建筑材料9-木材

1、建筑建筑材料材料与与构造构造 建建 筑筑 材材 料料 9 Construction Materials9.1 木材的构造9.2 木材的物理、力学性质9.3 木材的防腐与防火9.木材优点： 纹理的装饰性好 木材轻质高强， 易于加工， 有较高的弹性和韧性，能承受冲击与振动作用 热容量大，导 电与导热性能低缺点： 各向异性,吸湿后物理力学性能改变大， 天然缺陷较多， 易吸湿，干缩湿胀，易腐朽、易燃及易受虫蛀应用： 衍架、梁，柱，门窗地 板，脚手架，混凝土模板及 室内墙面装饰等。1.1.木材按树叶形状分为针叶材和阔叶材。木材按树叶形状分为针叶材和阔叶材。 针叶树：针叶树：干通直高大，材质较软，易加工，

2、表观密度和胀缩变形均较小，强度较高，耐腐性较强，广泛用作承重构件和装修材料。 阔叶树：阔叶树：干通直部分较短，材质坚硬，不易加工，易开裂，木纹美丽，适用于室内装修和胶合板等。2.2.木材的组成和构造是决定木材性质的内在因素。木材的组成和构造是决定木材性质的内在因素。 木材的组成决定了木材的腐朽、虫害、燃烧等性质；纤维的纵向排列决定了木材的各向异性，木材的多孔性决定了其具有明显的吸湿性。木材的密度、表观密度: 平均密度约为1.55gcm3 常用木材的气干体积密度平均为500kgm3 确定木材体积密度时，含水率为15情况下进行。木材的导热系数: 木材的导热系数随其体积密度成正比增大，径向和弦向的导

3、热系数大致相同，纵向导热系数较横向大约高1倍。 木材的导热系数也随含水率的提高而增大，一般气干材，在室温(1530)下的导热系数在0.0880.180w(mK)的范围内。体积密度的大小与木材种类及含水率有关。9 9.1 .1 木材的构造木材的构造一、宏观构造：一、宏观构造： 三个切面三个切面 横切面：横切面：垂直主轴的切面垂直主轴的切面 径切面：径切面：通过髓心且平行通过髓心且平行 主轴的纵平面主轴的纵平面 弦切面：弦切面：不通过髓心而平不通过髓心而平 行主轴的纵平面行主轴的纵平面 从横切面观察树木：从横切面观察树木： 树皮树皮 髓心髓心 木质部木质部： 心材：颜色深心材：颜色深 髓线髓线 边

4、材：颜色浅边材：颜色浅髓心：髓心：是木材第一年生的，由质地最弱的细胞组成，位于树干的中 心，易腐蚀、易虫蚀。髓线：髓线：从髓心向外的辐射线，与周围木质结合较差，干燥时易开裂木质部是木质部是髓心和树皮之间的部份，髓心和树皮之间的部份，木材使用的主要部分木材使用的主要部分心材：心材：靠近髓心颜色较深的部分，含水量较少，不易翘曲变形。边材：边材：靠近横切面外部、颜色较浅的部分，含水量较多，易翘曲，抗 腐蚀性较心材差，但力学性能上与心材无显著差别。春材春材( (或早材或早材) )：是木材在春季和初夏生长的，细胞大壁薄，且组织 松软，色浅，强度低。夏材夏材( (或晚材或晚材) )：是木材在夏秋季生长的，

5、木材生长迟缓，细胞小 、 壁厚、组织紧密坚实，色深，强度高。年轮：年轮：在横切面上形成深浅相间的同心圆。树皮：树皮：起保护树木作用，建筑上用途不大。相同树种，夏材所占比例越多，木材强度越高；相同树种，夏材所占比例越多，木材强度越高；年轮密而均匀，材质好。年轮密而均匀，材质好。木材的细胞壁越厚，细胞腔越小，体积密度和强度越大，但胀缩变形也大。二、木材的微观构造： 木材由无数管状细胞紧密结合而成。 绝大部分纵向排列，少数横向排列（髓线）。 每一个细胞由细胞壁和细胞腔两部分构成。 细胞壁由细纤维组成，其纵向联结较横向牢固。 细纤维间具有极小的空隙，能吸附和渗透水分。 木材的细胞壁愈厚，腔愈小，木材愈

