材地板等多种建筑材料。料、胶粘剂、聚氯乙烯卷材地板等多种建筑材料。 然而有关的检测人员于然而有关的检测人员于20022002年下半年进行检查，年下半年进行检查， 发现问题仍相当严重。浙江省林产

20、品质量检测站检发现问题仍相当严重。浙江省林产品质量检测站检 测人员在一次专项检查中发现，还有测人员在一次专项检查中发现，还有4040的人造板的人造板 甲醛超标。甲醛超标。 基础知识基础知识 8.3 8.3 木材的防护与防火木材的防护与防火 8.3.1 8.3.1 木材的腐朽与防腐木材的腐朽与防腐 8.3.2 8.3.2 木材的防虫木材的防虫 8.3.3 8.3.3 木材的防火木材的防火 8.3.1 8.3.1 木材的腐朽与防腐木材的腐朽与防腐 1.1. 木材的腐朽木材的腐朽 木材的腐朽是真菌在木材中寄生引起的。真菌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，必须同时具备四个条

21、件：在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个条件： 适宜的温度；适宜的温度；木材含水率适当；木材含水率适当；有足够的空气；有足够的空气； 适当的养料。适当的养料。 2.2. 木材的防腐木材的防腐 根据木材产生腐朽的原因，木材防腐有两种根据木材产生腐朽的原因，木材防腐有两种 方法：一种是创造条件，控制温度、含水率和隔方法：一种是创造条件，控制温度、含水率和隔 绝空气，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；另一绝空气，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；另一 种方法是在木材中加入一些物质，使其不能作真种方法是在木材中加入一些物质，使其不能作真 菌的养料。菌的养料。 8.3.2 8.3.2 木材的防虫木材的防虫 木材

22、除受真菌侵蚀而腐朽外，还会遭受昆虫的蛀木材除受真菌侵蚀而腐朽外，还会遭受昆虫的蛀 蚀。常见的蛀虫有白蚁、天牛等。蚀。常见的蛀虫有白蚁、天牛等。 木材虫蛀的防护方法，主要是采用化学药剂处理。木材虫蛀的防护方法，主要是采用化学药剂处理。 木材防腐剂也能防止昆虫的危害。木材防腐剂也能防止昆虫的危害。 8.3.3 8.3.3 木材的防火木材的防火 一般木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过一般木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过 程中，析出可燃气体，随着温度不同，析出的可燃程中，析出可燃气体，随着温度不同，析出的可燃 气浓度也不同，此时若遇火源，析出的可燃气也会气浓度也不同，此时若遇火源，析出的可燃气也

23、会 出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高， 也会发生自燃现象。对木材及其制品的防火保护有也会发生自燃现象。对木材及其制品的防火保护有 浸渍、添加阻燃剂和覆盖三种方法。浸渍、添加阻燃剂和覆盖三种方法。 观观察与讨论与讨论 讨论讨论 8.3 8.3 木材的防护与防火木材的防护与防火 木材的腐朽木材的腐朽 下图是水中木桩腐朽最严重的一段，它发生在水下图是水中木桩腐朽最严重的一段，它发生在水 面上与水交界的部位。请分析原因。面上与水交界的部位。请分析原因。 被腐蚀蚀的木桩桩 讨论讨论 木材的腐朽是真菌在木材中寄生引起的。真菌是一种低等木材的腐朽是真

24、菌在木材中寄生引起的。真菌是一种低等 植物，可分为破坏性真菌和非破坏性真菌。非破坏性真菌主要植物，可分为破坏性真菌和非破坏性真菌。非破坏性真菌主要 以边材细胞中的淀粉、糖类为食，细胞壁并不会被削弱。破坏以边材细胞中的淀粉、糖类为食，细胞壁并不会被削弱。破坏 性真菌分解细胞壁的成分作为养分，造成木材的腐朽败坏。性真菌分解细胞壁的成分作为养分，造成木材的腐朽败坏。 真菌在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个条件：真菌在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个条件： 适适 宜的温度；宜的温度；木材含水率适当；木材含水率适当；有足够的空气；有足够的空气；适当的养适当的养 料。真菌生长最适宜含水率在木材纤维饱和

