土木工程材料_详细的课件7

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1、第第 十十 章章木木材材Wood or Timber最古老的传统建筑材料。过去是重要的结构用材， 现在主要用于装饰和装修。 木材优点：比强度大，轻质高强； 弹、韧性好，耐冲击和振动； 导热性低，隔热、保温性能好； 适当保养条件下有较好的耐久性； 极富装饰性； 易于加工； 绝缘性好，无毒性； 木材缺点：构造不均匀，各向异性 湿胀干缩大，易翘曲、开裂； 天然缺陷多，利用率低； 耐火性差，易燃； 易腐朽、虫蛀。10.110.1木材的分类和构造木材的分类和构造10.1.1 分类分类木材产自木本植物中的乔木针叶树和阔叶树。10.1.1.1 针叶树材针叶树材 易得大材，纹理顺直，材质均匀，质软易于加工，

2、称软材。强度较高，胀缩变形较小，耐腐蚀性强， 可做承重构件和装修用材。10.1.1.2 阔叶树材阔叶树材材质重硬较难加工，称硬材。强度高，胀缩变形 大，易翘曲开裂。板面美观，具有很好的装饰作 用，可用于做家具、室内装修、胶合板等。10.1.2 宏观构造宏观构造木材是非均质材料，其构造从树干的横切面、径 切面、弦切面来剖析。 树木的组成： 树皮：树皮：由外皮、软木组织（栓皮）和内皮组成； 木质部：木质部：主要使用部分； 髓心：髓心：最早生成，质地疏松、脆弱，易被腐蚀、 虫蛀。（1）年轮、早材和晚材 年轮：树木在一个生长周期（温带气候为一年） 内所产生的一层木材环轮（又称生长轮）。 早材：在同一生

3、长轮中，春天生长的木材，材质 疏松，色浅，称早材或春材。 晚材：在同一生长轮中，春夏两季生长的木材， 材质较致密，色深，称晚材或夏材。 相同树种，年轮越密而均匀，材质越好；年轮内 晚材含量（晚材率）越高，木材强度越大。（2）边材和心材 边材：颜色较浅，靠近树皮部分，少用。 心材：颜色较深，靠近髓心部分，含水量少，不 易翘曲变形，耐腐蚀性好，多用。（3）髓线 木材横切面上以髓心为中心呈放射状分布的线。 由横行薄壁细胞组成，与周围细胞结合力弱，干 燥时易沿着髓线开裂。（4）树脂道和导管树脂道：针叶树特有构造。泌脂细胞围绕而成的孔道，横切面呈点状，径切面为沟槽或线条。导管：阔叶树特有构造。纵行细胞复

4、合生成的管状构造。阔叶树有导管，称有孔材；针叶树无导管，称无 孔材。10.1.3 微观结构微观结构由无数管状细胞紧密结合而成。绝大部分细胞纵 向排列，少数细胞横向排列（髓线）。 细胞组成：由细胞壁和细胞腔组成。细胞壁由纤 维素分子束在半纤维素和木质组成的 基本相中构架而成。 木材的细胞壁愈厚，腔愈小，木材愈密实，强度 愈大，胀缩也大。 针叶树主要由管胞组成，另有少量纵行和横行薄 壁细胞； 阔叶树由导管分子、木纤维、纵行和横行薄壁细 胞组成。10.1.4 木材的缺陷木材的缺陷缺陷也称疵病，包括节子、裂纹、夹皮、斜纹、 弯曲、伤疤、腐朽和虫害等。疵病会降低木材力 学性能，影响木材外观质量。 （1）

5、节子：埋藏在树干中的枝条。 活节：活枝条形成，与周围木质紧密连生一起， 质地坚硬。 死结：死枝条形成，与周围木质大部分或全部脱 离，质地坚硬或松软，在板材中有时脱落 成空洞。健全节：材质完好的节子。 腐朽节：材质已腐朽的节子。 漏节 ：不但节子本身已腐朽，而且深入树干 内部引起木材内部腐朽。健全节对木材力学性能无不利影响，死节、 腐朽节和漏节对木材力学性能和外观质量影 响很大。（2）裂纹：木材纤维与纤维之间分离所形成 的缝隙。 径裂：裂纹从髓心沿半径方向开裂。 轮裂：裂纹沿年轮方向开裂。 纵裂：裂纹沿材身顺纹理方向，由表及 里的径向开裂。裂纹破坏木材的完整性，影响木材的利用率 和装饰价值，降低

