建料講稿第8章木材

1.木材的微觀構(gòu)造在顯微鏡下觀察，可以看到木材是由無數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成，它們大部分為縱向排列，少數(shù)橫向排列（如髓線）。每個細(xì)胞又由細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩部分組成，細(xì)胞壁又是由細(xì)纖維組成，所以木材的細(xì)胞壁越厚，細(xì)胞腔越小，木材越密實，其表觀密度和強(qiáng)度也越大，但脹縮變形也大。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!第2節(jié)木材的物理力學(xué)性質(zhì)木材的物理力學(xué)性質(zhì)主要有含水率、濕脹干縮、強(qiáng)度等性能，其中含水率對木材的濕脹干縮性和強(qiáng)度影響很大。1.木材的含水率木材的含水率是指木材中所含水的質(zhì)量占干燥木材質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。木材中主要有三種水，即自由水、吸附水和結(jié)合水。自由水是存在于木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分，吸附水是被吸附在細(xì)胞壁內(nèi)細(xì)纖維之間的水分。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!（1）木材的纖維飽和點當(dāng)木材中無自由水，而細(xì)胞壁內(nèi)吸附水達(dá)到飽和時，這時的木材含水率稱為纖維飽和點。（2）木材的平衡含水率木材中所含的水分是隨著環(huán)境的溫度和濕度的變化而改變的，當(dāng)木材長時間處于一定溫度和濕度的環(huán)境中時，木材中的含水量最后會達(dá)到與周圍環(huán)境濕度相平衡，這時木材的含水率稱為平衡含水率。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!第三節(jié)木材的強(qiáng)度1.木材的力學(xué)強(qiáng)度在建筑結(jié)構(gòu)中，木材常用的強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。由于木材的構(gòu)造各向不同，致使各向強(qiáng)度有差異，為此木材的強(qiáng)度有順紋強(qiáng)度和橫紋強(qiáng)度之分。木材的順紋強(qiáng)度比其橫紋強(qiáng)度要大得多，所以工程上均充分利用它們的順紋強(qiáng)度。從理論上講，木材強(qiáng)度中以順紋抗拉強(qiáng)度為最大，其次是抗彎強(qiáng)度和順紋抗壓強(qiáng)度，但實際上是木材的順紋抗壓強(qiáng)度最高。當(dāng)以順紋抗壓強(qiáng)度為１時，木材理論上各強(qiáng)度大小關(guān)系如表8-1所示。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!橫紋受壓是因木材受力壓緊后產(chǎn)生顯著變形而造成破壞。順紋抗拉破壞通常是因纖維間撕裂而后拉斷所致。木材受彎時其上部為順紋受壓，下部為順紋抗拉，水平面內(nèi)則有剪力，破壞時首先是受壓區(qū)達(dá)到強(qiáng)度極限，產(chǎn)生大量變形，但這時構(gòu)件仍能繼續(xù)承載，當(dāng)受拉區(qū)也達(dá)強(qiáng)度極限時，則纖維及纖維間的聯(lián)結(jié)產(chǎn)生斷裂，導(dǎo)致最終破壞。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!2.影響木材強(qiáng)度的主要因素(１)含水量的影響木材的強(qiáng)度受含水率的影響很大，其規(guī)律是：當(dāng)木材的含水率在纖維飽和點以下時，隨含水率降低，即吸附水減少，細(xì)胞壁趨于緊密，木材強(qiáng)度增大，反之，則強(qiáng)度減小。當(dāng)木材含水率在纖維飽和點以上變化時，木材強(qiáng)度不改變。我國木材試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測定木材強(qiáng)度時，應(yīng)以其標(biāo)準(zhǔn)含水率（即含水率為12％）時的強(qiáng)度測值為準(zhǔn)，對于其他含水率時的強(qiáng)度測值，應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率時的強(qiáng)度值。其換算經(jīng)驗公式如下：建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!(２)負(fù)荷時間的影響木材對長期荷載的抵抗能力與對暫時荷載不同。