土木工程材料講義（PPT）

1、9 木材學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)：1、木材的構(gòu)造：宏觀構(gòu)造、顯微構(gòu)造。2、木材的物理力學(xué)性質(zhì)：木材的物理性質(zhì)、木材的力學(xué)性質(zhì)。 3、木材的腐蝕與防腐：木材的腐朽、防腐措施。 4、木材的綜合利用：刨花板、膠合板、細(xì)木工板、纖維板、型壓板。 教學(xué)要求：1、了解木材的優(yōu)、缺點(diǎn)；木材的分類，特點(diǎn)及用途。2、了解木材宏觀和顯微結(jié)構(gòu)的特征、認(rèn)識(shí)木材在構(gòu)造上的不均勻性。3、了解木材中的水分所處的三種狀態(tài)，木材含水率對(duì)木材性能的影響。掌握平衡含水率與纖維飽和點(diǎn)的概念及其實(shí)用意義。4、了解工程中常用的幾種木材強(qiáng)度及各種強(qiáng)度值之間的大致關(guān)系。掌握影響木材強(qiáng)度的因素、掌握含水率對(duì)木材強(qiáng)度影響的規(guī)律。5、了解造成木材腐朽的原因和條

2、件、了解木材防腐的主要方法。6、了解木材綜合利用的意義。9 木材3、木材的腐朽與防止1、木材的分類與構(gòu)造4、木材的應(yīng)用2、木材的物理力學(xué)性質(zhì)9.1 木材的分類與構(gòu)造木材的優(yōu)點(diǎn)：1、比強(qiáng)度大，輕質(zhì)高強(qiáng)；2、有彈性、韌性，抗沖擊和振動(dòng)性能好；3、導(dǎo)熱性能低，隔熱、保溫性能好；4、適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，具有較好的耐久性；5、便于加工，能制成形狀不同的產(chǎn)品；6、紋理美觀，裝飾性能好；7、絕緣性能好，無毒性。木材的缺點(diǎn)：1、構(gòu)造不均勻，呈各向異性；2、自然缺陷多，影響其使用性能；3、具有干縮濕漲的特點(diǎn)，使用不當(dāng)易開裂翹曲；4、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，易腐朽，霉?fàn)€和蟲蛀；5、耐火性能差，易燃燒。9.1 木材的分類與構(gòu)造 一、木材

3、的分類 樹木的分類：一般分為針葉樹和闊葉樹兩大類。種類樹種特點(diǎn)用途針葉樹松樹、杉樹、柏樹樹葉細(xì)長、成針狀，樹干直而高大，木質(zhì)較軟，易于加工，強(qiáng)度較高，表觀密度小，脹縮變形小。承重構(gòu)件，門窗、地板材料。闊葉樹榆樹、水曲柳、柞木、楊樹、樺樹、柳樹。樹葉寬大呈片狀，大多為落葉樹，樹干通直部分較短，木質(zhì)較硬，加工困難，表觀密度大，易于脹縮、翹曲、開裂。內(nèi)部裝修、家具制作，膠合板。9.1 木材的分類與構(gòu)造 目前我國生產(chǎn)中的商品材樹種根據(jù)材質(zhì)優(yōu)劣、儲(chǔ)量多少和發(fā)展利用等原則劃分為五類： 一類材：紅松、柏木、紅豆杉、香樟、楠木、擦木、格木、硬黃檀、香紅木、花櫚木黃楊、紅青剛、山核桃、核桃木、櫸木、山楝、香樁、

4、水曲柳、梓木、鐵力木、玫瑰木。 二類材：黃杉、杉木、福建柏、榧木、鵝掌揪、梨木、櫧木、水青岡、麻櫟、高山櫟、桑木、棗木、黃波羅、白蠟?zāi)尽?三類材：落葉松、云杉、松木、鐵杉、鐵刀木、紫荊、軟黃檀、槐樹、樺木、栗木、木荷、槭木。 四類材：楓香、榿木、樸樹、檀、銀樺、紅桉、白桉、泡桐。 五類材：赤楊、楊木、楓楊、輕木、黃桐、冬青。 9.1 木材的分類與構(gòu)造二、木材的宏觀構(gòu)造橫切面：垂直于樹軸的切面；徑切面：通過樹軸的切面；弦切面：平行于樹軸的縱切面。樹木是由樹皮、木質(zhì)部、髓心組成。一般樹的樹皮均無使用價(jià)值。髓心是樹木最早形成的木質(zhì)部分，易于腐朽，強(qiáng)度較低，一般不用。 木質(zhì)部接近髓心的部分稱為心材，靠

