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1、项目八建筑木材 提纲 8 1木材的认识 木材 lumber timber wood 泛指用于工民建筑的木制材料 常被统分为软材和硬材 建筑工程上常把由天然树木加工成的圆木 板材 枋材等建筑用材总称木材 木材对于人类生活起着很大的支持作用 根据木材不同的性质特征 人们将它们用于不同途径 工程中所用的木材主要取自树木的树干部分 木材因取得和加工容易 自古以来就是一种主要的建筑材料 树木分为针叶树 见图8 1 和阔叶树 见图8 2 两类 图8 1针叶树 图8 2阔叶树 针叶树多为常绿树 其树干通直高大 树叶细长如针 纹理顺直 材质一般较软 有的含树脂 故又称软材 针叶树材强度较高 表观密度及缩胀变形
2、较小 耐腐蚀性强 为建筑工程中的主要用材 常见的针叶树种有红松 樟子松 落叶松 云杉 冷杉 铁杉 杉木 柏本 云南松 华山松 马尾松等 阔叶树多数树种树干通直 少数树干较短 材质坚硬 难于加工 故又称其硬材 阔叶树材一般密度大 强度高 缩胀和弯曲变形大且极易开裂 在建筑中常用作小尺寸的装饰构件 对于具有天然美丽纹理的树种 常用于室内装修 还有一些阔叶树用作行道树或庭园绿化树种 常用的阔叶树种有樟木 水曲柳 青冈 柚木 山毛榉 色木 榆木 柞树等 常见木材树种和分类见表8 1 表8 1木材的树种和分类 木材的构造是木材性能的决定性因素 不同树种 其构造有很大差异 通常可从宏观和微观两方面观察 木
3、材的宏观构造木材宏观构造 见图8 3 是指肉眼或用放大镜看大的木材内部构造 生长的树木有树根 树干和树枝三部分 由树干可获取60 90 的木材 为便于了解宏观构造 一般从下述三个切面来观察 横切面 垂直于树干主轴的切面 径切面 通过髓心 与树干平行的纵切面 弦切面 与髓心有一定距离 与树干平行的纵切面 1 树木主要由树皮 髓心和木质部组成 建筑用木材主要使用木质部 木质部是髓心和树皮之间的部分 是木材的主体 在木质部中 靠近髓心的部分颜色较深 称为心材 靠近树皮的部分颜色较浅 称为边材 心材含水量较小 不易翘曲变形 耐腐蚀性较强 边材含水量较大 易翘曲变形 耐腐蚀性也不如心材 所以心材利用价值
4、更大 2 从横切面可以看见深浅相间的同心圆 称为年轮 每一年轮中 色浅而质软的部分是春季长成的 称为春材或早材 色深而质硬的部分是夏季长成的 称为夏材或晚材 相同的树种 夏材越多 木材强度越高 年轮越密且均匀 木材质量越好 木材横切面上 有许多径向的 从髓心向树皮呈辐射状的细线条 或断或续地穿过数个年轮 称为髓线 是木材中较为脆弱的部位 干燥时常沿髓线发生裂纹 在显微镜下所见到的木材组织称为微观构造 见图8 4 针叶树和阔叶树的微观构造不同 图8 3木材的宏观构造图8 4木材的微观构造1 横切面 2 径切面 3 弦切面 4 树皮 1 管胞 2 髓线 3 树脂道5 木质部 6 髓心 7 髓线 8
5、 年轮 从显微镜下可以看到 木材是由有无数细小空腔的圆柱形细胞紧密结合组成 每个细胞都有细胞壁和细胞腔 细胞壁是由若干层细胞纤维组成 其连接纵向较横向牢固 因而造成细胞壁纵向的强度高 而横向的强度低 在组成细胞壁的纤维之间存在有极小的空隙 能吸附和渗透水分 细胞本身的组织构造在很大程度上决定了木材的性质 如细胞壁越厚 腔越小 木材组织越均匀 则木材越密实 表观密度与强度越大 同时缩胀变形也越大 木材细胞因功能不同主要分为管胞 导管 木纤维 髓线等 针叶树显微结构较为简单而规则 由管胞 树脂道和髓线组成 管胞主要为纵向排列的厚壁细胞 约占木材总体积的90 针叶树的髓线较细小而不明显 阔叶树的显微