木材在外力長期作用下，只有當(dāng)其應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限的某一定范圍以下時，才可避免木材因長期負(fù)荷而破壞。這是由于木材在外力作用下產(chǎn)生等速蠕滑，經(jīng)過長時間以后，最后達(dá)到急劇產(chǎn)生大量連續(xù)變形而致。木材在長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％。一切木結(jié)構(gòu)都處于某一種負(fù)荷的長期作用下，因此在設(shè)計木結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮負(fù)荷時間對木材強(qiáng)度的影響。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!第四節(jié)木材的防腐與防火1.木材的腐朽與防腐（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，前兩種真菌對木材影響較小，但腐朽菌影響很大。腐朽菌寄生在木材的細(xì)胞壁中，它能分泌出一種酵素，把細(xì)胞壁物質(zhì)分解成簡單的養(yǎng)分，供自身攝取生存，從而致使木材產(chǎn)生腐朽，并遭徹底破壞。真菌在木材中生存和繁殖必須具備三個條件，即：適量的水分、空氣（氧氣）和適宜的溫度：溫度低于５℃時，真菌停止繁殖，而高于６０℃時，真菌則死亡。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!b．把木材變成有毒的物質(zhì)將化學(xué)防腐劑注入木材中，使真菌無法寄生。木材防腐劑種類很多，一般分水溶性防腐劑、油質(zhì)防腐劑和膏狀防腐劑三類。水溶性防腐劑常用品種有氯化鋅、氟化鈉、硅氟酸鈉、硼鉻合劑、硼酚合劑、銅鉻合劑、氟砷鉻合劑等。水溶性防腐劑多用于室內(nèi)木結(jié)構(gòu)的防腐處理。油質(zhì)防腐劑常用的有煤焦油、混合防腐油、強(qiáng)化防腐油等。油質(zhì)防腐劑色深、有惡臭，常用于室外木構(gòu)件的防腐。膏狀防腐劑由粉狀防腐劑、油質(zhì)防腐劑、填料和膠結(jié)料（煤瀝青、水玻璃等）按一定比例混合配制而成，用于室外木材防腐。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!根據(jù)燃燒機(jī)理，阻止和延緩木材燃燒的途徑，通常可有以下幾種：（1）抑制木材在高溫下的熱分解。實踐證明，某些含磷化合物能降低木材的熱穩(wěn)定性，使其在較低溫度下即發(fā)生分解，從而減少可燃?xì)怏w的生成，抑制氣相燃燒。（2）阻滯熱傳遞。通過實踐發(fā)現(xiàn)，一些鹽類、特別是含有結(jié)晶水的鹽類，具有阻燃作用。例如含結(jié)晶水的硼化物、含水氧化鋁和氫氧化鎂等，遇熱后則吸收熱量而放出水蒸氣，從而減少了熱量傳遞。磷酸鹽遇熱縮聚成強(qiáng)酸，使木材迅速脫水炭化，而木炭的導(dǎo)熱系數(shù)僅為木材的1／2～1/3，從而有效地抑制了熱的傳遞。同時，磷酸鹽在高溫下形成的玻璃狀液體物質(zhì)覆蓋在木材表面，也起到了隔熱層作用。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!例8-1解釋以下名詞：（１）自由水；（２）吸附水；（３）纖維飽和點；（４）平衡含水率；（５）標(biāo)準(zhǔn)含水率；（6）持久強(qiáng)度。解（1）自由水：自由水是存在于木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分。（2）吸附水：吸附水是被吸附在細(xì)胞壁內(nèi)細(xì)纖維之間的水分。（3）纖維飽和點：當(dāng)木材中無自由水，而細(xì)胞壁內(nèi)吸附水達(dá)到飽和時的木材含水率稱為纖維飽和點。（４）平衡含水率：在一定溫度和濕度環(huán)境中，木材中的含水量達(dá)到與周圍環(huán)境濕度相平衡時含水率稱為平衡含水率。（５）標(biāo)準(zhǔn)含水率：含水率為12％為木材的標(biāo)準(zhǔn)含水率。（6）持久強(qiáng)度：木材在長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。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!例8-2木材含水率的變化對其強(qiáng)度的影響如何？解木材的強(qiáng)度受含水率的影響很大，當(dāng)木材的含水率在纖維飽和點以下時，隨含水率降低，即吸附水減少，細(xì)胞壁趨于緊密，木材強(qiáng)度增大，反之，隨含水率增大，即吸附水增多，細(xì)胞壁趨于松散，木材則強(qiáng)度減小。當(dāng)木材含水率在纖維飽和點以上變化時，木材強(qiáng)度不改變。