5、近邊緣部分稱為邊材。心材比邊材利用價(jià)值高。 年輪：木質(zhì)部具有深淺相同的同心圓環(huán)。春季生長的木質(zhì)色較淺，質(zhì)較松，稱為春材；夏秋兩季生長的木質(zhì)色澤較深，質(zhì)較密，稱為夏材 相同樹種，年輪密而均勻，材質(zhì)越好，夏材部分越多，強(qiáng)度越高。9.1 木材的分類與構(gòu)造 三、木材的微觀構(gòu)造 木材是由大量管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成。每個(gè)細(xì)胞都分為細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩個(gè)部分，細(xì)胞壁由若干層細(xì)胞纖維組成，細(xì)胞之間縱向聯(lián)結(jié)比橫向聯(lián)結(jié)牢固，所以細(xì)胞壁縱向強(qiáng)度高，橫向強(qiáng)度低。組成細(xì)胞壁的纖維之間有極小的空隙，能吸附和滲透水分。針葉樹與闊葉樹的微觀構(gòu)造有較大差別。針葉樹的微觀構(gòu)造較簡單，其中縱向排列的管狀細(xì)胞占90以上，髓線較細(xì)且不明顯。

6、闊葉樹的微觀構(gòu)造較復(fù)雜，其最大的特點(diǎn)是髓線較粗大而明顯。9.1 木材的分類與構(gòu)造 四、木材的缺陷 1、節(jié)子：埋藏在樹干中的枝條稱為節(jié)子。 活節(jié)：由活枝條所形成，與周圍木質(zhì)緊密連生在一起，質(zhì)地堅(jiān)硬，構(gòu)造正常，對(duì)結(jié)構(gòu)無不利影響。 死節(jié)：由枯死枝條形成，與周圍木質(zhì)大部分或完全脫離，質(zhì)地堅(jiān)硬或松軟。 死節(jié)、腐朽節(jié)、漏節(jié)對(duì)木材的力學(xué)性能影響較大。 2、裂紋：木材纖維與纖維之間分離所形成的縫隙。分為徑裂、輪裂、縱裂。裂紋產(chǎn)生的原因有生長環(huán)境和生長應(yīng)力造成的裂紋；不合理加工和干燥引起的裂紋。裂紋破壞了木材的整體性，降低了木材的利用率、強(qiáng)度、裝飾價(jià)值。 3、彎曲、斜紋、傷疤、腐朽、蟲害。9.2 木材的物理力學(xué)

7、性質(zhì)一、木材的物理性質(zhì)（一）木材的密度和表觀密度 1、密度：1.481.56g/cm3; 2、表觀密度：可變，一般小于1 （1）樹種、含水率、孔隙率和晚材率 （2）表觀密度越大，強(qiáng)度越高，濕脹干縮越大（二）含水率與吸濕性 木材中的水分分為自由水、吸附水、化合水。 自由水：存在于細(xì)胞腔及細(xì)胞壁間隙中的水分，與木材的體積密度、抗腐蝕性、干燥性、燃燒性有關(guān)。 吸附水：吸附于細(xì)胞壁內(nèi)的水分，是影響木材強(qiáng)度和濕漲干縮的主要因素。 化合水：木材化學(xué)成分中的結(jié)合水，總量通常不超過12。 9.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì) 纖維飽和點(diǎn)：當(dāng)木材中僅細(xì)胞壁內(nèi)充滿吸附水，而細(xì)胞腔及細(xì)胞間隙中無自由水時(shí)的含水率，稱為木材的纖

8、維飽和點(diǎn)。 不同的樹種纖維飽和點(diǎn)數(shù)值不同，一般在2535%之間，通常以30作為木材的纖維飽和點(diǎn)。木材的纖維飽和點(diǎn)是木材物理力學(xué)性質(zhì)隨含水率而變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 平衡含水率：木材中的含水率與空氣中的濕度達(dá)到平衡時(shí)的含水率。達(dá)到平衡含水率的木材，其性能保持相對(duì)穩(wěn)定。 我國北方地區(qū)平衡含水率約12，南方地區(qū)約1520%。木材的含水率： 新伐木材含水率35； 風(fēng)干木材的含水率為1525； 室內(nèi)干燥的木材含水率為815。9.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì)（三）干縮與濕漲 木材具有顯著的干縮濕漲性。當(dāng)木材從潮濕狀態(tài)干燥至纖維飽和點(diǎn)時(shí)，自由水蒸發(fā)，但木材體積保持不變；繼續(xù)干燥，木材細(xì)胞壁內(nèi)的吸附水蒸發(fā)時(shí)，則發(fā)生體積收縮

