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1、第九章 木材,第九章 木 材,教學(xué)目的與要求： 了解木材在建筑上的應(yīng)用； 了解木材構(gòu)造的基本知識(shí)； 掌握木材的物質(zhì)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，木材的構(gòu)造和含水量對(duì)性質(zhì)的影響； 掌握木材分等的方法； 掌握木材防腐的方法及木材的綜合利用； 難點(diǎn)與重點(diǎn)： 木材的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)及木材的綜合利用；,概 述,本章簡(jiǎn)要介紹了木材的分類及木材的宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造。詳細(xì)地論述了木材的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。應(yīng)深刻領(lǐng)會(huì)木材的各向異性、濕脹干縮性、含水率對(duì)木材性質(zhì)的影響，影響木材強(qiáng)度大小的因素等。此外，還應(yīng)了解木材在建筑工程中的主要用途及木材的綜合利用途徑，木材的腐朽原理及防腐途徑。 木材是用途十分廣泛的建筑材料，在建筑工程中

2、：門窗、屋架、梁、柱、模板、隔墻、腳手架等，都使用木材。 在現(xiàn)代建筑中，木材主要用于室內(nèi)裝飾和裝修等。,本 章 內(nèi) 容,9.1 木材的構(gòu)造 9.2 木材的主要性質(zhì) 9.3 木材在建筑工程中的應(yīng)用 9.4 木材的等級(jí)和綜合應(yīng)用與木材防腐防火,9.1 木材的分類及構(gòu)造,木材是由樹(shù)木加工而成的，樹(shù)木分為針葉樹(shù)和闊葉樹(shù)兩大類，見(jiàn)表9.1。建筑中應(yīng)用最多的是針葉樹(shù)。 木材的構(gòu)造是決定木材性質(zhì)的主要因素。一般對(duì)木材的研究可以從宏觀和微觀兩方面進(jìn)行。,用肉眼或低倍放大鏡所看到的木材組織稱為宏觀構(gòu)造。為便于了解木材的構(gòu)造，將樹(shù)木切成3個(gè)不同的切面，如圖9.1所示。 橫切面垂直于樹(shù)軸的切面； 徑切面通過(guò)樹(shù)軸的切

3、面； 弦切面和樹(shù)軸平行與年輪相切的切面。 在宏觀下，樹(shù)木可分為樹(shù)皮、木質(zhì)部和髓心三個(gè)部分。而木材主要使用木質(zhì)部。,9.1.1 宏觀構(gòu)造,圖9.1 樹(shù)干的3個(gè)切面,1樹(shù)皮；2木質(zhì)部；3年輪；4髓線；5髓心,(1)邊材、心材 在木質(zhì)部中，靠近髓心的部分顏色較深，稱為心材。心材含水量較少，不易翹曲變形，抗蝕性較強(qiáng)；外面部分顏色較淺，稱為邊材。邊材含水量高，易干燥，也易被濕潤(rùn)，所以容易翹曲變形，抗蝕性也不如心材,9.1.1.1 木質(zhì)部的構(gòu)造特征,(2)年輪、春材、夏材 橫切面上可以看到深淺相間的同心圓，稱為年輪。年輪中淺色部分是樹(shù)木在春季生長(zhǎng)的，由于生長(zhǎng)快，細(xì)胞大而排列疏松，細(xì)胞壁較薄，顏色較淺，稱為

4、春材(早材)；深色部分是樹(shù)木在夏季生長(zhǎng)的，由于生長(zhǎng)遲緩，細(xì)胞小，細(xì)胞壁較厚，組織緊密堅(jiān)實(shí)，顏色較深，稱為夏材(晚材)。每一年輪內(nèi)就是樹(shù)木一年的生長(zhǎng)部分。年輪中夏材所占的比例越大，木材的強(qiáng)度越高。,第一年輪組成的初生木質(zhì)部分稱為髓心(樹(shù)心)。從髓心成放射狀橫穿過(guò)年輪的條紋，稱為髓線。 髓心材質(zhì)松軟，強(qiáng)度低，易腐朽開(kāi)裂。髓線與周圍細(xì)胞聯(lián)結(jié)軟弱，在干燥過(guò)程中，木材易沿髓線開(kāi)裂。,9.1.1.2 髓心、髓線,在顯微鏡下所看到的木材組織，稱為木材的微觀構(gòu)造(見(jiàn)圖9.2和圖9.3)。 在顯微鏡下，可以看到木材是由無(wú)數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成。細(xì)胞橫斷面呈四角略圓的正方形。每個(gè)細(xì)胞分為細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩個(gè)部分，細(xì)

