木材的檢測與應用 木材的分類與構造

木材的分類與構造木材的分類01一、木材的分類針葉樹：樹干通直高大，表觀密度和脹縮變形小，材質軟，耐腐蝕性強木材闊葉樹：樹干通直部分短、材質較硬，一般強度較高，脹縮變形大，較難加工。一、木材的分類1.針葉樹樹葉細長，成針狀，多為常綠樹；紋理順直，木質較軟，強度較高，表觀密度?。荒透g性較強，脹縮變形小，又稱軟木材。習慣上把銀杏和松、杉類的樹木稱為針葉樹。用作承重構件門窗。常用樹種有松、杉、柏等。紅松一、木材的分類2.闊葉樹樹葉寬大，葉脈呈網(wǎng)狀，大多為落葉樹；木質較硬，加工較難；表觀密度大，脹縮變形大，常用作內部裝飾、次要的承重構件和膠合板，有榆樹、樺樹、水曲柳等。榆樹木材的構造02二、木材的構造心材邊材木質部樹皮髓心形成層心材邊材1.宏觀構造用肉眼或低倍放大鏡所看到的木材組織稱為宏觀構造。年輪二、木材的構造（1）邊材、心材在木質部中，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；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，所以容易翹曲變形，抗蝕性也不如心材二、木材的構造（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木在春季生長的，由于生長快，細胞大而排列疏松，細胞壁較薄，顏色較淺，稱為春材(早材)；深色部分是樹木在夏季生長的，由于生長遲緩，細胞小，細胞壁較厚，組織緊密堅實，顏色較深，稱為夏材(晚材)。每一年輪內就是樹木一年的生長部分。年輪中夏材所占的比例越大，木材的強度越高。二、木材的構造（2）年輪、春材、夏材二、木材的構造第一年輪組成的初生木質部分稱為髓心(樹心)。從髓心成放射狀橫穿過年輪的條紋，稱為髓線。髓心材質松軟，強度低，易腐朽開裂。髓線與周圍細胞聯(lián)結軟弱，在干燥過程中，木材易沿髓線開裂。由于木材在各個切面上的構造不同，因此，木材具有各向異性。

二、木材的構造2.微觀構造在顯微鏡下觀察，可以看到木材是由無數(shù)管狀細胞緊密結合而成，它們大部分為縱向排列，少數(shù)橫向排列（如髓線）。每個細胞又由細胞壁和細胞腔兩部分組成，細胞壁又是由細纖維組成，所以木材的細胞壁越厚，細胞腔越小，木材越密實，其表觀密度和強度也越大，但脹縮變形也大。顯微鏡下松木的橫切片示意圖1—細胞壁；2—細胞腔；3—樹脂流出孔；4—木髓線二、木材的構造1—細胞腔；2—初生層；3—細胞間層細胞壁的結構二、木材的構造1—管胞；2—髓線；3—樹脂道；二、木材的構造1—導管；2—髓線；3—木纖維；木材的物理性質03（1）木材中的水分自由水：存在于木材細胞腔和細胞間隙中的水分吸附水：吸附在細胞壁內細纖維之間的水分結合水：形成細胞化學成分的化合水三、木材的物理性質1.木材的含水率（2）木材的纖維飽和點

木材受潮時，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，首先失去自由水，然后才失去吸附水。當吸附水處于飽和狀態(tài)而無自由水存在時，此時對應的含水率稱為木材的纖維飽和點。纖維飽和點隨樹種而異，一般為23%~33%，平均為30%。木材的纖維飽和點是木材物理、力學性質的轉折點。三、木材的物理性質（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。當木材長期處于一定溫度和濕度下，其含水率趨于一個定值，表明木材表面的蒸氣壓與周圍空氣的壓力達到平衡，此時的含水率稱為平衡含水率。根據(jù)周圍空氣的溫度和相對濕度可求出木材的平衡含水率。三、木材的物理性質三、木材的物理性質木材的平衡含水率木材細胞壁內吸附水的變化而引起木材的變形，即濕脹干縮。由于木材構造的不均勻性，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%。一般來講，表觀密度大、夏材含量多的木材，濕脹變形較大。三、木材的物理性質2.濕脹干縮不同樹種的密度相差不大，平均約為1.55g/cm3。三、木材的物理性質3.木材的密度4.表現(xiàn)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，應在含水率為標準含水率情況下進行。木材化學性質04木材的化學性質是指通過化學分解才能了解到的性質，主要包括木材的化學組成、木材主要化學成分的特性等。木材的化學成分十分復雜，概括起來有兩類。四、木材化學性質1.有機物（1）纖維素（2）半纖維素（3）木質素（4）侵填體2.無機物

無機物在木材中表現(xiàn)為灰分。木材燃燒時，即產(chǎn)生灰分?；曳值幕瘜W成分為碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鈣、磷、無機鹽等。木材的力學性質05彈性、塑性、蠕變、抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度、沖擊韌性、抗劈力、抗扭強度、硬度和耐磨性等。1.木材的強度

