9.木材

JIANZHUCAILIAO土木工程材料CivilEngineeringMaterials主讲：李庆录蒋连接李琳JIANZHUCAILIAO9木材学习知识点：1、木材的构造：宏观构造、显微构造。2、木材的物理力学性质：木材的物理性质、木材的力学性质。3、木材的腐蚀与防腐：木材的腐朽、防腐措施。4、木材的综合利用：刨花板、胶合板、细木工板、纤维板、型压板。教学要求：1、了解木材的优、缺点；木材的分类，特点及用途。2、了解木材宏观和显微结构的特征、认识木材在构造上的不均匀性。3、了解木材中的水分所处的三种状态，木材含水率对木材性能的影响。掌握平衡含水率与纤维饱和点的概念及其实用意义。4、了解工程中常用的几种木材强度及各种强度值之间的大致关系。掌握影响木材强度的因素、掌握含水率对木材强度影响的规律。5、了解造成木材腐朽的原因和条件、了解木材防腐的主要方法。6、了解木材综合利用的意义。JIANZHUCAILIAO9木材3、木材的腐朽与防止1、木材的分类与构造4、木材的应用2、木材的物理力学性质JIANZHUCAILIAO9.1木材的分类与构造木材的优点：1、比强度大，轻质高强；2、有弹性、韧性，抗冲击和振动性能好；3、导热性能低，隔热、保温性能好；4、适当的保护，具有较好的耐久性；5、便于加工，能制成形状不同的产品；6、纹理美观，装饰性能好；7、绝缘性能好，无毒性。木材的缺点：1、构造不均匀，呈各向异性；2、自然缺陷多，影响其使用性能；3、具有干缩湿涨的特点，使用不当易开裂翘曲；4、养护不当，易腐朽，霉烂和虫蛀；5、耐火性能差，易燃烧。JIANZHUCAILIAO9.1木材的分类与构造一、木材的分类树木的分类：一般分为针叶树和阔叶树两大类。种类树种特点用途针叶树松树、杉树、柏树树叶细长、成针状，树干直而高大，木质较软，易于加工，强度较高，表观密度小，胀缩变形小。承重构件，门窗、地板材料。阔叶树榆树、水曲柳、柞木、杨树、桦树、柳树。树叶宽大呈片状，大多为落叶树，树干通直部分较短，木质较硬，加工困难，表观密度大，易于胀缩、翘曲、开裂。内部装修、家具制作，胶合板。JIANZHUCAILIAO9.1木材的分类与构造目前我国生产中的商品材树种根据材质优劣、储量多少和发展利用等原则划分为五类：一类材：红松、柏木、红豆杉、香樟、楠木、擦木、格木、硬黄檀、香红木、花榈木黄杨、红青刚、山核桃、核桃木、榉木、山楝、香桩、水曲柳、梓木、铁力木、玫瑰木。二类材：黄杉、杉木、福建柏、榧木、鹅掌揪、梨木、槠木、水青冈、麻栎、高山栎、桑木、枣木、黄波罗、白蜡木。三类材：落叶松、云杉、松木、铁杉、铁刀木、紫荆、软黄檀、槐树、桦木、栗木、木荷、槭木。四类材：枫香、桤木、朴树、檀、银桦、红桉、白桉、泡桐。五类材：赤杨、杨木、枫杨、轻木、黄桐、冬青。JIANZHUCAILIAO9.1木材的分类与构造二、木材的宏观构造横切面：垂直于树轴的切面；径切面：通过树轴的切面；弦切面：平行于树轴的纵切面。树木是由树皮、木质部、髓心组成。一般树的树皮均无使用价值。髓心是树木最早形成的木质部分，易于腐朽，强度较低，一般不用。木质部接近髓心的部分称为心材，靠近边缘部分称为边材。心材比边材利用价值高。年轮：木质部具有深浅相同的同心圆环。春季生长的木质色较浅，质较松，称为春材；夏秋两季生长的木质色泽较深，质较密，称为夏材相同树种，年轮密而均匀，材质越好，夏材部分越多，强度越高。JIANZHUCAILIAO9.1木材的分类与构造三、木材的微观构造木材是由大量管状细胞紧密结合而成。每个细胞都分为细胞壁和细胞腔两个部分，细胞壁由若干层细胞纤维组成，细胞之间纵向联结比横向联结牢固，所以细胞壁纵向强度高，横向强度低。组成细胞壁的纤维之间有极小的空隙，能吸附和渗透水分。针叶树与阔叶树的微观构造有较大差别。针叶树的微观构造较简单，其中纵向排列的管状细胞占90％以上，髓线较细且不明显。阔叶树的微观构造较复杂，其最大的特点是髓线较粗大而明显。JIANZHUCAILIAO9.1木材的分类与构造四、木材的缺陷1、节子：埋藏在树干中的枝条称为节子。活节：由活枝条所形成，与周围木质紧密连生在一起，质地坚硬，构造正常，对结构无不利影响。死节：由枯死枝条形成，与周围木质大部分或完全脱离，质地坚硬或松软。