6、密实，表观密度和强度也越大 ，但其胀缩变形也越大。 与春材相比，夏材的细胞壁较厚，腔较小。 木材中的水分大部分为自由水和吸附水，而化合水很少。 木材干燥时首先是自由水跑掉，而后是吸附水跑掉。 木材受潮时，先是细胞壁吸水，细胞壁吸水达到饱和后，自由水 才开始吸入。 当木材含水量在纤维饱和点内变动时，木材的许多物理力学性能也随之改变，达到纤维饱和点后这些性质的改变也自行停止。1.1.木材的纤维饱和点：木材的纤维饱和点： 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。通常2535。三三. .木材中的水：木材中的水： 2 2. .木材的平衡含水率：木材的平衡含水率：

7、平衡含水率: :在一定温度和湿度环境中，木材中的含水量达到与周围环境湿度相平衡时含水率。 北方：北方：1212 南方：南方：1818 长江流域：长江流域：1515 达到相平衡时含水率的木材，性能相对比较稳定，因此平衡含水率是木材加工、使用时的控制点。以免使用时由于含水量变化而引起木材各性能的改变。 3 3. .标准含水率：标准含水率：15%15%4.4.吸湿性吸湿性干缩：干缩：木材含水量在纤维饱和点以内进行干燥时，则产生线 向与体积的缩小，即干缩。湿胀：湿胀：木材含水量在纤维饱和点以内受到潮湿时，则产生线 向与体积的增大，即湿胀。 木材含水率大于纤维饱和点时，表示木材的含水量除吸附水达到饱和外

8、，还有一定数量的自由水，此时木材如受到干燥或遇到潮湿，只是自由水在改变，它不影响木材的变形，因为自由水是在细胞腔和细胞间的孔隙中。 木材含水率在纤维饱和点以内时，则表明水分都吸附在细胞壁的纤维上，它的增加或减少才能引起体积的增大或缩小，即只有吸附水的改变才影响木材的变形。纤维饱和点是木材物理力学性能随含水率发生变化的转折点。由于木材为非匀质构造，故其胀缩变形各向不同，弦向径向纵向弦向弦向弦锯板弦锯板径向径向径锯板径锯板二、木材的力学性能 内部构造的各向异性内部构造的各向异性 强度各向异性强度各向异性 顺纹强度（力顺纹强度（力纵向纤维）纵向纤维） 横纹强度横纹强度 在横纹方向，弦向也不同于径向在

9、横纹方向，弦向也不同于径向 当斜纹受力时，强度随力与木纹交角的增大而降低。当斜纹受力时，强度随力与木纹交角的增大而降低。 实际上使用时多用木材的顺纹抗弯、抗压强度。 顺纹方向顺纹方向 f拉 f弯 f压 f剪1.木材的强度: 工程上常利用木材的以下几种强度：抗压、抗拉、抗弯和抗剪。由于木材是一种非均质材料，具有各向异性，使木材的强度有很强的方向性。木材各强度大小的比值关系见下表：木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为1)顺纹抗压顺纹抗压横纹抗压横纹抗压 顺纹抗拉顺纹抗拉 横纹抗拉横纹抗拉 抗弯抗弯 顺纹抗剪顺纹抗剪 横纹切断横纹切断 11/101/3 23 1/201/3 3/22 1/71/3

10、 1/21 顺纹抗剪 ： 剪力方向与木材纤维平行。 木材顺纹受剪时，绝大部分纤维本身并不破坏，只破坏了受剪面中纤维的联结。所以木材的顺纹抗剪强度很小，通常是顺纹抗压强度的l713。横纹抗剪： 为剪力方向与木纤维方向垂直，受剪面与纤维平行。横纹切断即是将木纤维横向切横纹切断即是将木纤维横向切断，因此木材横纹切断强度较断，因此木材横纹切断强度较高，约为顺纹抗剪强度的高，约为顺纹抗剪强度的4545倍。倍。 横纹切断：为剪力方向、受剪面均与木纤维垂直。 2.影响木材强度的主要因素（1）含水量的影响 木材的含水率在纤维饱和点以内变化时，含水量增加使细胞壁中的木纤维之间的联结力减弱、细胞壁软化，故强度降低