木材的強度檢驗是采用無疵病的木材制成標準試件，按《木材物理力學試驗方法》進行測定。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。五、木材的力學性質與一般鋼材、混凝土及石材等材料不同，木材屬生物材料，其構造的各向異性導致其力學性質的各向異性。因此，木材力學性質指標有順紋、橫紋、徑向、弦向之分。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。五、木材的力學性質(a)順紋剪切；(b)橫紋剪切；(c)橫紋切斷木材的剪切五、木材的力學性質木材順剪強度較小，平均只有順紋抗壓強度的10％~30％。紋理較斜的木材，如交錯紋理、渦紋、亂紋等,其順剪強度會明顯增加。闊葉樹材順剪強度平均比針葉樹材高出1/2。闊葉樹材弦面抗剪強度較徑面高出10％~30％，如木射線越發(fā)達，這種差異更加明顯。針葉樹材，其徑面和弦面的抗剪強度大致相同。木材各種強度間的關系抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋11/10~1/32~31/3~1/201.5~21/7~1/3?~1（1）抗拉強度木材順紋抗拉強度，是指木材沿紋理方向承受拉力荷載的最大能力。木材的順紋抗拉強度較大，各種木材平均約為117.7－147.1MPa，為順紋抗壓強度的2－3倍。木材在使用中很少出現(xiàn)因被拉斷而破壞。木材的橫紋拉力比順紋拉力低得多，一般只有順紋拉力的l/30—1/40。五、木材的力學性質（2）抗壓強度順紋抗壓強度木材順紋抗壓強度是指木材沿紋理方向承受壓力荷載的最大能力，如木結構支柱和家具中的腿構件所承受的壓力。木柱有長柱與短柱之分。當長度與最小斷面的直徑之比≤11時為短柱，大于11時為長柱，長柱亦稱歐拉柱。長柱以材料剛度為主要因素，受壓不穩(wěn)定，其破壞不是單純的壓力所致，而是縱向上會發(fā)生彎曲、產(chǎn)生扭矩，最后導致破壞，它不屬于順紋抗壓的范疇。五、木材的力學性質五、木材的力學性質木材橫紋抗壓強度測定試樣與受力方向1-徑向全部抗壓2-徑向局部抗壓（3）抗彎強度指木材承受逐漸施加彎曲荷載的最大能力，可以用曲率半徑的大小來度量。它與樹種、樹齡、部位、含水率和溫度等有關。木材抗彎強度亦稱靜曲強度，或彎曲強度，是重要的木材力學性質之一，主要用于家具中各種柜體的橫梁、建筑物的桁架、地板和橋梁等易于彎曲構件的設計。靜力荷載下，木材彎曲特性主要決定于順紋抗拉和順紋抗壓強度之間的差異。因為木材承受靜力抗彎荷載時，常常因為壓縮而破壞，并因拉伸而產(chǎn)生明顯的損傷。對于抗彎強度來說，控制著木材抗彎比例極限的是順紋抗壓比例極限時的應力，而不是順紋抗拉比例極限時應力。五、木材的力學性質（3）抗彎強度當梁承受中央荷載彎曲時，梁的變形是上凹下凸，上部纖維受壓應力而縮短，下部纖維受拉應力而伸長，其間存在著一層纖維既不受壓縮短也不受拉伸長，這一層長度不變的纖維層稱為中性層。中性層與橫截面的交線稱為中性軸。受壓和受拉區(qū)應力的大小與距中性軸的距離成正比，中性層的纖維承受水平方向的順紋剪力。由于順紋抗拉強度是順紋抗壓強度的2—3倍，隨著梁彎曲變形的增大，中性層逐漸向下位移，直到梁彎曲破壞為止。五、木材的力學性質五、木材的力學性質2.木材的硬度指木材抵抗其它剛體壓入的能力。木材的硬度與木材的密度密切相關，密度大其硬度則高，反之則低。樹種密度端面硬度(Mpa)產(chǎn)地泡桐杉木紫椴香樟水曲柳柞木槭木黃檀蜆木0.2830.3760.4510.5350.6430.7480.8800.9231.12819.526.534.440.259.972.9108.8112.4142.3河南湖南黑龍江安徽黑龍江黑龍江安徽浙江廣西五、木材的力學性質紫椴同一樹種，其端面硬度大于徑面和弦面硬度，徑面與弦面相差不大。針葉樹材平均高出35％，闊葉樹材高出25％左右。五、木材的力學性質3.影響木材強度的因素（1）含水量的影響

木材的強度受含水率的影響很大，其規(guī)律是：當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，細胞壁趨于緊密，木材強度增大，反之，則強度減小。當木材含水率在纖維飽和點以上變化時，木材強度不改變。我國木材試驗標準規(guī)定，測定木材強度時，應以其標準含水率（即含水率為12％）時的強度測值為準，對于其他含水率時的強度測值，應換算成標準含水率時的強度值。其換算經(jīng)驗公式如下：五、木材的力學性質式中：σ12:含水率為12％時的木材強度(MPa）；σW:含水率為Ｗ(%)時的木材強度(MPa)；Ｗ——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。五、木材的力學性質含水率對松木力學強度的影響A—橫向抗彎；B—順紋抗壓；C—順紋抗剪五、木材的力學性質3.影響木材強度的因素（2）負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，只有當其應力遠低于強度極限的某一定范圍以下時，才可避免木材因長期負荷而破壞。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度，稱為持久強度。木材的持久強度比其極限強度小得多，一般為極限強度的50％～60％。一切木結構都處于某一種負荷的長期作用下，因此在設計木結構時，應考慮負荷時間對木材強度的影響。五、木材的力學性質3.影響木材強度的因素（2）負荷時間的影響目前長期荷載對木材強度的影響，許多國家都采用小而無疵試樣強度的2/3(即0.67)作為長期荷載強度的數(shù)值；若為恒載，則用1/2。建筑結構物大部均為恒載和活載的共同作用，故在《木結構設計規(guī)范》中，引用的長期荷載強度折減系數(shù)K2＝0.67。五、木材的力學性質3.影響木材強度的因素（3）溫度的影響木材強度隨環(huán)境溫度升高而降低。當溫度由２５℃升到５０℃時，針葉樹抗拉強度降低10%～15%，抗壓強度降