死节、腐朽节、漏节对木材的力学性能影响较大。2、裂纹：木材纤维与纤维之间分离所形成的缝隙。分为径裂、轮裂、纵裂。裂纹产生的原因有生长环境和生长应力造成的裂纹；不合理加工和干燥引起的裂纹。裂纹破坏了木材的整体性，降低了木材的利用率、强度、装饰价值。3、弯曲、斜纹、伤疤、腐朽、虫害。JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质一、木材的物理性质（一）木材的密度和表观密度1、密度：1.48~1.56g/cm3;2、表观密度：可变，一般小于1（1）树种、含水率、孔隙率和晚材率（2）表观密度越大，强度越高，湿胀干缩越大（二）含水率与吸湿性木材中的水分分为自由水、吸附水、化合水。自由水：存在于细胞腔及细胞壁间隙中的水分，与木材的体积密度、抗腐蚀性、干燥性、燃烧性有关。吸附水：吸附于细胞壁内的水分，是影响木材强度和湿涨干缩的主要因素。化合水：木材化学成分中的结合水，总量通常不超过1％－2％。JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质纤维饱和点：当木材中仅细胞壁内充满吸附水，而细胞腔及细胞间隙中无自由水时的含水率，称为木材的纤维饱和点。不同的树种纤维饱和点数值不同，一般在25％－35%之间，通常以30％作为木材的纤维饱和点。木材的纤维饱和点是木材物理力学性质随含水率而变化的转折点。平衡含水率：木材中的含水率与空气中的湿度达到平衡时的含水率。达到平衡含水率的木材，其性能保持相对稳定。我国北方地区平衡含水率约12％，南方地区约15％－20%。木材的含水率：新伐木材含水率≥35％；风干木材的含水率为15％～25％；室内干燥的木材含水率为8％～15％。JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质（三）干缩与湿涨木材具有显著的干缩湿涨性。当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，自由水蒸发，但木材体积保持不变；继续干燥，木材细胞壁内的吸附水蒸发时，则发生体积收缩，反之亦然。由于木材构造的不均匀性，各个方向的干缩湿涨不一样，沿弦向最大，干缩率约为6％－12％；径向次之，干缩率约为3％－6％；纤维方向最小，干缩率约为0.1％－0.35％。木材的干缩湿涨对木材的使用有严重影响，干缩使木结构构件连接处发生缝隙而致结合松弛，湿涨则造成凸起。减少木材干缩湿涨影响的方法是将木材干燥，使木材的含水率与构件使用时所处的环境湿度相适应，即将木材干燥至平衡含水率。体积弦向径向纵向486210015306045含水率％胀缩变形率％JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质二、木材的力学性质（一）木材的强度1、抗压强度顺纹抗压强度：基本力学指标，木材的顺纹抗压强度较高，且木材的疵病对其影响较小。顺纹受压破坏是由于木材细胞壁失去稳定性的结果，而非纤维断裂。横纹抗压强度：横纹破坏主要是由于细胞被挤紧、压扁，产生较大的变形，而非纤维断裂。所以木材的横纹抗压强度以使用中所限制的变形量来决定，通常取比例极限作为横纹抗压强度极限值。木材的横纹抗压强度只有顺纹抗压强度的10％－20％。JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质2、抗拉强度顺纹抗拉强度：木材各种力学强度中最大的。顺纹破坏时，不是纤维被拉断，而是纤维间被撕裂。顺纹抗拉强度为顺纹抗压强度的2－3倍，但受木材的各种疵病的影响较大，因此木材的实际顺纹抗拉强度比顺纹抗压强度低。由于木材受拉杆件连接处的应力复杂，顺纹抗拉强度难以充分利用，一般较少考虑木材顺纹受拉。横纹抗拉强度：木材的横纹抗拉强度很小，通常只有顺纹抗拉强度的1/10－1/40，主要是由于木材细胞横向连接很弱，所以应避免木材横纹受拉。JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质3、抗弯强度木材受弯时内部应力十分复杂，上部为顺纹抗压，下部为顺纹抗拉，在水平面上则有剪应力。