5、胞壁由若干層纖維組成。細(xì)胞之間縱向聯(lián)結(jié)比橫向聯(lián)結(jié)牢固，造成細(xì)胞縱向強(qiáng)度高，橫向強(qiáng)度低。細(xì)胞之間有極小的空隙，能吸附水和滲透水分。,9.1.2 微觀構(gòu)造,圖9.2 顯微鏡下松木的橫切片示意圖,1細(xì)胞壁；2細(xì)胞腔；3樹(shù)脂流出孔；4木髓線,圖9.3 細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu),1細(xì)胞腔；2初生層；3細(xì)胞間層,9.2 木材的主要性質(zhì),(1)木材中的水分 自由水：存在于木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分 吸附水：吸附在細(xì)胞壁內(nèi)細(xì)纖維之間的水分 結(jié)合水：形成細(xì)胞化學(xué)成分的化合水,9.2.1 木材的物理性質(zhì),9.2.1.1 木材的含水率,(2)木材的纖維飽和點(diǎn) 木材受潮時(shí)，首先形成吸附水，吸附水飽和后，多余的水成為自由水；木材

6、干燥時(shí)，首先失去自由水，然后才失去吸附水。 當(dāng)吸附水處于飽和狀態(tài)而無(wú)自由水存在時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的含水率稱為木材的纖維飽和點(diǎn)。 纖維飽和點(diǎn)隨樹(shù)種而異，一般25%35%，平均為30%。木材的纖維飽和點(diǎn)是木材物理、力學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。,(3)木材的平衡含水率 木材的含水率是隨著環(huán)境溫度和濕度的變化而改變的。當(dāng)木材長(zhǎng)期處于一定溫度和濕度下，其含水率趨于一個(gè)定值，表明木材表面的蒸氣壓與周圍空氣的壓力達(dá)到平衡，此時(shí)的含水率稱為平衡含水率。 它與周圍空氣的溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系如圖9.4所示。根據(jù)周圍空氣的溫度和相對(duì)濕度可求出木材的平衡含水率。,圖9.4 木材的平衡含水率,木材細(xì)胞壁內(nèi)吸附水的變化而引起木材的變形，

7、即濕脹干縮。圖9.5是木材含水率與脹縮變形的關(guān)系。 由于木材構(gòu)造的不均勻性，在不同的方向干縮值不同。順紋方向(纖維方向)干縮值最小，平均為0.1%0.35%；徑向較大，平均為3%6%；弦向最大，平均為6%12%。 一般來(lái)講，表觀密度大、夏材含量多的木材，濕脹變形較大。,9.2.1.2 濕脹干縮,圖9.5 木材含水率與脹縮變形的關(guān)系,1、密度不同樹(shù)種的密度相差不大，平均約為1.55g/cm3。 2、表觀密度 木材表觀密度的大小隨木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的變化而不同。因此確定木材的表觀密度時(shí)，應(yīng)在含水率為標(biāo)準(zhǔn)含水率情況下進(jìn)行。,9.2.1.3 木材的密度,9.2.2.1 木材的強(qiáng)度,按

8、受力狀態(tài)，木材的強(qiáng)度分為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪四種強(qiáng)度。 木材的強(qiáng)度檢驗(yàn)是采用無(wú)疵病的木材制成標(biāo)準(zhǔn)試件，按木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法(GB 1927194391)進(jìn)行測(cè)定。 木材受剪切作用時(shí)，由于作用力對(duì)于木材纖維方向的不同，可分為順紋剪切、橫紋剪切和橫紋切斷三種，如圖9.6所示。,9.2.2 木材的力學(xué)性質(zhì),當(dāng)以木材的順紋抗壓強(qiáng)度為1時(shí)，木材理論上各強(qiáng)度大小關(guān)系見(jiàn)表9.2。,圖9.6 木材的剪切,(a)順紋剪切；(b)橫紋剪切；(c)橫紋切斷,表9.2 木材各種強(qiáng)度間的關(guān)系,(1)含水率 當(dāng)含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí)，僅僅是自由水的增減，對(duì)木材強(qiáng)度沒(méi)有影響；當(dāng)含水率在纖維飽和點(diǎn)以下變化時(shí)，隨含水