11、；当水分减少使细胞壁比较紧密，故强度增高。含水率的变化对各强度的影响是不一样的。对顺纹抗压强度和抗弯强度的影响较大，对顺纹抗拉强度和顺纹抗剪强度影响较小。测定木材强度时规定12%为标准含水率。（2）负荷时间的影响木材的长期承载能力远低于暂时承载能力。这是因为在长期承载情况下，木材会发生纤维等速蠕滑，累积后产生较大变形而降低了承载能力的结果。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5060。一切木结构都处于某一种负荷的长期作用下，因此在设计木结构时，应考虑负荷时间对木材强度的影响。（3）温度的影响 木材强度随环境温度升高会降低。

12、当温度由25升到50时，针叶树抗拉强度降低1015，抗压强度降低2024。当木材长期处于60100温度下时，会引起水分和所含挥发物的蒸发，而呈暗褐色，强度下降，变形增大。温度超过140时，木材中的纤维素发生热裂解，色渐变黑，强度明显下降。因此，长期处于高温的建筑物，不宜采用木结构。（4）疵病的影响 木材在生长、采伐及保存过程中，会产生内部和外部的缺陷，这些缺陷统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、腐朽及虫害等，这些疵病将影响木材的力学性质，但同一疵病对木材不同强度的影响不尽相同。3.木材的韧性 木材的韧性较好，因而木结构具有良好的抗震性。木材的任性受很多因素影响。如木材的密度愈大，冲击韧性愈

13、好；高温会使木材变脆，韧性降低。负温会使湿木材变脆，韧性降低；任何缺陷的存在都会严重降低木材的冲击韧性。4.木材的硬度和耐磨性 木材的硬度和耐磨性主要取决于细胞组织的紧密度。横截面较其他面高。木髓线发达的木材其弦切面较径切面高。 （五）影响木材强度的主要因素（五）影响木材强度的主要因素 ( () ) 含水率：含水率： 含水率对其强度的影响规律：含水率对其强度的影响规律： 当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大；反之，木纤维相互间的联结力减弱，细胞壁软化，则强度减小。 当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度不改变。含水率（）含水率（）含水

14、率对强度的影响含水率对强度的影响顺纹抗拉顺纹抗拉抗弯强度抗弯强度顺纹抗压顺纹抗压顺纹抗剪顺纹抗剪我国木材试验标准规我国木材试验标准规定，测定木材强度时，定，测定木材强度时，应以其应以其标准含水率标准含水率（即含水率为（即含水率为1515）时的强度测值为准，时的强度测值为准，对于其它含水率时的对于其它含水率时的强度值，应换算成标强度值，应换算成标准含水率时的强度值。准含水率时的强度值。强度极限（MPa）式中式中 1515: :含水率为含水率为1515时的木材强度时的木材强度(MPa(MPa）；）； W W 含水率为含水率为(%)(%)时的木材强度时的木材强度(MPa)(MPa)； 试验时的木材含

15、水率试验时的木材含水率 木材含水率校正系数。木材含水率校正系数。随作用力和树种不同而异随作用力和树种不同而异, ,如: 顺纹抗压所有树种均为 0.05； 顺纹抗拉时阔叶树为0.015， 针叶树为； 抗弯所有树种为0.04 顺纹抗剪所有树种为0.03。 持久强度：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。 一般为极限强度的5060。木材持久强度木材持久强度含水率含水率：35355050温度温度：25253030，空气空气真菌腐蚀条件9.3 9.3 木材的防腐与防火木材的防腐与防火 木材的腐朽主要是由腐朽茵引起的，霉菌及变色菌不破坏细胞壁，只影响外观外，对强度没什么影响。木材防腐的基本方法： （1）破坏真菌生存的条件 将木材保持在很高的含水率，木材由于缺乏空气而破坏了真菌生存所需的条件，从而达到防腐的目的。如 或者将木材进行干燥，使其含水率降至 20以下（即）。在储存和使用木材时要注意通风和排湿。对木材构件表面应刷