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1、第10章木材,10.1 木材的分类和构造 10.2 木材的物理力学性质 10.3 木材的干燥与防腐 10.4 木材在建筑工程中的应用,概述,木材是重要的建筑材料，过去是重要的结构用材，而现在则主要用于室内装饰和装修。由于木材的生长期较长，我国森林资源十分宝贵，森林除了为人类提供木材外，还对维持地球生态平衡起着重要作用。因此在工程中要合理、节约用材。,古栈道中的木结构,“蜀道难，难于上青天”,山西应县木塔,悬空寺,斗拱,贵重木材-乌木,木结构别墅,木材的优点： 1、比强度大，轻质高强：0=0.5g/cm3，其抗拉强度约100MPa 2、弹性、韧性好：能承受较大的冲击荷载和振动作用 3、保温隔热性
2、好：=0.3w/mk，为多孔结构，孔隙率可达50% 4、装饰性好：木材具有美丽的天然纹理，色调温和、风格典雅 5、易于加工和安装： 木材的缺点： 1、构造不均匀，呈各向异性 2、湿胀干缩大，易变形和开裂 3、易燃，耐火性差 4、易腐朽、虫蛀,10.1木材的分类和构造 10.1.1分类 1、针叶树树叶细长呈针状，树干直而高，易得大材，纹理顺直、材质均匀。木质软易加工，强度高变形小，耐腐蚀性好。多用于承重构件及装饰材料。 常用树种：松树、杉树、柏树。 2、阔叶树树叶宽大呈片状，树干短，木质重而硬，不易加工，强度高但易变形、翘曲、开裂，不宜作承重构件。装饰性好，适于做家具及装修。 常用树种：榆树、桦
3、树、水曲柳等。 A 针叶树 B 阔叶树,10.1.2木材的宏观构造 木材的宏观构造是指用肉眼和放大镜能观察到的构造特征。由于木材构造的不均匀性，必须从三个切面即横切面、径切面、弦切面（如图所示）来观察。,1、组成从横切面可以看出：木材主要是由髓心和木质部组成的。木质部是土木工程中使用的主要部分， 在木质部中心颜色较深的部分称为心材； 靠近树皮颜色较浅的部分叫边材， 心材含水量较少，不翘曲变形，抗腐蚀性较强。边材含水量大，容易翘曲变形，抗腐蚀性也不如心材。一般心材的利用价值比边材大一些。 2、年轮从横切面上看到的深浅相间的同心圆环。在同一年轮内: 春天生长的木质颜色较浅、材质松软，称为春材（早材
4、）; 夏秋两季生长的木质颜色较深，材质坚硬，称为夏材（晚材）。夏材部分越多，年轮越密且均匀，木材质量越好，强度越高。 3、髓心是树干的中心，其材质松软、强度低、易磨蚀和虫害。从髓心向外的射线称为髓线，它与周围连结差，干燥时易开裂。,年轮,10.1.3木材的微观构造 木材的微观构造是指借助显微镜才能看到的组织。 木材是由无数管状细胞组成的，除少数细胞横向排列外（形成髓线），绝大部分细胞是纵向排列的。 木材细胞由细胞壁和细胞腔组成，细胞壁由若干层细纤维组成；纤维之间纵向连接比横向连接牢固，所以木材具有各向异性； 同时细胞中细胞腔和细胞间隙之间存在着大量的孔隙，决定了木材具有吸湿性较大的特点。 木材
5、细胞分为：管胞、导管、木纤维、髓线等多种。不同树木其细胞组成不同： 针叶树组成简单，髓线细小，但阔叶树组成复杂，髓线发达，粗大且明显，所以造成了二者树木构造及性能上的差异。 针叶树由管胞和髓线等组成； 阔叶树由木纤维、导管和髓线组成。,10.2木材的物理力学性质 一、含水率 自由水存在于细胞腔和细胞间隙中的水。 其含量影响木材的体积密度、抗腐蚀性、干燥性和燃烧性。 吸附水吸附于细胞壁内细纤维之间的水分。 其含量影响木材的胀缩和强度。 纤维饱和点木材中无自由水，而细胞壁内的吸附水达到饱和时的含水率称为木材的纤维饱和点。 纤维饱和点是木材物理力学性能影响的转折点： 当W W饱时： 含水量的变化对强