9、，反之亦然。 由于木材構(gòu)造的不均勻性，各個(gè)方向的干縮濕漲不一樣，沿弦向最大，干縮率約為612；徑向次之，干縮率約為36；纖維方向最小，干縮率約為0.10.35。 木材的干縮濕漲對(duì)木材的使用有嚴(yán)重影響，干縮使木結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接處發(fā)生縫隙而致結(jié)合松弛，濕漲則造成凸起。 減少木材干縮濕漲影響的方法是將木材干燥，使木材的含水率與構(gòu)件使用時(shí)所處的環(huán)境濕度相適應(yīng)，即將木材干燥至平衡含水率。體積弦向徑向縱向486210015306045含水率脹縮變形率9.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì)二、木材的力學(xué)性質(zhì)（一）木材的強(qiáng)度 1、抗壓強(qiáng)度 順紋抗壓強(qiáng)度：基本力學(xué)指標(biāo)，木材的順紋抗壓強(qiáng)度較高，且木材的疵病對(duì)其影響較小。順紋受壓

10、破壞是由于木材細(xì)胞壁失去穩(wěn)定性的結(jié)果，而非纖維斷裂。 橫紋抗壓強(qiáng)度：橫紋破壞主要是由于細(xì)胞被擠緊、壓扁，產(chǎn)生較大的變形，而非纖維斷裂。所以木材的橫紋抗壓強(qiáng)度以使用中所限制的變形量來決定。通常取其比例極限作為橫紋抗壓強(qiáng)度極限值。木材的橫紋抗壓強(qiáng)度只有順紋抗壓強(qiáng)度的1020。9.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì) 2、抗拉強(qiáng)度 順紋抗拉強(qiáng)度：木材各種力學(xué)強(qiáng)度中最大的。順紋破壞時(shí)，不是纖維被拉斷，而是纖維間被撕裂。順紋抗拉強(qiáng)度為順紋抗壓強(qiáng)度的23倍，但受木材的各種疵病的影響較大，因此木材的實(shí)際順紋抗拉強(qiáng)度比順紋抗壓強(qiáng)度低。由于木材受拉桿件連接處的應(yīng)力復(fù)雜，順紋抗拉強(qiáng)度難以充分利用，一般較少考慮木材順紋受拉。 橫

11、紋抗拉強(qiáng)度：木材的橫紋抗拉強(qiáng)度很小，通常只有順紋抗拉強(qiáng)度的1/101/40，主要是由于木材細(xì)胞橫向連接很弱，所以應(yīng)避免木材橫紋受拉。9.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì) 3、抗彎強(qiáng)度 木材受彎時(shí)內(nèi)部應(yīng)力十分復(fù)雜，上部是受到順紋抗壓，下部為順紋抗拉，在水平面上則有剪應(yīng)力。木材破壞時(shí)，通常在受壓區(qū)首先達(dá)到強(qiáng)度極限，開始形成微小的不明顯的皺紋，但不立即破壞，隨著外力增大，皺紋慢慢地在受壓區(qū)擴(kuò)展，產(chǎn)生大量塑性變形，受拉區(qū)內(nèi)的纖維達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，因纖維本身及纖維間的聯(lián)結(jié)的斷裂而最終破壞。木材的抗彎強(qiáng)度很高，為順紋抗壓強(qiáng)度的1.52倍。但木材的疵病對(duì)抗彎強(qiáng)度影響很大，特別是當(dāng)它們分布在受拉區(qū)時(shí)。9.2 木材的物理力

12、學(xué)性質(zhì) 4、剪切強(qiáng)度 順紋剪切：破壞是由于纖維間聯(lián)結(jié)撕裂所致，所以木材的順紋剪切強(qiáng)度為同一方向抗壓強(qiáng)度的1530。 橫紋剪切：破壞剪切面中纖維的橫向聯(lián)結(jié)所致，因此木材的橫紋剪切強(qiáng)度更低。 橫紋切斷：剪切破壞是將木纖維切斷，因此這種剪切強(qiáng)度較大，一般為順紋剪切強(qiáng)度的45倍。9.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì)木材各種強(qiáng)度值的比較（以順紋抗壓強(qiáng)度為1）抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋切斷11/101/3231/201/31.521/71/31/21常用木材的物理力學(xué)性能樹種名稱產(chǎn)地氣干密度g/cm3干縮系數(shù)順紋抗壓Mpa順紋抗拉Mpa抗彎Mpa順紋抗剪Mpa徑向弦向徑向弦向杉木湖南0.370.110

