rA土木工程材料教案42張課件

《土木工程材料》教案

第八章白城師范學(xué)院土木工程系楊勇《土木工程材料》教案

第八章白城師范學(xué)院土木工程系18木材8.1木材的分類與構(gòu)造8.2木材的性能及應(yīng)用8.3木材的防護與防火8木材8.1木材的分類與構(gòu)造2學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.了解木材的分類與構(gòu)造；2.熟悉木材的性能及應(yīng)用；3.了解木材防護與防火。學(xué)習(xí)內(nèi)容：3

木材應(yīng)于建筑，歷史悠久。我國在木材建筑技術(shù)和木材裝飾藝術(shù)上都有很高的水平和獨特的風(fēng)格。如世界聞名的天壇祈年殿完全由木材構(gòu)造，而山西佛光寺正殿保存至今已達千年之久。過去木材是重要的結(jié)構(gòu)用材，而現(xiàn)在則主要用于室內(nèi)裝飾和裝修。木材應(yīng)于建筑，歷史悠久。我國在木材建筑技術(shù)和4木材作為建筑和裝飾材料具有以下的優(yōu)點：①比強度大，具有輕質(zhì)高強的特點；②彈性韌性好，能承受沖擊和振動作用；③導(dǎo)熱性低，具有較好的隔熱、保溫性能；④在適當(dāng)?shù)谋ｐB(yǎng)條件下，有較好的耐久性；⑤紋理美觀、色調(diào)溫和、風(fēng)格典雅，極富裝飾性；⑥易于加工，可制成各種形狀的產(chǎn)品；⑦絕緣性好、無毒性；⑧木材的彈性、絕熱性和暖色調(diào)的結(jié)合，給人以溫暖和親切感。木材作為建筑和裝飾材料具有以下的優(yōu)點：5木材的組成和構(gòu)造是由樹木生長的需要而決定，因此人們在使用時必然會受到木材自然屬性的限制，主要有以下幾個方面：①構(gòu)造不均勻，呈各向異性；②濕脹干縮大，處理不當(dāng)易翹曲和開裂；③天然缺陷較多，降低了材質(zhì)和利用率；④耐火性差，易著火燃燒；⑤使用不當(dāng)，易腐朽、蟲蛀。木材的組成和構(gòu)造是由樹木生長的需要而決定，因此人們在使用時必68.1木材的分類和構(gòu)造8.1.1樹木的分類木材產(chǎn)自木本植物中的喬木，即針葉樹和闊葉樹。至于棕櫚和竹子，雖也是單主干木本植物，但與針葉樹和闊葉樹有本質(zhì)的區(qū)別。棕櫚和竹子在生長上僅由初生長成粗壯的莖，沒有次生長活動。棕櫚莖干中央部分的組織不結(jié)實、松軟，而竹子中央部位常成空腔。8.1木材的分類和構(gòu)造71針葉樹材針葉樹樹葉如針狀（如松）或鱗片狀（如側(cè)柏），習(xí)慣上也包括宮扇形葉的銀杏。針葉樹樹干通直高大，枝杈較小分布較密，易得大材，其紋理順直，材質(zhì)均勻。大多數(shù)針葉樹材的質(zhì)較輕軟而易于加工，故針葉樹材又稱軟材。針葉樹材強度較高，脹縮變形較小，耐腐蝕性強，建筑上廣泛用做承重構(gòu)件和裝修材料。我國常用針葉樹樹種有陸均松、紅松、紅豆杉、冷杉和福建柏等。1針葉樹材82闊葉樹材闊葉樹樹葉多數(shù)寬大、葉脈成網(wǎng)狀。闊葉樹樹干通直部分一般較短，枝杈較大，數(shù)量較少。相當(dāng)數(shù)量闊葉樹材的材質(zhì)重硬而較難加工，故闊葉樹材又稱硬材。闊葉樹材強度高，脹縮變形大，易翹曲開裂。闊葉樹材質(zhì)面通常較美觀，具有很好的裝飾作用，適于做家具、室內(nèi)裝修及膠合板等。我國常用闊葉樹樹種有水曲柳、櫟木、樟木、黃菠蘿、榆木、核桃木、酸棗木、梓木和檫木等。2闊葉樹材98.1.2木材的構(gòu)造1.木材的宏觀構(gòu)造木材是非均質(zhì)材料，其構(gòu)造應(yīng)從樹干的三個主要切面來剖析：橫切面垂直于樹軸的切面；徑切面通過樹軸的縱切面；弦切面平行于樹軸的切面。