我國木材試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測定木材強(qiáng)度時，應(yīng)以其標(biāo)準(zhǔn)含水率（即含水率為15％）時的強(qiáng)度測值為準(zhǔn)，對于其他含水率時的強(qiáng)度測值，應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率時的強(qiáng)度值。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!例8-4影響木材強(qiáng)度的主要因素有哪些？解影響木材強(qiáng)度的主要因素有：（１）含水率在纖維飽和點之內(nèi)變化時，隨含水率增加，木材的強(qiáng)度降低；當(dāng)木材含水率在纖維飽和點以上變化時，木材強(qiáng)度不變。（2）木材在長期荷載作用下會導(dǎo)致強(qiáng)度降低。（3）木材隨環(huán)境溫度升高強(qiáng)度會降低。（4）木材的疵病致使木材的物理力學(xué)性質(zhì)受到影響。在使用過程中，受環(huán)境濕度變化影響，木材的含水率隨之而變化，從而引起木材的變形或強(qiáng)度降低。在外力長期作用下，只有當(dāng)其應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限的某一定范圍以下時，才可避免木材因長期負(fù)荷而破壞。這是由于木材在外力作用下產(chǎn)生等速蠕滑，經(jīng)過長時間負(fù)荷，最后達(dá)到急劇產(chǎn)生大量連續(xù)變形而致。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!例8-6試說明木材腐朽的原因。有哪些方法可以防止木材腐朽？并說明其原理。解木材腐朽的原因是木材為真菌侵害所致。真菌中的腐朽菌寄生在木材的細(xì)胞壁中，它能分泌出一種酵素，把細(xì)胞壁物質(zhì)分解成簡單的養(yǎng)分，供自身攝取生存，從而致使木材產(chǎn)生腐朽，并遭徹底破壞。真菌在木材中生存和繁殖必須具備三個條件，即：適量的水分、空氣（氧氣）和適宜的溫度。防止木材腐朽的措施主要是抑制和破壞腐朽菌生存和繁殖的條件。通常防止木材腐朽的措施有以下兩種：（1）破壞真菌生存的條件破壞真菌生存條件最常用的辦法是：使木結(jié)構(gòu)、木制品和儲存的木材處于經(jīng)常保持通風(fēng)干燥的狀態(tài)，并對木結(jié)構(gòu)和木制品表面進(jìn)行油漆處理，油漆涂層既使木材隔絕了空氣，又隔絕了水分。（2）利用化學(xué)防腐劑處理，把木材變成有毒的物質(zhì)。將化學(xué)防腐劑注入木材中，使真菌無法寄生。木材防腐劑有氯化鋅、氟化鈉、硅氟酸鈉、煤焦油、煤瀝青等。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!2.木材的濕脹與干縮變形木材具有很顯著的濕脹干縮性，其規(guī)律是：當(dāng)木材的含水率在纖維飽和點以下時，隨著含水率的增大，木材體積產(chǎn)生膨脹，隨著含水率減小，木材體積收縮；而當(dāng)木材含水率在纖維飽和點以上，只是自由水增減變化時，木材的體積不發(fā)生變化。纖維飽和點是木材發(fā)生濕脹干縮的轉(zhuǎn)折點。由于木材為非勻質(zhì)構(gòu)造，故其脹縮變形各向不同，其中以弦向最大，徑向次之，縱向（即順纖維方向）最小。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!

木材的強(qiáng)度檢驗是采用無疵病的木材制成標(biāo)準(zhǔn)試件，按《木材物理力學(xué)試驗方法》進(jìn)行測定。試驗時，木材在各向上受不同外力時的破壞情況各不相同，其中順紋受壓破壞是因細(xì)胞壁失去穩(wěn)定所致，而非纖維斷裂。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!木材受剪切作用時，由于作用力對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。順紋剪切破壞是由于纖維間聯(lián)結(jié)撕裂產(chǎn)生縱向位移和受橫紋拉力作用所致；橫紋剪切破壞完全是因剪切面中纖維的橫向聯(lián)結(jié)被撕裂的結(jié)果；橫紋切斷破壞則是木材纖維被切斷，這時強(qiáng)度較大，一般為順紋剪切的４～５倍。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!式中σ:含水率為12％時的木材強(qiáng)度(MPa）； σW:

