土木工程材料 第9章 木材

第九章木材9.1概述9.1.1木材作为建筑材料

•木材应用于建筑，历史悠久。

–天坛祈年殿

–山西佛光寺东大殿

•过去木材是重要的结构用材，而现在则主要用于室内装饰与装修。

•我国应努力节约木材，提高木材综合利用率。9.1概述9.1.2木材的特点优点●轻质高强●能承受冲击和振动作用●隔热、保温性能好●极富装饰性●易于加工缺点●构造不均匀，呈各向异性●易变形、开裂●湿胀干缩大●不耐火●易腐蚀、虫蛀9.2木材的分类与构造9.2.1木材的分类（按树种分类）种类主要特点举例针叶树（软木材）多为常绿树，树干通直高大，纹理顺直；强度较高，湿胀干缩较小，耐腐蚀性较强；木质较软易于加工。马尾松、铁杉阔叶树（硬木材）多为落叶树，树干通直部分较短；强度高，变形大，易开裂；材质坚硬，加工较困难。白桦、柏木9.2木材的分类与构造9.2.1木材的分类（按树种分类）马尾松白桦★注：由于性能特点的差异，软木材是建筑工程中的主要用材；而硬木材更适用于制作家具或作室内装修。9.2木材的分类与构造9.2.2木材的构造树木由树皮、木质部和髓心所构成。树木的木质部是建筑用木材的主要部分。木材的横切面上可以观察到：年轮、髓心和髓线等。★注：髓线是木材中较薄弱的部位，干燥时常沿髓线发生裂纹。弦切面和径切面上可观察到：各种不同的木纹。一般树木每年生长一圈，同一年轮内有颜色深浅两部分，春季生长的部分颜色较浅，夏秋生长的部分颜色较深。年轮分布细密均匀的木材材质好，强度高。心材较边材颜色深，但前者比后者的利用价值高，但两者性质差别不大。9.3木材的主要性质9.3.1木材的物理性质

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密度和表观密度木材的密度约为1.48～1.56g/cm3，各树种之间相差不大，常取1.55g/cm3。在气干状态下，木材的表观密度一般都小于1.00g/cm3。木材的表观密度越大，其强度越高，湿胀干缩性也越大。★注：木材的表观密度随其含水量不同而不同，通常以含水率为15%（标准含水率）时的表观密度为准。9.3木材的主要性质9.3.1木材的物理性质

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含水量木材的含水量用含水率表示，指木材所含水的质量占木材干燥质量的百分率。木材中水分的存在状态：自由水；吸附水；化合水木材的纤维饱和点（含水率）：当木材细胞壁中的吸附水达到饱和，而细胞腔和细胞间隙中无自由水时的木材含水率。★注：木材的纤维饱和点因树种不同而异，一般介于25%～35%之间，通常取30%。当木材的含水率在纤维饱和点以上变化时，只会引起木材质量的变化，对强度和胀缩无影响；反之则影响强度和胀缩。9.3木材的主要性质9.3.1木材的物理性质

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含水量木材的含水率随周围环境的温、湿度改变而变化。潮湿的木材在较干燥的空气中会失去部分水分；干燥的木材置于潮湿环境中则会吸收水分。木材的平衡含水率：当木材长期处于一定温、湿度的空气中，则水分的散失和吸收与周围的大气环境处于相对平衡状态时的含水率。★注：为了避免木材在使用过程中因含水率变化太大而引起变形或开裂，木材使用前须干燥至使用环境常年平均的平衡含水率。木材的平衡含水率随其所在地区不同而异，我国北方地区约为12%，南方地区约为18%，长江流域约为15%。9.3木材的主要性质9.3.1木材的物理性质

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含水量★注：一般地，新伐木材的含水率常在35%以上；风干木材的含水率为15%～25%；室内干燥的木材含水率常为8%～15%。