8.1.2木材的構(gòu)造1.木材的宏觀構(gòu)造10rA土木工程材料教案42張課件11樹木由樹皮、木質(zhì)部和髓心所組成。樹皮由外皮、軟木組織（栓皮）和內(nèi)皮組成。有些樹種（如栓皮櫟、黃菠蘿）的軟木組織較發(fā)達，可用做絕熱材料和裝飾材料。髓心位于樹干的中心，由最早生成的細(xì)胞所構(gòu)成，其質(zhì)地疏松而脆弱，易被腐蝕和蟲蛀。木質(zhì)部位于髓心和樹皮之間的部分，是建筑材料使用的主要部分。樹木由樹皮、木質(zhì)部和髓心所組成。樹皮由外皮、軟木組織（栓皮）12樹木生產(chǎn)呈周期性，在一個生長周期內(nèi)所產(chǎn)生的一層木材環(huán)輪稱為一個生長輪。樹木在溫帶氣候一年僅有一度的生長，所以生長輪又稱為年輪。從橫切面上看，年輪是圍繞髓心、深淺相間的同心環(huán)。在同一生長年中，春天細(xì)胞分裂速度快，細(xì)胞腔大壁薄，所以構(gòu)成的木質(zhì)較疏松，顏色較淺，稱為早材或春材；夏秋兩季細(xì)胞分裂速度慢，細(xì)胞腔小壁厚，構(gòu)成的木質(zhì)較致密，顏色較深，稱為晚材或夏材。一年中形成的早、晚材合稱為一個年輪。相同的樹種，徑向單位長度的年輪數(shù)越多，分布越均勻，則材質(zhì)越好。同樣，徑向單位長度的年輪內(nèi)晚才含量（稱晚材率）越高，則木材的強度也越大。樹木生產(chǎn)呈周期性，在一個生長周期內(nèi)所產(chǎn)生的一層木材環(huán)輪稱為一13有些樹種在橫切面上，材色可分為內(nèi)、外兩大部分。顏色較淺靠近樹皮部分的木材稱為邊材，顏色較深靠近髓心的木材稱為心材。從髓心向外的輻射線，稱為髓線。髓線與周圍連接較差，木材干燥時易沿髓線開裂，但髓線與年輪組成了木材美麗的天然花紋。有些樹種在橫切面上，材色可分為內(nèi)、外兩大部分。顏色較淺靠近樹142.木材微觀結(jié)構(gòu)在顯微鏡下觀察，木材是由無數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成。它們絕大部分縱向排列，少數(shù)橫向排列。每一個細(xì)胞分為細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩部分，細(xì)胞壁由纖維素分子束在半纖維素和木質(zhì)組成的基體相中構(gòu)架而成，大多數(shù)纖維素束沿細(xì)胞長軸呈小角度螺旋狀排列。木材的細(xì)胞壁愈厚，腔愈小，木材愈密實，強度也愈大，但脹縮也大。與春材相比，夏材的細(xì)胞壁較厚。針葉樹顯微結(jié)構(gòu)簡單規(guī)則，它主要由管胞和髓線組成，其髓線較細(xì)不明顯。闊葉樹顯微結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其最大的特點是髓線發(fā)達，粗大而明顯。2.木材微觀結(jié)構(gòu)158.2木材的性能及應(yīng)用8.2.1木材的性能1.木材的含水率及吸濕性木材中的含水量以含水率表示，即木材中所含水的質(zhì)量占干燥木材質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。新伐倒的樹木稱為生材，其含水率一般在70%～140%。木材氣干含水量因地而異，南方約為15%～20%，北方約為10%～15%。窯干木材的含水率約在4%～12%。8.2木材的性能及應(yīng)用8.2.1木材的性能16木材中所含水分可分為自由水和吸附水兩種。⑴自由水存在于木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分。自由水影響木材的表觀密度、保存性、抗腐蝕性和燃燒性。⑵吸附水被吸附在細(xì)胞壁基體相中的水分。