含水率為Ｗ(%)時的木材強(qiáng)度(MPa)； Ｗ－一試驗時的木材含水率α——木材含水率校正系數(shù)。α隨作用力和樹種不同而異，如順紋抗壓所有樹種均為0.05；順紋抗拉時闊葉樹為0.015，針葉樹為０；抗彎所有樹種為0.04；順紋抗剪所有樹種為0.03。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!（3）溫度的影響木材強(qiáng)度隨環(huán)境溫度升高而降低。當(dāng)溫度由２５℃升到５０℃時，針葉樹抗拉強(qiáng)度降低10%～15%，抗壓強(qiáng)度降低20％～24％。當(dāng)木材長期處于60～100℃溫度下時，會引起水分和所含揮發(fā)物的蒸發(fā)，而呈暗褐色，強(qiáng)度明顯下降，變形增大。溫度超過140℃時，木材中的纖維素發(fā)生熱裂解，色漸變黑，強(qiáng)度顯著下降。因此，長期處于高溫的建筑物，不宜采用木結(jié)構(gòu)。（４）疵病的影響木材在生長、采伐、保存過程中，所產(chǎn)生的內(nèi)部和外部的缺陷，統(tǒng)稱為疵病。木材的疵病主要有木節(jié)、斜紋、裂紋、腐朽和蟲害等。一般木材或多或少都存在一些疵病，致使木材的物理力學(xué)性質(zhì)受到影響。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!（2）木材防腐措施根據(jù)木材產(chǎn)生腐朽的原因，通常防止木材腐朽的措施有以下兩種：a．破壞真菌生存的條件破壞真菌生存條件最常用的辦法是：使木結(jié)構(gòu)、木制品和儲存的木材處于經(jīng)常保持通風(fēng)干燥的狀態(tài)，并對木結(jié)構(gòu)和木制品表面進(jìn)行油漆處理，油漆涂層既使木材隔絕了空氣，又隔絕了水分。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!2.木材的防火2.1木材的可燃性木材是國家建設(shè)和人民生活中重要物質(zhì)資源之一。木材屬木質(zhì)纖維材料，易燃燒，它是具有火災(zāi)危險性的有機(jī)可燃物。2.2木材燃燒及阻燃機(jī)理木材在熱的作用下要發(fā)生熱分解反應(yīng)，隨著溫度升高，熱分解加快。當(dāng)溫度高至220℃以上達(dá)木材燃點時，木材燃燒放出大量可燃?xì)怏w，這些可燃?xì)怏w中有著大量高能量的活化基，活化基氧化燃燒后繼續(xù)放出新的活化基，如此形成一種燃燒鏈反應(yīng)，于是火焰在鏈狀反應(yīng)中得到迅速傳播，使火越燒越旺，此稱氣相燃燒。在實際火災(zāi)中，木材燃燒溫度可高達(dá)800～1300℃。所謂木材的防火，就是將木材經(jīng)過具有阻燃性能的化學(xué)物質(zhì)處理后，變成難燃的材料，以達(dá)到遇小火能自熄，遇大火能延緩或阻滯燃燒蔓延，從而贏得撲救的時間。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!（3）稀釋木材燃燒面周圍空氣中的氧氣和熱分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w，增加隔氧作用。如采用含結(jié)晶水的硼化物和含水氧化鋁等，遇熱放出的水蒸汽，能稀釋氧氣及可燃?xì)怏w的濃度，從而抑止了木材的氣相燃燒，而磷酸鹽和硼化物等在高溫下形成玻璃狀覆蓋層，則阻滯了木材的固相燃燒。#建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!木材的纖維飽和點，是指木材的細(xì)胞壁中吸附水達(dá)飽和狀態(tài)，而細(xì)胞腔及細(xì)胞間隙中不含自由水時的含水率。是木材變形、強(qiáng)度等主要性質(zhì)受含水變化影響的轉(zhuǎn)折點。平衡含水率是指在一定溫、濕度環(huán)境下，木材內(nèi)部含水率不再發(fā)生變化時，此時的含水率為平衡含水率。即木材與環(huán)境進(jìn)行濕度交換，達(dá)到平衡時的含水率。在工程中，應(yīng)使用達(dá)到平衡含水率的木材，以便使用中其性能基本保持穩(wěn)定。規(guī)定含水率為１５％時為木材的標(biāo)準(zhǔn)含水率。此狀態(tài)（接近氣干狀態(tài)）下的木材強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。以此進(jìn)行木材強(qiáng)度的測定和比較與選用，更接近實際使用狀態(tài)。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!例8-3木材在吸濕或干燥過程中，體積變化有何規(guī)律？解干燥木材吸濕，含水率增加，木材出現(xiàn)濕脹。當(dāng)達(dá)到纖維飽和點后再繼續(xù)吸濕，其體積不變。濕木材在干燥脫水過程中，自由水脫出時（含水率大于纖維飽和點時）木材不變形。若繼續(xù)干燥，含水率小于纖維飽和點時，隨著脫水，木材出現(xiàn)干縮。當(dāng)木材的含水率在纖維飽和點以下時，隨含水率降低，即吸附水減少，細(xì)胞壁趨于緊密，木材出現(xiàn)干縮。建料講稿第8章木材共26頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!例8-5一塊松木試件長期置于相對濕度為60％、溫度為20℃的空氣中，其平衡含水率為12.8%，測得順紋抗壓強(qiáng)度為49.4