9、率的降低，細(xì)胞壁趨于緊密，木材強(qiáng)度增加。如圖9.7所示。 我國(guó)木材試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以標(biāo)準(zhǔn)含水率(即含水率15%)時(shí)的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值，其他含水率時(shí)的強(qiáng)度，可按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率時(shí)的強(qiáng)度。,9.2.2.2 影響木材強(qiáng)度的因素,(2)負(fù)荷時(shí)間的影響 木材在長(zhǎng)期荷載作用下，只有當(dāng)其應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限的某一范圍時(shí)，才可避免木材因長(zhǎng)期負(fù)荷而破壞。 木材在長(zhǎng)期荷載作用下不致引起破壞的最大強(qiáng)度，稱為持久強(qiáng)度。木材的持久強(qiáng)度比其極限強(qiáng)度小得多，一般為極限強(qiáng)度的50%60%，如圖9.8所示。,(3)環(huán)境溫度 溫度對(duì)木材強(qiáng)度有直接影響。當(dāng)溫度由25升至50時(shí)，將因木纖維和其間的膠體軟化等原因，使木材抗壓強(qiáng)度降低20%

10、24%，抗拉和抗剪強(qiáng)度降低10%15%；當(dāng)溫度在100以上時(shí)，木材中部分組織會(huì)分解、揮發(fā)，木材變黑，強(qiáng)度明顯下降。因此，長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境下的建筑物不宜采用木結(jié)構(gòu)。,(4)木材的缺陷 節(jié)子 節(jié)子能提高橫紋抗壓和順紋抗剪強(qiáng)度。 木材受腐朽菌侵蝕后，不僅顏色改變，結(jié)構(gòu)也變得松軟、易碎，呈篩孔和粉末狀形態(tài)。 裂紋會(huì)降低木材的強(qiáng)度，特別是順紋抗剪強(qiáng)度。而且縫內(nèi)容易積水，加速木材的腐爛。 構(gòu)造缺陷木纖維排列不正常均會(huì)降低木材的強(qiáng)度，特別是抗拉及抗彎強(qiáng)度。,圖9.7 含水率對(duì)木材強(qiáng)度的影響,1順紋抗拉；2抗彎；3順紋抗壓；4順紋抗剪,圖9.8 木材持久強(qiáng)度,木材的優(yōu)缺點(diǎn),木 材 的 優(yōu) 點(diǎn) 木質(zhì)較軟，易于加

11、工； 比強(qiáng)度大，輕質(zhì)高強(qiáng)； 普通混凝土、低碳鋼和松木的比強(qiáng)度分別為0.012，0.035，0.069。 彈性、韌性好，抵抗沖擊和震動(dòng)效果好； 導(dǎo)熱性低，隔熱、保溫性能好； 紋理美觀，易于著色和油漆，裝飾效果好。,木材的優(yōu)缺點(diǎn),木材的缺點(diǎn) 構(gòu)造不均勻，呈各向異性； 天然缺陷多（如木節(jié)，斜紋，裂縫等），易腐朽、蟲(chóng)害等； 具有濕漲干縮的特點(diǎn)，易干裂，翹曲等； 養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，易腐朽，霉?fàn)€和蟲(chóng)蛀等； 耐火性差，易燃燒等。,9.3 木材的應(yīng)用,工程中木材按其加工程度和用途分為原條、原木、鋸材、枕木四類。此外還有各類人造板材。,9.3.1 木材產(chǎn)品,9.3.1.1 原條,原條是已經(jīng)除去皮(也有不去皮的)、根、樹(shù)

12、梢而未加工成規(guī)定材品的木材。主要用于腳手架或供進(jìn)一步加工。,木材的應(yīng)用,原木是將原條按一定尺寸切取的木料。可分為直接使用原木和加工原木。 直接使用原木用于屋架、檁、椽、木樁、坑木等。 加工原木用于加工鋸材、膠合板等。,9.3.1.2 原木,(1)鋸材的規(guī)格、尺寸 鋸材按其厚度、寬度可分為薄板、中板、厚板。其尺寸見(jiàn)表9.3。 (2)鋸材的分等 鋸材有特等鋸材和普通鋸材之分。根據(jù)針葉樹(shù)鋸材(GB 153.284)和闊葉樹(shù)鋸材分等(GB 481.7284)的規(guī)定，普通鋸材分為一、二、三等。各等級(jí)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表9.4。 ,9.3.1.3 鋸材,表9.3 針葉樹(shù)、闊葉樹(shù)鋸材寬度、厚度(mm),表9.4 鋸