6、度和胀缩无影响； 当WW饱时： 含水率的变化会引起强度和胀缩的变化。 平衡含水率当木材的含水率与环境湿度达到平衡时的含水率。,木材在纤维饱和点以内含水率的变化对变形、强度等物理力学性能影响极大，为了避免木材因为含水率大幅度变化而引起变形及制品开裂，因此木材在使用前，必须使其含水率达到使用环境常年平均平衡含水率。 木材的平衡含水率随其所在的地区不同而异： 我国北方约为12%左右； 南方约为18%左右； 长江流域一般为15%左右。,二 、木材的变形（湿胀干缩） 1、变形与含水率的关系 W饱时：W变化只是自由水改变木材不变形 （自由水存在于细胞腔和细胞间隙中） W W饱时：W木材体积收缩 2、变形与
7、构造的关系： 由于构造的不均匀性，各方向变形的大小也不同，其变形为： 弦向最大，612； 径向次之，36； 纵向最小，0.10.35%。 干缩对木材的使用有很大的影响，它会使木材产生裂缝或翘曲变形，以至引起木结构的结合松弛或凸起等。,三、强度： 特点：木材的力学性质是各向异性的。 （原因：木材的构造各向不同） 受力情况分为： 顺纹（作用方向与纤维方向平行）和 横纹（作用方向与纤维方向垂直）两种。 各种强度的特征（见下一幻灯片）。 由表中可知：顺纹强度横纹强度。 大小顺序：f顺纹抗拉f抗弯f顺纹抗压f顺纹抗剪,木材各强度之间的关系,影响强度的主要因素： 1、含水率W： 当WW饱时：W吸附水减少，
8、细胞壁紧密强度； 反之，吸附水增多，细胞壁膨胀，组织疏松强度； 当W W饱时：只是自由水变化，强度不变。 规定以含水率15%时的强度为标准，其它含水率时的强度应换算。 2、加荷时间： 木材在长期荷载作用下所能承受的最大应力，称为持久强度。木材的持久强度仅为短期荷载强度的5060%。这是由于木纤维在长期荷载下产生了塑性流变（蠕变）的结果。因此在设计木结构时，必须考虑负荷时间对木材强度的影响。 3、环境温度： 环境温度升高，将使木纤维的胶凝物质处于软化状态，其强度和弹性均降低。环境温度在50以上时，不应采用木结构。 4、缺陷： 木材在生长、采伐、保存过程中所产生的内部和外部的缺陷，如木节、裂纹腐朽
9、及虫蛀等，破坏了木材的构造，造成材质的不连续性和不均匀性，使强度降低。,10.3木材的防护 一、木材的干燥 木材在加工和使用前必须进行干燥处理，其目的是提高强度，防止收缩、变形和开裂，减小重量以及防腐防虫，从而改善性能、提高耐久性。 二、木材的防腐 1、腐朽的原因 木材的腐朽是由真菌侵害和昆虫蛀蚀引起的，是木材的最大缺点之一。引起木材变质腐朽的真菌有三种： 霉菌霉菌只寄生于木材表面，对木材不起破坏作用，通常称为发霉，经刨光即可除去； 变色菌使木材变色，影响外观。它以细胞腔内淀粉、糖类等为养料，不破坏细胞壁，故对木材的破坏作用也很小； 腐朽菌腐朽菌以分解细胞壁物质为养料，供自身生长繁殖，使木材腐
10、朽破坏。 另外，木材还受到白蚁、天牛、蠹虫等昆虫的蛀蚀，破坏木材的完整性，使强度降低。,2、防腐防虫的方法 真菌生存繁殖必须同时具备三个条件： 适当的水分、氧气和温度： 木材的含水率3550%、温度为2530，又有一定量空气时，最适宜真菌生存繁殖。如设法破坏其中一个条件，就能防止木材腐朽。 防腐方法： （1）干燥及刷涂料：将木材干燥至W20%，使用中保持良好的通风状态，防潮，表面涂刷油漆等涂料，隔绝空气和水分； （2）化学处理：用化学防腐剂对木材处理，使木材成为对真菌有毒的物质。 防腐剂分为：水溶性、油质和膏状防腐剂三类。,三、木材的防火 易燃是木材的最大缺点。木材的防火就是用具有阻燃性能的化