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湿胀与干缩木材具有显著的湿胀干缩性能。成因：木材细胞壁中吸附水的变化，导致纤维之间距离发生变化。木材由于构造不均匀，各个方向的胀缩并不相同。★注：同一木材，胀缩沿弦向最大；径向次之；纵向最小。弦向胀缩最大，主要是受髓线的影响，其次是边材的含水率高于心材，故弦向较容易产生翘曲变形。木材干燥或受潮时，由于各向的胀缩不同，因而有可能产生变形、翘曲，甚至开裂等现象，这对实际应用是非常不利的。9.3木材的主要性质9.3.2木材的力学性质

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木材力学性质的主要特征由于木材构造上的不匀质性，木材的力学性质也具有明显的方向性。木材的受力方向可分为：顺纹方向；横纹方向（有弦向和径向之分）木材的受力状态分为：抗拉；抗压；抗弯；抗剪★注：木材的表观密度越大，晚材的比例越高，则强度越高。9.3木材的主要性质9.3.2木材的力学性质

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各种强度指标强度指标（分类）应用实例大小比较抗压强度顺纹抗压木桩、木柱、木屋架受压杆1横纹抗压铁路枕木、垫板1/10～1/3抗拉强度顺纹抗拉木屋架下弦杆2～3抗剪强度顺纹剪切－1/7～1/3横纹切断木钉、木销、木榫头等1/2～1抗弯强度顺纹弯曲木梁3/2～2★注：表中强度大小比较栏以顺纹抗压强度为1（一般为30～

110MPa），其它强度指标与之比较的结果。9.3木材的主要性质9.3.2木材的力学性质

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影响因素

含水率－木材含水量对强度影响极大。在纤维饱和点以下时，水分减少，则木材各种强度指标均增加，其中抗弯和顺纹抗压强度提高较明显，对顺纹抗拉强度影响最小。在纤维饱和点以上，强度基本为一恒定值。9.3木材的主要性质9.3.2木材的力学性质

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影响因素环境温度－温度对木材强度有直接影响。试验表明，温度从25℃升至50℃时，使木材抗压强度降低20%～40%。外力作用时间－由于木材受力后将产生塑性流变，使木材强度随荷载时间的增长而降低，木材的持久强度仅为极限强度的50%～60%。缺陷－木材在生长、采伐、加工和使用过程中会产生一些缺陷，如木节、裂纹和虫蛀等，这些缺陷影响了材质的均匀性，破坏了木材的构造，从而使木材的强度降低，其中对抗拉和抗弯强度影响最大。

荷载持续时间持久强度木材强度9.4木材的综合利用9.4.1木材的品种与规格品种分类规格说明主要用途原条

指除去树皮、树根、树梢和枝桠，但尚未加工成规定尺寸规格的木料。

建筑工程的脚手架、支撑、木桩等。原木

指除去树皮、树根、树梢和枝桠，并按要求锯切和分类的圆木段。

用于建筑工程、桩木、电杆等。枋材

指已经加工锯解，且宽度小于3倍厚度的木料。

门窗、扶手、家具等。板材

指已经加工锯解，且宽度大于3倍厚度的木料。

建筑工程、桥梁、家具、造船等。枕木

指按枕木断面和长度加工而成的成材。

铁道工程等。原条原木枋材板材9.4木材的综合利用9.4.2人造板材木材加工成制品、型材和构件时，会留下大量的碎块、废屑等，将这些下脚料进行适当加工处理，即可制成各种人造板材。人造板材可做到充分利用碎材废料，提高木材的利用率，因而是木材综合利用的重要途径之一。常用的人造板材有胶合板、纤维板、刨花板、木屑板和木丝板。我国森林资源短缺，而木材的需求量却很大，供应矛盾突出。因此充分利用碎材边料合理开发、使用代用品，生产各种人造板材是节约木材的重要途径。9.4木材的综合利用9.4.2人造板材

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胶合板利用原木旋切成薄片，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。胶合板的层数一般为3～13层，最高可达15层。建筑中常用的是三层板和五层板。主要特点：材质均匀，不翘不裂、尤其具有美丽的木纹，自然、真实，装饰效果好。9.4木材的综合利用9.4.2人造板材