13、.2838.877.263.84.24.9紅松東北0.440.120.3232.898.165.36.36.9馬尾松安徽0.530.140.2741.999.080.77.37.1冷杉四川0.430.170.3438.897.370.05.05.5柞櫟東北0.770.200.3255.6155.1124.111.812.9水曲柳東北0.690.200.3552.5138.1118.611.310.5白樺黑龍江0.610.230.3142.087.57.810.69.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì)（二）影響木材強(qiáng)度的主要因素 1、含水率： 當(dāng)木材含水率小于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，隨著含水率的增加，強(qiáng)度將下降；當(dāng)木

14、材的含水率超過纖維飽和點(diǎn)時(shí)，含水率的變化不影響木材的強(qiáng)度。 標(biāo)準(zhǔn)含水率：國家規(guī)定12的含水率為標(biāo)準(zhǔn)含水率，以標(biāo)準(zhǔn)含水率12時(shí)測定的強(qiáng)度值為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值。其他含水率的強(qiáng)度應(yīng)按以下公式進(jìn)行換算（含水率在823范圍內(nèi)誤差最?。?5303504080120160強(qiáng)度極限Mpa含水率含水率對(duì)木材強(qiáng)度的影響順紋受拉順紋受壓彎曲順紋受剪9.2 木材的物理力學(xué)性質(zhì)2、木材構(gòu)造及疵病的影響3、環(huán)境溫度 當(dāng)溫度從25升至50時(shí)，將因木材纖維和木纖維間膠體軟化等原因，使木材的抗壓強(qiáng)度下降2040，抗拉和抗剪強(qiáng)度下降1220。此外木材長時(shí)間受干熱作用可能出現(xiàn)脆性。4、外力作用時(shí)間 木材極限強(qiáng)度表示抵抗短時(shí)間外力破壞的

15、能力。木材在長期荷載作用下所能承受的最大應(yīng)力稱為木材的持久強(qiáng)度。木材的持久強(qiáng)度僅為極限強(qiáng)度的5060。木材強(qiáng)度（）荷載持續(xù)時(shí)間（d)02040608010080604020持久強(qiáng)度9.3 木材的防護(hù)一、木材的干燥1、自然干燥 將木按一定的方式堆積在通風(fēng)良好的場所，避免陽光直射和雨淋，使木材中的水分自然蒸發(fā)。干燥質(zhì)量好，但干燥時(shí)間長，占用場地大，只能干燥到風(fēng)干狀態(tài)。2、人工干燥 蒸材法和熱炕法。干燥時(shí)間短，含水率可調(diào)，質(zhì)量差。二、木材的防腐1、木材腐朽的原因 菌類和昆蟲的侵害造成。 菌類生長的必備條件：適宜的溫度（2530）；濕度（含水率3550）；空氣。2、木材防腐措施 （1）干燥法；（2）防

16、腐劑法；（3）涂料覆蓋法。三、木材的防火 1、用防火浸劑對(duì)木材進(jìn)行浸漬處理；2、在木材表面涂刷防火涂料。9.4 木材在建筑工程中的應(yīng)用一、木材的規(guī)格及用途1、原條：指除去皮、根、樹梢的木料，但尚未按一定尺寸加工成規(guī)定直徑和長度的材料，主要用于建筑工程的腳手架、建筑用材和家具制作。2、原木：指除去皮、根、樹梢的木料，并按一定尺寸加工成規(guī)定直徑和長度的材料，主要用于建筑工程的屋架、檁條、電桿、門窗和家具制作。3、鋸材：指已加工鋸解的木料，凡寬度為厚度的3倍或3倍以上的稱為板材，不足3倍的稱為枋材，主要用于建筑工程、橋梁工程、包裝板箱和家具制作。4、枕木：指按枕木斷面和長度加工而成的材料，主要用于鐵路工程。9.4 木材在建筑工程中的應(yīng)用二、木材的綜合利用1、膠合板：將原木沿年輪旋切成大張薄片，再用膠粘合，加熱壓制 而成。層數(shù)為奇數(shù)，一般為313層或更多。粘合時(shí)，相鄰兩薄片纖維相互垂直。 膠合板的特點(diǎn)：材質(zhì)均勻，強(qiáng)度高，吸濕性小，不翹曲開裂，無疵病，幅面大，使用方便，裝飾性好。廣泛用于室內(nèi)裝修工程。2、纖維板：將樹皮、刨花、樹枝等廢料，經(jīng)破碎浸泡、研磨成木槳，加入膠粘劑或利用木材自身的膠粘物質(zhì)，最經(jīng)過熱壓成型、干燥處理而制成的人造板材。按成型溫度和壓力分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三種。 纖維板的特點(diǎn)：木材利用率高，材質(zhì)均勻，各方向強(qiáng)