25、点左右。木材远离料。真菌生长最适宜含水率在木材纤维饱和点左右。木材远离 水面部分的含水率低于水面部分的含水率低于2020，真菌难于生长；在水下，含水率，真菌难于生长；在水下，含水率 过大，空气难于流通，真菌得不到足够的氧或排不出废气，也过大，空气难于流通，真菌得不到足够的氧或排不出废气，也 难于生长。只有在水面上部位的木材的含水率适合真菌的生长，难于生长。只有在水面上部位的木材的含水率适合真菌的生长， 造成木材的腐朽。造成木材的腐朽。 木材的腐朽木材的腐朽 工程实实例分析 现象现象 原因分析原因分析 8.3 8.3 木材的防护与防火木材的防护与防火 木地板腐蚀原因分析木地板腐蚀原因分析 某邮电

26、调度楼设备用房于某邮电调度楼设备用房于7 7楼现浇钢筋混凝土楼楼现浇钢筋混凝土楼 板上，铺炉渣混凝土板上，铺炉渣混凝土50 mm50 mm，再铺木地板。完工后设，再铺木地板。完工后设 备未及时进场，门窗关闭了备未及时进场，门窗关闭了1 1年，当设备进场时，发年，当设备进场时，发 现木板大部分腐蚀，人踩即断裂。现木板大部分腐蚀，人踩即断裂。 木地板腐蚀原因分析木地板腐蚀原因分析 炉渣混凝土中的水分封闭于木地板内部，慢炉渣混凝土中的水分封闭于木地板内部，慢 慢浸透到未做防腐、防潮处理的木格栅和木地板慢浸透到未做防腐、防潮处理的木格栅和木地板 中，门窗关闭使木材含水率较高，此环境条件正中，门窗关闭使

27、木材含水率较高，此环境条件正 好适合真菌的生长，导致木材腐蚀。好适合真菌的生长，导致木材腐蚀。 原因分析原因分析 创新能力培养创新能力培养 创造性思维点拨创造性思维点拨 木材的改性木材的改性 木材具有许多的优点，但同时也存在许多缺点。木材具有许多的优点，但同时也存在许多缺点。 因而，在木材的应用中，应对木材进行改性。请结因而，在木材的应用中，应对木材进行改性。请结 合所学的知识进行思考。合所学的知识进行思考。 创造性思维点拨创造性思维点拨 拓宽思维空间，从材料的结构、种类、用途等，对拓宽思维空间，从材料的结构、种类、用途等，对 木材进行改性。如木材具有明显的各向异性及缺陷，其使木材进行改性。如

28、木材具有明显的各向异性及缺陷，其使 用因此受到诸多限制。因此，将木材制成单板后再通过胶用因此受到诸多限制。因此，将木材制成单板后再通过胶 粘剂粘结成胶合板，即可克服木材的这一问题。而目前制粘剂粘结成胶合板，即可克服木材的这一问题。而目前制 成的胶合板所采用的胶粘剂普遍采用脲醛和酚醛等。它们成的胶合板所采用的胶粘剂普遍采用脲醛和酚醛等。它们 在使用的过程都会或多或少地释放出甲醛。这是一种已被在使用的过程都会或多或少地释放出甲醛。这是一种已被 公认的致癌物质。是否可以用不释放甲醛的粘结剂，如无公认的致癌物质。是否可以用不释放甲醛的粘结剂，如无 机胶粘剂用于木材的改性？机胶粘剂用于木材的改性？ 类比

29、思维：通过其他材料的改性思路，移植到木材类比思维：通过其他材料的改性思路，移植到木材 的改性。的改性。 橡胶的改性常采用掺入炭黑和白炭黑来改善其强度等橡胶的改性常采用掺入炭黑和白炭黑来改善其强度等 性能。木材的耐磨性较差，将木材表面涂刷或者浸渍某些性能。木材的耐磨性较差，将木材表面涂刷或者浸渍某些 耐磨性好的材料以提高木材的耐磨性，你认为是否可行？耐磨性好的材料以提高木材的耐磨性，你认为是否可行？ 木材的改性木材的改性 常见问题见问题及解答 8-1 8-1 为何木材多用来做承受顺压和抗弯构件，而不为何木材多用来做承受顺压和抗弯构件，而不 宜做受拉构件？宜做受拉构件？ 8-2 8-2 为什么在使用木材之前，必须使木材的含水率为什么在使用木材之前，必须使木材的含水率 接近使用环境下的平衡含水率？接近使用环境下的平衡含水率？ 8-3 8-3 干木材吸收水份后强度会降低，但当含水率大干木材吸收水份后强度会降低，但当含水率大 于一定数值，如