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纤维板纤维板是将板皮、木块、树皮或刨花等经破碎、浸泡、研磨成木浆，加入一定的胶料，再经成型、热压、干燥等工序制成的人造板。硬质纤维板可用于室内墙壁、地板、门窗、家具及车船装修等。软质纤维板结构疏松，具有保温、吸声等特性，常用作隔热、吸声材料。9.4木材的综合利用9.4.2人造板材

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刨花板、木丝板、木屑板刨花板、木丝板、木屑板是利用木材加工中产生的大量刨花、木丝、木屑为原料，经干燥，与胶结料拌和，热压而成的板材。所用胶结料有动植物胶、合成树脂胶、无机胶凝材料等。这类板材表观密度小、强度较低，主要用作绝热和吸声材料。经饰面处理后，还可用作吊顶板材、隔断板材等。刨花板木丝板木屑板9.5木材的防护

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干燥处理木材在加工和使用之前须进行干燥处理，可提高其强度、并防止收缩、开裂和变形，减轻自重以及防腐防虫，从而改善木材的使用性能和延长寿命。木材的干燥方法：自然干燥；人工干燥

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防腐防虫木材的腐朽是由真菌在木材中寄生而引起的。侵蚀木材的真菌有三种，即霉菌、变色菌和木腐菌。霉菌对木材强度几乎无影响；9.5木材的防护•

防腐防虫变色菌对木材力学性质影响不大，但损害木材外观质量；木腐菌初期使木材仅颜色改变；以后真菌逐渐深入内部，木材强度开始下降；至腐朽后期丧失强度。因各种昆虫（白蚁、天牛、蠹虫等）危害而造成的木材缺陷称为木材虫害。木材中被昆虫蛀蚀的孔道称为虫眼或虫孔。虫眼对材质的影响与其大小、深度和密集程度有关。深的大虫眼或深而密集的小虫眼能破坏木材的完整性，降低其力学性质，也成为真菌侵入木材内部的通道。9.5木材的防护•

防腐防虫措施真菌在木材中生存必须同时具备以下三个条件：水分、氧气、温度和养料。可从破坏菌虫生存条件着手，进行防腐防虫处理，延长木材的使用年限。防治措施：干燥；涂层覆盖（隔绝空气）；化学处理

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防火防火措施用防火浸剂对木材进行浸渍处理；将防火涂料刷或喷洒于木材表面构成防火保护层。9.6木材的相关知识

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人造板材的甲醛释放量控制问题在我国普遍采用酚醛树脂和脲醛树脂作为人造板材的胶粘剂，二者皆以甲醛为主要原料，使用时会散发有害、有毒气体（游离甲醛），影响环境质量。为控制民用建筑工程使用人造木板材及饰面人造木板材的甲醛释放，必须测定其游离甲醛含量或释放量。《人造木制板材环境标准产品技术要求》规定：人造板材中甲醛释放量应小于0.20mg/m3，木制地板中甲醛释放量应小于0.12mg/m3。《民用建筑工程室内环境控制规范》(GB50325-2001)规定：人造木板及饰面人造板根据游离甲醛含量释放限量划分为E1类和E2类。E1类为可直接使用的人造板材，E2类为必须经饰面处理后方可用于室内的人造板材。9.6木材的相关知识

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胶合板选择注意事项1、木纹清晰，正面光洁平滑，不毛糙，平整无滞手感；2、无破损、碰伤、硬伤、疤节等瑕疵；3、无脱胶现象；4、有的胶合板是将两个不同纹路的单板贴在一起制成的，要注意拼缝处要严密，没有高低不平现象；5、手敲胶合板各部位时，声音发脆，则证明质量良好，若声音发闷，则表明已出现散胶现象；6、注意颜色统一，纹理一致，并且木材色泽与家具油漆的颜色相协调；7、选择环保型胶合板。9.6木材的相关知识