由于細(xì)胞壁相具有較強的親水性，且能吸附和滲透水分，所以水分進入木材后首先被吸入細(xì)胞壁。吸附水是影響木材強度和脹縮的主要因素。木材中所含水分可分為自由水和吸附水兩種。17濕木材在空氣中干燥時，當(dāng)自由水蒸發(fā)完畢而吸附尚處于飽和時的狀態(tài)，稱為纖維飽和點。此時的木材含水率稱為纖維飽和點含水率，其大小隨樹而異，通常介于23%～33%。纖維飽和點含水率的重要意義不在其數(shù)值的大小，而在于它是木材許多性質(zhì)在含水率影響下開始發(fā)生變化的起點。潮濕的木材會向較干燥的空氣中蒸發(fā)水分，干燥的木材也會從濕空氣中吸收水分。木材長時間處于一定溫度和濕度的空氣中，當(dāng)水分的蒸發(fā)和吸收達到動態(tài)平衡時，其含水率相對穩(wěn)定，這時木材的含水率稱為平衡含水率。北方約12%，南方約18%，長江流域15%左右。濕木材在空氣中干燥時，當(dāng)自由水蒸發(fā)完畢而吸附尚處于飽和時的狀182.木材的濕漲干縮與變形木材具有顯著的濕脹干縮性。當(dāng)木材從潮濕狀態(tài)干燥至纖維飽和點時，自由水蒸發(fā)不改變其尺寸；繼續(xù)干燥，細(xì)胞壁中吸附水蒸發(fā)，細(xì)胞壁基體相收縮，從而引起木材體積收縮。反之，干燥木材吸濕時將發(fā)生體積膨脹，直到含水量達到纖維飽和點為止。細(xì)胞壁愈厚，則脹縮愈大。因而，表觀密度大、夏材含量多的木材脹縮變形較大。2.木材的濕漲干縮與變形19rA土木工程材料教案42張課件20由于木材構(gòu)造不均勻，各方向、各部位脹縮也不同，其中弦向最大，徑向次之，縱向最小，邊材大于心材。一般新伐木材完全干燥時，弦向收縮6%～12%，徑向收縮3%～6%，縱向收縮0.1%～0.3%，體積收縮9%～14%。由于復(fù)雜的構(gòu)造原因，木材弦向收縮總是大于徑向，弦向收縮與徑向收縮比率通常為2：1。木材干燥時其橫截面變形不均勻，干縮會使板材發(fā)生翹曲（包括順彎、橫彎、翹彎）和扭彎。由于木材構(gòu)造不均勻，各方向、各部位脹縮也不同，其中弦向最大，21木材濕脹干縮性將影響到其實際使用。干縮會使木材翹曲開裂、接榫松弛、拼縫不嚴(yán)，濕脹則造成凸起。為了避免這種情況，在木材加工制作前必須預(yù)先進行干燥處理，使木材的含水率比使用地區(qū)平衡含水率低2%～3%。木材濕脹干縮性將影響到其實際使用。干縮會使木材翹曲開裂、接榫223.木材的強度木材的強度主要是指其抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度。由于木材構(gòu)造各向不同，其強度呈現(xiàn)出明顯的各向異性，因此木材強度應(yīng)有順紋和橫紋之分。木材的順紋抗壓、抗拉強度均比相應(yīng)的橫紋強度大得多，這與木材細(xì)胞結(jié)構(gòu)及細(xì)胞在木材中的排列有關(guān)。表8-1是木材各強度大小關(guān)系。3.木材的強度23表8-1木材無缺陷時各強度大小關(guān)系抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋10010~30200~3005~30150~20015~3050~100表8-1木材無缺陷時各強度大小關(guān)系抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋順24影響木材強度的因素：木材含水量對強度影響極大。在纖維飽和點以下時，水分減少，則木材多種強度增加，其中抗彎和順紋抗壓強度提高較明顯，對順紋抗拉強度影響最小。在纖維飽和點以上，強度基本為一恒定值。溫度對木材強度有直接影響。