木材破坏时，通常在受压区首先达到强度极限，开始形成微小的不明显的皱纹，但不立即破坏，随着外力增大，皱纹慢慢地在受压区扩展，产生大量塑性变形，受拉区内的纤维达到强度极限时，因纤维本身及纤维间的联结的断裂而最终破坏。木材的抗弯强度很高，为顺纹抗压强度的1.5－2倍。但木材的疵病对抗弯强度影响很大，特别是当它们分布在受拉区时。JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质4、剪切强度顺纹剪切：破坏是由于纤维间联结撕裂所致，所以木材的顺纹剪切强度为同一方向抗压强度的15％－30％。横纹剪切：破坏剪切面中纤维的横向联结所致，因此木材的横纹剪切强度更低。横纹切断：剪切破坏是将木纤维切断，因此这种剪切强度较大，一般为顺纹剪切强度的4－5倍。JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质木材各种强度值的比较（以顺纹抗压强度为1）抗压抗拉抗弯抗剪顺纹横纹顺纹横纹顺纹横纹切断11/10－1/32－31/20－1/31.5－21/7－1/31/2－1常用木材的物理力学性能树种名称产地气干密度g/cm3干缩系数顺纹抗压Mpa顺纹抗拉Mpa抗弯Mpa顺纹抗剪Mpa径向弦向径向弦向杉木湖南0.370.110.2838.877.263.84.24.9红松东北0.440.120.3232.898.165.36.36.9马尾松安徽0.530.140.2741.999.080.77.37.1冷杉四川0.430.170.3438.897.370.05.05.5柞栎东北0.770.200.3255.6155.1124.111.812.9水曲柳东北0.690.200.3552.5138.1118.611.310.5白桦黑龙江0.610.230.3142.0－87.57.810.6JIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质（二）影响木材强度的主要因素1、含水率当木材含水率小于纤维饱和点时，随着含水率的增加，强度将下降；当木材的含水率超过纤维饱和点时，含水率的变化不影响木材的强度。标准含水率：国家规定12％的含水率为标准含水率，以标准含水率12％时测定的强度值为标准强度值。其他含水率的强度应按以下公式进行换算（含水率在8％－23％范围内误差最小）：15303504080120160强度极限Mpa含水率％含水率对木材强度的影响顺纹受拉顺纹受压弯曲顺纹受剪12[1(12)]WWJIANZHUCAILIAO9.2木材的物理力学性质2、木材构造及疵病的影响3、环境温度当温度从25℃升至50℃时，将因木材纤维和木纤维间胶体软化等原因，使木材的抗压强度下降20％－40％，抗拉和抗剪强度下降12％－20％。此外木材长时间受干热作用可能出现脆性。4、外力作用时间木材极限强度表示抵抗短时间外力破坏的能力。木材在长期荷载作用下所能承受的最大应力称为木材的持久强度。木材的持久强度仅为极限强度的50％－60％。木材强度（％）荷载持续时间（d）02040608010080604020持久强度JIANZHUCAILIAO9.3木材的防护一、木材的干燥1、自然干燥将木按一定的方式堆积在通风良好的场所，避免阳光直射和雨淋，使木材中的水分自然蒸发。干燥质量好，但干燥时间长，占用场地大，只能干燥到风干状态。2、人工干燥蒸材法和热炕法。干燥时间短，含水率可调，质量差。二、木材的防腐1、木材腐朽的原因菌类和昆虫的侵害造成。菌类生长的必备条件：适宜的温度（25℃－30℃）；湿度（含水率35％－50％）；空气。2、木材防腐措施（1）干燥法；（2）防腐剂法；（3）涂料覆盖法。三、木材的防火1、用防火浸剂对木材进行浸渍处理；2、在木材表面涂刷防火涂料。JIANZHUCAILIAO9.4木材在建筑工程中的应用一、木材的规格及用途1、原条：指除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定尺寸加工成规定直径和长度的材料，主要用于建筑工程的脚手架、建筑用材和家具制作。2、原木：指除去皮、根、树梢的木料，并按一定尺寸加工成