6、木材强度，也是真菌入侵 引起木材腐朽的通道。10.210.2木材的物理和力学性质木材的物理和力学性质10.2.1 含水量含水量以含水率表示：木材中所含水的质量占干燥木材 质量的百分数。10.2.1.1 木材中的水木材中的水（1）自由水 存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。影响木 材表观密度、 保存性、抗腐蚀性和燃烧性。 （2）吸附水 吸附在细胞壁基体中的水分。是影响木材强度和 胀缩的主要因素。10.2.1.2 纤维饱和点纤维饱和点 湿木材在空气中干燥时，木材中的自由水蒸发完毕 而吸附水尚处于饱和时的含水状态。此时木材的含 水率称为纤维饱和点含水率。 纤维饱和点是木材许多性质在含水率影响下开始发

7、 生变化的起点。 在纤维饱和点以上，含水量变化是自由水量的变化， 对强度、体积影响甚微； 在纤维饱和点以下，含水量变化是吸附水量的变化， 对强度、体积影响较大。10.2.1.3 平衡含水率平衡含水率木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，当木 材水分的蒸发和吸收达到动态平衡时，木材的含 水率相对稳定，此时木材的含水率称平衡含水率。 平衡含水率随周围空气的温度、湿度变化而变化。 各地区、各季节木材的平衡含水率不相同，各树 种木材的平衡含水率也有差异。10.2.2 湿胀与干缩湿胀与干缩木材具有显著的湿胀干缩 性。 潮湿状态纤维饱和点 ，自由水蒸发，尺寸不变 吸 附水蒸发，体积收缩。 干燥状态体积膨胀

8、达纤维饱和点，体积不变（不再 增大）。 湿胀干缩随树种而异，表观密度大，夏材多，胀缩大； 胀缩各方向不同：弦向最大，径向次之，纤维方向最小。 湿胀干缩严重影响木材使用，干缩使木材翘曲开裂、接 榫松弛、接缝不严， 湿胀造成凸起。一般将木材干燥到比地区平衡含水率低 23%再加工使用。10.2.3 木材的强度木材的强度10.2.3.1 木材的各种强度木材的各种强度由于木材构造各向不同，其强度有明显的各向异性。 木材强度有顺纹和横纹之分，木材的顺纹抗压、抗 拉强度均比相应的横纹强度大得多。 木材强度等级按无疵标准试件的弦向静曲强度来评 定，代号为“TC”。强度等级中的数值为木结构设 计时的强度设计值，

9、它要比试件实际强度低数倍。（1）抗压强度：顺纹较高，横纹低得多，疵病影响 小； （2）抗拉强度：顺纹最高，为抗压强度的23倍，横 纹为顺纹的1/101/40，受疵病影响 有波动； （3）抗弯强度：抗弯强度很高，为顺纹抗压强度的 1.52倍，疵病影响很大； （4）剪切强度：顺纹小，为抗压强度的1530%，横 纹还低，横纹切断强度大，为顺纹 抗剪强度的45倍。10.2.3.2 影响木材强度的主要因素影响木材强度的主要因素（1）含水量 对强度影响极大。在纤维饱和点以下，含水量减 少，木材多种强度增加；在纤维饱和点以上，任 含水量变化，木材强度基本为恒定值。 将实际含水率下的强度换算成标准含水率（12

10、%） 时的强度值。 （2）环境温度 温度对木材强度有直接影响。温度升高，木材强 度降低。（3）外力作用时间 木材强度随荷载时间的增长而降低，木材的持久 强度（木材在长期荷载作用下所能承受的最大应 力）为极限强度（木材抵抗短时间外力破坏的能 力）的5060%。 （4）缺陷 破坏木材材质的均匀性和构造，降低木材强度。 除此以外，树木的种类、生长环境、树龄及树干 的不同部位均对木材强度有影响。10.310.3木材的防护木材的防护10.3.1 干燥干燥在使用和加工之前对木材进行干燥处理，可以提 高木材强度、防止收缩、开裂和变形，改善木材 的使用性能和寿命。 干燥方法： 以气体介质对流干燥法（大气干燥法