13、材的分等標(biāo)準(zhǔn),干燥能減輕自重，防止腐朽、開(kāi)裂及彎曲，從而提高木材的強(qiáng)度和耐久性。 鋸材的干燥方法可分為自然干燥和人工干燥兩種。自然干燥方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，不需要特殊設(shè)備，但干燥時(shí)間長(zhǎng)，而且只能干燥到風(fēng)干狀態(tài)。人工干燥利用人工方法排除鋸材中水分，常用方法有浸樹(shù)法、蒸樹(shù)法和熱坑法。,9.3.2 鋸材的干燥,木材經(jīng)加工成型和制作構(gòu)件時(shí)，會(huì)留下大量的碎塊廢屑，將這些廢腳料或含有一定纖維量的其他作物作原料，采用一般物理和化學(xué)方法加工而成的即為人造板材。這類板材與天然木材相比，板面寬，表面平整光潔，沒(méi)有節(jié)子，不翹曲、開(kāi)裂，經(jīng)加工處理后還具有防水、防火、防腐、防酸性能。 常用人造板材有膠合板、纖維板、刨花板。

14、,9.3.4 人造板材,膠合板是用原木旋切成薄片，經(jīng)干燥處理后，再用膠粘劑按奇數(shù)層數(shù)，以各層纖維互相垂直的方向粘合熱壓而成的人造板材。一般為313層，建筑工程中常用的有三合板和五合板。一般可分為闊葉樹(shù)普通膠合板和松木普通膠合板兩種。 膠合板厚度為2.4mm、3mm、3.5mm、4mm、5.5mm、6mm，自6mm起按1mm遞增。膠合板幅面尺寸見(jiàn)表9.5。其特性及適用范圍見(jiàn)表9.6。,9.3.4.1 膠合板,表9.5 膠合板的幅面尺寸(mm),表9.6 膠合板分類、特性及適用范圍,纖維板是以植物纖維為原料經(jīng)破碎、浸泡、研磨成漿，然后經(jīng)熱壓成型、干燥等工序制成的一種人造板材。纖維板所選原料可以是木

15、材采伐或加工的剩余物(如板皮、刨花、樹(shù)枝)，也可以是稻草、麥秸、玉米稈、竹材等。 纖維板按其體積密度分為硬質(zhì)纖維板(體積密度800kg/m3)、中密度纖維板(體積密度500800kg/m3)和軟質(zhì)纖維板(體積密度500kg/m3)三種。,9.3.4.2 纖維板,硬質(zhì)纖維板的強(qiáng)度高、耐磨、不易變形，可代替木板用于墻面、天花板、地板、家具等。 中密度纖維板表面光滑、材質(zhì)細(xì)密、性能穩(wěn)定、邊緣牢固，且板材表面的再裝飾性能好。主要用于隔斷、隔墻、地面、高檔家具等。 軟質(zhì)纖維板結(jié)構(gòu)松軟，強(qiáng)度較低，但吸音性和保溫性好，主要用于吊頂?shù)取?刨花板是利用木材的邊角余料，經(jīng)切碎、干燥、拌膠(或未施膠)熱壓而成的一種

16、人造板材。其規(guī)格尺寸為：長(zhǎng)度915mm、1220mm、1525mm、1830mm、2135mm；寬度915mm、1000mm、1220mm；厚度6mm、8mm、13mm、16mm、19mm、22mm、25mm、30mm等。 刨花板表觀密度小，性質(zhì)均勻，具有隔聲、絕熱、防蛀、耐火等優(yōu)點(diǎn)。但易吸濕，強(qiáng)度不高，可用于保溫、隔音、室內(nèi)裝飾材料。,9.3.4.3 創(chuàng)花板,9.3.3.1 木材的腐朽,木材的腐朽為真菌侵害所致。真菌分霉菌、變色菌和腐朽菌三種，前兩種真菌對(duì)木材質(zhì)量影響較小，但腐朽菌影響很大。 真菌在木材中生存和繁殖必須具備三個(gè)條件，即適當(dāng)?shù)乃?、足夠的空氣和適宜的溫度。 此外，木材還易受到白蟻、天牛等昆蟲(chóng)的蛀蝕，使木材形成很多孔眼或溝道，甚至蛀穴，破壞木質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性而使強(qiáng)度嚴(yán)重降低。,9.4 木材的防腐,(2)防腐劑法 這種方法是通過(guò)涂刷或浸漬水溶性防腐劑(如氯化鈉、氧化鋅、氟化鈉、硫酸銅)、油溶性防腐劑(如林丹五氯酚合劑)、乳劑防腐劑(如氟