6、结构复杂 主要由导管 木纤维及髓线等组成 导管是壁薄而腔大的细胞 约占木材总体积的20 木纤维是一种厚壁细长的细胞 它是阔叶树的主要成分之一 占木材总体积的50 以上 阔叶树的髓线发达而明显 导管和髓线是鉴别阔叶树的显著特征 木材的物理力学性质主要有密度 含水量 湿胀干缩 强度等 其中含水量对木材的物理力学性质影响较大 木材的密度与表观密度木材的平均密度约为1 55g cm3 表观密度平均为0 50g cm3 表观密度大小与木材中累计含水率有关 通常以含水率为15 标准含水率 时的表观密度为准 木材的含水量木材的含水量用含水率表示 指木材所含水的质量占木材干燥质量的百分率 1 木材中的水分木材
7、吸水的能力很强 其含水量随所处环境的适度变化而异 所含水分由自由水 吸附水 化合水三部分组成 2 木材的纤维饱和点当吸附水已达饱和状态而又无自由水存在时 木材的含水率称为该木材的纤维饱和点 其值随树种而异 一般为25 30 平均值为30 3 木材的平衡含水率木材的含水率与周围空气的相对湿度达到平衡时 称为木材的平衡含水率 即当木材长时间处于一定湿度和温度的空气中 其水分蒸发和吸收趋于平衡 含水率相对稳定 此时的含水率为平衡含水率 木材平衡含水率随大气的湿度变化而变化 为了避免木材的使用过程中因含水率变化太大而引起变形或开裂 木材使用前 须干燥至使用环境常年平均的平衡含水率 我国平衡含水率平均为
8、15 北方约为12 南方约为18 木材的湿胀干缩木材细胞壁内吸附水含量的变化会引起木材的变形 即湿胀干缩 木材含水量大于纤维饱和点时 表示木材的含水率除吸附水达到饱和外 还有一定数量的自由水 此时 木材如果受到干燥或受潮 只是自由水改变 但含水率小于纤维饱和点时 则表明水分都吸附在细胞壁的纤维上 它的增加或减少能引起体积的膨胀或收缩 即只有吸附水的改变才影响木材的变形 由于木材构造的不均匀性 木材的变形在各个方向上也不相同 顺纹方向最小 径向较大 弦向最大 因此 湿材干燥后 其截面尺寸和形状会发生明显的变化 松木的含水率对其膨胀性的影响见图8 6 湿胀干缩将影响木材的使用 干缩会使木材翘曲 开
9、裂 连接处松动 拼缝不严 湿胀可造成表面鼓凸 所以木材在加工或使用前应预先进行干燥 使其接近于与环境湿度相适应的平衡含水率 图8 5木材的平衡含水率 图8 6松木含水率对膨胀性的影响 1 木材的强度种类木材按受力状态分为抗拉 抗压 抗弯和抗剪四种强度 而抗拉 抗压和抗剪强度又有顺纹和横纹之分 所谓顺纹是指作用力方向与纤维方向平行 横纹是指作用力方向与纤维方向垂直 木材的顺纹和横纹强度有很大差别 木材各种强度之间的比列关系见表8 2表8 2木材各种强度比例关系注 以顺纹抗压强度为100 2 影响木材的强度的主要因素木材强度出本身组织构造因素决定外 还与含水率 疵点 木节 斜纹 裂缝 腐朽及虫蛀等
10、 负荷持续时间 温度等因素有关 1 含水率 木材含水率在纤维饱和点以下时 含水率降低 吸附水减少 细胞壁紧密 木材强度增加 反之 强度降低 当含水率超过纤维饱和点时 只是自由水变化 木材强度不变 2 负荷时间 木材在长期外力作用下 只有在应力远低于强度极限的某一定范围之下时 才可避免因长期负荷而破坏 而它所能承受的不致于引起破坏的最大应力 称为持久强度 木材的持久强度仅为极限强度的50 80 3 环境温度 温度对木材强度有直接影响 当温度从25 升至50 时 将因木纤维和其间的胶体软化等原因 使木材抗压强度降低20 40 抗拉和抗剪强度降低12 20 当温度字100 以上时 木材中部分组织会分
11、解 挥发 木材变黑 强度明显下降 因此 环境温度长期超过50 时 不应采用木结构 4 缺陷 木材在生长 采伐 储存 加工和使用过程中会产生一些缺陷 如木节 裂纹 腐朽和虫蛀等 这会破坏木材构造 造成材质的不连续和不均匀 从而使木材的强度大大降低 甚至失去可用价值 3 木材的力学性质建筑工程中常用树种的力学性质见表8 3所示 表8 3常用树种的木材主要物理力学性质 木材受到真菌侵害后 其细胞颜色 结构逐渐变松 变脆 强度和耐久性降低 这种现象称为木材的腐朽 腐蚀 侵害木材的真菌 主要有霉菌 变色菌 腐朽菌等 它们在木材中生存和繁殖必须同时具备三个条件 适当的水分 足够的空气和适宜的温度 当空气相