試驗表明，溫度從25℃升至50℃時，將因木纖維和木纖維間膠體的軟化等原因，使木材抗壓強度降低20%～40%，抗拉和抗剪強度下降12%～20%。此外，木材長時間受干熱作用可能出現(xiàn)脆性。影響木材強度的因素：25木材極限強度表示抵抗短時間外力破壞的能力，木材在長期荷載作用下所能承受的最大應(yīng)稱為持久強度。由于木材受力后將產(chǎn)生塑性流變，使木材強度隨荷載時間的增長而降低，木材的持久強度僅為極限強度的50%～60%。木材的強度是以無缺陷標(biāo)準(zhǔn)試件測得的，而實際木材在生長、采伐、加工和使用過程中會產(chǎn)生一些缺陷，如木節(jié)、裂紋和蟲蛀等，這些缺陷影響了木材材質(zhì)的均勻性，破壞了木材的構(gòu)造，從而使木材的強度降低，其中對抗拉和抗彎強度影響最大。木材極限強度表示抵抗短時間外力破壞的能力，木材在長期荷載作用268.2.2木材及其制品的應(yīng)用按加工程度和用途不同，木材分為圓條、原木、鋸材三類。8.2.2木材及其制品的應(yīng)用27木材的初級產(chǎn)品表8-2分類說明用途圓條除去根、梢、枝的伐倒木用做進一步加工原木除去根、梢、枝和樹皮并加工成一定長度和直徑的木段用做屋架、柱、桁條等，也可用于加工鋸材和膠合板等鋸材板材（寬度為厚度的3倍或3倍以上）薄板：厚度12～21㎜門芯板、隔斷、木裝修等中板：厚度25～30㎜屋面板、隔斷、木裝修等厚板40～60㎜門窗方材（寬度小于厚度的3倍）小方：截面積54㎡以下椽條、隔斷木筋、吊頂隔柵中方：截面積55～100㎡支撐、擱柵、扶手、檁條大方：截面積101～225㎡屋架、檁條特大方：截面積226㎡以上木或鋼木屋架木材的初級產(chǎn)品表281.條木地板1.條木地板292.拼花木地板2.拼花木地板30rA土木工程材料教案42張課件313.復(fù)合木地板3.復(fù)合木地板32rA土木工程材料教案42張課件33rA土木工程材料教案42張課件344.膠合板4.膠合板35rA土木工程材料教案42張課件365.刨花板、木絲板、木屑板5.刨花板、木絲板、木屑板378.3木材的防護與防火8.3.1木材的腐朽與防護木材的腐朽是由真菌在木材中寄生而引起的。侵蝕木材的真菌有三種，即霉菌、變色菌和木腐菌一般只寄生在木材表面，并不破壞細(xì)胞壁，對木材強度幾乎無影響。變色菌多寄生于邊材，對木材力學(xué)性質(zhì)影響不大。但變色菌侵入木村較深，難以除去，損害木材外觀質(zhì)量。腐朽防護措施：8.3木材的防護與防火8.3.1木材的腐朽與防護38⑴干燥采用氣干法或窯干法將木材干燥至較低的含水率，并在設(shè)計和施工中采取各種防潮和通風(fēng)措施，如在地面設(shè)防潮層，木地板下設(shè)通風(fēng)洞，木屋頂采用山墻通風(fēng)等，使木材經(jīng)常處于通風(fēng)干燥狀態(tài)。⑵涂料覆蓋涂料種類很多，作為木材防腐應(yīng)采用耐水性好的涂料。涂料本身無條菌殺蟲能力，但涂刷涂料可在木材表面形成完整而堅韌的保護膜，從而隔絕空氣和水分，并阻止真菌和昆蟲的侵入。⑶化學(xué)處理化學(xué)防腐是將對真菌蟲有毒害作用的化學(xué)防腐劑注入木材中，使真菌無法寄生。防腐劑主要有水溶性、油溶性和油質(zhì)防腐劑三大類。室外應(yīng)采用耐水性好的防腐劑。防腐劑注入方法主要有表面涂刷、常溫浸漬、冷熱槽浸透和壓力滲透法等。⑴干燥采用氣干法或窯干法將木材干燥至較低的含水率，并在設(shè)398.3.3木材的防火易燃是木材最大的缺點，木材防火處理的方法有：⑴用防火浸劑對木材進行浸漬處理，為了達到要求的防火性能，應(yīng)保證一定的吸藥量和透入深度。⑵將防火涂料刷或噴灑于木材表面，待涂料固結(jié)后即構(gòu)成防火保護層。防火效果與涂層厚度或每平方米涂料用量有密切關(guān)系。8.3.