第十一章木材及制品

1、本章簡(jiǎn)要介紹了木材的分類(lèi)及木材的宏觀本章簡(jiǎn)要介紹了木材的分類(lèi)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、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。徑，木材的腐朽原理及防腐途徑。 本章提要本章提要第一節(jié)第一節(jié) 木材的基本知識(shí)木材的基本知識(shí)木材是由

2、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(lèi)，見(jiàn)表11.1。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。表表11.1 樹(shù)木的分類(lèi)和特點(diǎn)樹(shù)木的分類(lèi)和特點(diǎn) 種類(lèi)特點(diǎn)用途樹(shù)種針葉樹(shù) 樹(shù)葉細(xì)長(zhǎng)，成針狀，多為常綠樹(shù)；紋理順直，木質(zhì)較軟，強(qiáng)度較高，表觀密度小；耐腐蝕性較強(qiáng)，脹縮變形小 是建筑工程中主要使用的樹(shù)種，多用作承重構(gòu)件、門(mén)窗等 松樹(shù)、杉樹(shù)、柏樹(shù)等闊葉樹(shù) 樹(shù)葉寬大，葉脈呈網(wǎng)狀，大多為落葉樹(shù)；木質(zhì)較硬，加工較難；表觀密度大，脹縮變形大 常用作內(nèi)部裝飾、次要的承重構(gòu)件和膠合板等 榆樹(shù)、樺樹(shù)、水曲柳等松樹(shù)松樹(shù)柏樹(shù)柏樹(shù)杉樹(shù)杉樹(shù)榆樹(shù)榆樹(shù)榆木疙瘩榆

3、木疙瘩水曲柳水曲柳柞木柞木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11.1所示。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。 宏觀構(gòu)造宏觀構(gòu)造圖11.1 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 (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

4、淺，稱為春材(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。 木質(zhì)部的構(gòu)造特征木質(zhì)部的構(gòu)造特征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?chē)?xì)胞聯(lián)結(jié)軟弱，在干燥過(guò)程中，木材易沿髓線開(kāi)裂。 髓心、髓線髓心、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11.2和圖11.3)。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)

5、胞分為細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩個(gè)部分，細(xì)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。 微觀構(gòu)造微觀構(gòu)造圖11.2 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11.3 細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu) 1細(xì)胞腔；2初生層；3細(xì)胞間層 (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 木材的物理性質(zhì)木材的物理性質(zhì)木材的含水率木材的含水率(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；木材干燥時(shí)，

6、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，一般為23%33%，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?chē)諝獾膲毫_(dá)到平衡，此時(shí)的含水率稱為平衡含水率。木材細(xì)胞壁內(nèi)吸附水的變化而引起木材的變形，即濕脹干縮。圖11.5是木材含水率與脹縮變形的關(guān)系。濕脹干縮濕脹干縮9.2.2.1 木材的強(qiáng)度木材的強(qiáng)度按受力狀態(tài)，木材的強(qiáng)度分為抗拉、抗壓、抗彎和

7、抗剪四種強(qiáng)度。 木材的力學(xué)性質(zhì)木材的力學(xué)性質(zhì)(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。影響木材強(qiáng)度的因素影響木材強(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11.8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

8、軟化等原因，使木材抗壓強(qiáng)度降低20%40%，抗拉和抗剪強(qiáng)度降低12%20%；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11.7 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11.8 木材持久強(qiáng)度 木材的腐朽木材的

9、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。 第二節(jié)第二節(jié) 木材的防腐木材的防腐白蟻腐蝕白蟻腐蝕天牛啃食樹(shù)木天?？惺硺?shù)木木材防腐的基本原理在于破壞真菌及蟲(chóng)類(lèi)生存和繁殖條件，常用方法有以下兩種：(1)結(jié)構(gòu)預(yù)防法在結(jié)構(gòu)和施工中，使木結(jié)構(gòu)不受潮濕，要有良好的通風(fēng)條件；在木材與其他材料之間用防潮墊；不將支點(diǎn)或其他任何木結(jié)構(gòu)封閉在墻內(nèi)；木地板下設(shè)通

10、風(fēng)洞；木屋架設(shè)老虎窗等。 木材的防腐木材的防腐(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(如氟化鈉、瀝青膏)等，使木材成為有毒物質(zhì)，達(dá)到防腐要求 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(lèi)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。 第三節(jié)第三節(jié) 木材的綜合利用木材的綜合利用膠合板是用原木旋切成薄

11、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。膠合板膠合板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。纖維板纖維板硬質(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