12、对湿度在90 以上 木材的含水率在35 50 环境温度在25 30 时 适宜真菌繁殖 木材最易腐蚀 此外 木材还易受到白蚁 天牛 蠢虫等昆虫的蛀蚀 使木材形成很多孔眼或沟道 甚至蛀穴 破坏木质结构的完整性而使强度严重降低 木材防腐基本原理在于破坏真菌及虫类生存和繁殖条件 常用方法有一下两种 一是将木材干燥使其含水率在20 以下 保证木结构处于干燥状态 对木结构物采取通风 防潮 表面涂刷涂料等措施 二是将化学防腐剂施加于木材 使木材成为有毒物质 常用的方法有表面喷涂法 压力渗透法等 常用的防腐剂有水溶性的 油溶性的及膏状的几种 水溶性防腐剂多用于内部木构件的防腐 常用氯化锌 氟化钠 硼氟酚合剂
13、硫酸铜等 油溶性防腐剂药力持久 毒性大 不易被水冲走 不吸湿 但有臭味 多用于室外 地下 水下 常用蒽油 煤焦油等 浆膏类防腐剂有恶臭 木材处理后呈黑褐色 不能油漆 如氟砷沥青等 木材的综合利用就是将木材加工过程中的大量边角 碎料 刨花 木屑等 经过再加工处理 制成各种人造板材 有效提高木材利用率 这对弥补木材资源严重不足有着十分重要的意义 8 2 1胶合板胶合板 见图8 7 是用原木旋切成薄片 经过干燥处理后 再用胶粘剂胶合而成的三层或多层的板状材料 通常用奇数层单板 并使相邻层单板的纤维方向互相垂直胶合而成 工程中常用的是三合板和五合板 针叶树和阔叶树均可用于制作胶合板 胶合板的特点是 一
14、是胶合板既有天然木材的一切优点 如容重轻 强度高 纹理美观 绝缘等 又可弥补天然木材自然产生的一些缺陷如节子 幅面小 变形 纵横力学差异性大等缺点 二是胶合板生产能对原木的合理利用 因它没有锯屑 每2 2 2 5立方米原木可以生产1立方米胶合板 可代替约5立方米原木锯成板材使用 而每生产1立方米胶合板产品 还可产生剩余物1 2 1 5立方米 这是生产中密度纤维板和刨花板比较好的原料 由于胶合板有变形小 幅面大 施工方便 不翘曲 横纹抗拉力学性能好等优点 故该产品主要用在家具制造 室内装修 住宅建筑用的各种板材 其次是造船 车箱制造 各种军工 轻工产品以及包装等工业部门之用 表8 4胶合板分类
15、特性及适用范围 8 2 2细工木板 细木工板是特殊的胶合板 就是我们经常提到的大芯板 它是由两片单板中间胶拼接木板而成的 以在生产工艺中也要同时遵循对称原则 以避免板材翘曲变形 作为一种厚板材 细木工板具有普通胶合板的美丽外观和相近的强度 但细木工板比厚胶合板质地轻 耗胶少 投资省 细木工板按板芯结构分实心细木工板 以实体板芯制成的细木工板 空心细木工板 以方格板芯制成的细木工板 按板芯接拼状况分 胶拼板芯细木工板 用胶粘剂将芯条胶粘组合成板芯制成的细木工板 不胶拼板芯细木工板 不用胶粘剂将芯条组合成板芯制成的细木工板 按细木工板表面加工情况 分成三类 单面砂光细木工板 双面砂光细木工板和不砂
16、光细木工板 细工木板具有质坚 吸声 绝热等特点 适用于家具和建筑物内装修等 细工木板的尺寸规格和技术性能见表8 5所示 表8 5细工木板的尺寸规格和技术性能 注 芯条胶拼的细木工板 其横向静曲强度为表中规定值上个增加10MPa 纤维板是以植物纤维为主要原料 经破碎 浸泡 研磨成木浆 再加入一定的胶料 经热压成型 干燥等工序制成的一种人造板 按制成纤维板的原料不同可分为 木质纤维板 非木质纤维板 按处理方式不同可分为 特硬质纤维板 普通硬质纤维板 按容重可分为 硬质纤维板 又称高密度纤维板 半硬质纤维板 又称中密度纤维板 软质纤维板 又称低密度纤维板 其中按容重分类是国际常用的分类方法 1 硬质纤维板硬质纤维板又称高密度纤维板 密度大于0 8g cm3 具有强度高 可加工性好 易弯曲 开榫和打孔等特点 广泛用于建筑 车辆 船舶 家具 包装等方面 2 软质纤维板密度在0 4g cm3以下的纤维板称为软质纤维板 又称低密度纤维板 其强度不大 导热性也较小 适于做保温和隔声材料 3 半硬质纤维板密度在0 4 0 8g cm3的纤维板称为半硬质纤维板 又称为中密度纤维板 其强度较大 性能介于硬质