11、学物物质处理木材，使其成为难燃的材料，以达到遇小火能自熄，遇大火能延缓或阻滞燃烧蔓延，从而给灭火或逃生赢得时间。 木材的燃烧机理： 木材在热的作用下发生热分解反应，随温度升高，热分解加快。当达到木材燃点（220）时，木材燃烧放出大量可燃气体，其中含有大量高能量的活化基，活化基氧化燃烧后继续放出新的活化基，如此形成燃烧链反应，使火焰迅速传播，此称气相燃烧。当达到450以上时，木材形成固相燃烧。实际火灾中，木材燃烧温度可达8001300。 木材防火处理方法： （1）表面涂敷防火涂料 （2）将防火剂浸注木材中,10.4 木材在建筑工程中的应用 建筑工程中直接使用的木材常有三种形式，即 原木、板材和枋
12、材。 一 、 木材产品 木材按其加工程度和用途不同，常分为：原条、原木和锯材三种。 原条是指去皮（也有不去皮的）而未经加工成规定材品的木材，主要用于建筑工程的脚手架和供进一步加工等。 原木是指除去树皮（也有不去的）和树梢并按尺寸切取的材料，有直接使用原木和加工原木之分，直接使用原木在建筑工程中用做屋架、檩条等；加工原木用于锯制普通锯材，加工胶合板等。 锯材是指已经加工锯解成一定尺寸的的木料。凡宽度为厚度三倍以上的，称为板材，不足三倍为枋材。,二、人造板材 1细木工板 2胶合板 3纤维板 4刨花板、木丝板、木屑板 5木塑材料（塑木或塑胶木） 用塑料和木纤维（木粉、稻壳、麦秸、花生壳等天然纤维）经
13、过高分子改性，通过配料、混合、挤出等工艺加工制成的一种复合材料。 特点：具有木材的优点，克服了木材的缺点，具有防火、防水、防潮、防腐、无毒、使用寿命长、可循环利用以及不含甲醛等优良性能，产品兼备塑料和木材的主要特点，可在许多场合替代塑料和木材，是一种极具发展潜力的环保型新材料。,二 、人造板材 它是利用木材或含有一定量的纤维的其他植物作原料，采用一般物理和化学方法加工制成的。这类板材与天然木材相比，板面宽、表面平整光洁，没有节子、虫眼和各向异性等缺点，不翘曲、不开裂，经加工处理后还具有防火、防水、防腐、防酸等性能。 常用的人造板材有：胶合板、纤维板、刨花板等。 1、胶合板它是使三层或多层单板的
14、纤维方向互相垂直胶合而成的薄板。一般可分为阔叶树材普通胶合板和松木普通胶合板两种，其特性和适用范围见表9-6。 2、纤维板它是将树皮、刨花、树枝等废料经破碎、浸泡、研磨成木浆，再经加压成型、干燥处理而成的板材。 纤维板构造均匀，而且完全克服了木材的各种疵病，不易胀缩、翘曲和开裂，各个方向强度一致并有一定的绝缘性。 硬质纤维可以代替木材，用于室内墙面、天花板、地板、家具等，软质纤维可用作保温、吸声材料。 3、刨花板它是利用木材加工是产生的碎木、刨花，经干燥，拌胶，在压制而成的板材，也称碎木板。 刨花板表观密度小、性质均匀、花纹美丽，但容易吸湿，强度不高，可用作保温、隔音或室内装饰材料。,三、木制
15、品及其应用,条木地板 拼花木地板 强化复合木地板 木线,桃柚,金坛木,花梨木,红檀香,胶合板 胶合板是将一组单板按相邻层木纹方向互相垂直组坯胶合而成的板材。,刨花板 刨花板是利用施加或未施加胶料的木质刨花或木质纤维材料（如木片、锯屑和亚麻等）压制的板材。,木屑板、木丝板、水泥木屑板 利用木材加工的木屑、木丝、刨花拌以粘结剂压制而成。用于保温绝热和吸音。,本章小结,木材具有轻质高强、耐冲击、弹性和韧性好，导热性低，纹理美观、装饰性好等特点，但由于其生长周期长、大量砍伐对生态环境不利，且其本身易燃、易虫蛀、易变形及各向异性等固有缺陷，在工程中应尽量以其他材料代替，以节省木材资源。 木材易于加工，并且通过加工处理，还可以克服或减轻各向异性、含水率和天然疵病等对性能的不良影响，各种人造板材（胶合板、刨花板、纤维板等）具有良好的综合性能是目前主要的代木产品。,水曲柳,桦木,松木,柏树,