11、，循环窑干 燥法）为主。 干燥质量评定： 按平均最终含水率、干燥均匀度、内应力、可见 干燥缺陷分为四个等级。10.3.2 防腐防虫防腐防虫10.3.2.1 腐朽腐朽真菌寄生在木材中，初期仅使木材颜色改变， 逐渐深入内部致使木材强度下降直至完全破坏10.3.2.2 虫害虫害因各种昆虫危害而造成的木材缺陷。白蚁造 成毁灭性破坏，虫眼破坏木材的完整性，降 低力学性质，也是真菌入侵的通道。10.3.2.3 防腐防虫的措施防腐防虫的措施（1）干燥 降低木材含水率，破坏菌虫生存条件； （2）涂料覆盖 在木材表面形成保护膜，隔绝空气和水 分，阻止菌虫侵入； （3）化学处理 将对菌虫有毒害作用的化学防腐剂注入

12、木 材中，使菌虫无法寄生。 方法有表面涂刷、常温浸渍、冷热槽浸透 和压力渗透。10.3.3 防火防火易燃是木材最大缺点，木材防火处理方 法有： 1.用防火浸剂对木材进行浸渍处理； 2.将防火涂料涂刷或喷洒于木材表面，构 成防火保护层。 防火处理只能在短时间内延缓火对木材 的破坏。10.410.4木材的应用木材的应用10.4.1 木材初级产品木材初级产品圆条：树木伐倒后粗加工而成； 原木：圆条除去树皮加工成一定长度和直 径的木段； 板材：宽度为厚度的3倍以上，分薄板、 中板、厚板； 方材：宽度小于厚度的3倍，分小方、中 方、大方、特大方； 木材初级产品按缺陷情况分三个等级。10.4.2 人造板材

13、人造板材10.4.2.1 胶合板胶合板 由一组单板按相邻层木纹方向互相垂直组 坯经热压胶合而成的板材。消除了天然疵 点、变形、开裂等缺点，各向异性小，材 质均匀，强度较高，表面纹理美观，厚度 小，幅面宽，产品规格化，使用方便。按 成品面板可见材质缺陷、加工缺陷、拼接 情况分四个等级。10.4.2.2 纤维板纤维板 用木材废料经切片、浸泡、磨浆、施 胶、 成型及干 燥或热压制成的板材。材质均匀，避免了节子、腐 朽、虫眼，胀缩性小，不翘曲，不开裂。按密度分 硬质纤 维板、中密度纤维板、软质纤维板。10.4.2.3 刨花板、木丝板和木屑板刨花板、木丝板和木屑板10.4.2.4 细工板细工板利用刨花碎

14、片、短小废料刨制的木丝和木屑，经 干燥、拌胶料辅料加压成型而制得的板材。一种夹心板。芯板用木板条拼接，两个表面胶贴木 质单板，经热压粘合制成的板材，集实木板与胶合 板优点于一身。else engineering material第第 十十 一一 章章其它工程材料其它工程材料 Else engineering material11.111.1绝绝 热热 材材 料料heat-insulating material11.1.1 导导 热热 性性保温材料和绝热材料的统称。 保温材料：控制室内热量外流的材料。 绝热材料：防止室外热量进入室内的材料。 11.1.1.1 传热方式传热方式热量的传递方式：传导

15、换热、对流换热和辐射换热 热量从建筑物中散发出去的主要方式是导热，同时 也有对流和热辐射存在。 主要散热区域是墙体、顶棚和屋顶、楼板、门窗。 使用绝热材料可避免建筑物夏季过多吸收热量，冬 季过分散失热量。材料传导热量的能力，用导热系数表示。 导热系数的物理意义： 厚度为1m的材料，当温度为1K时，在1s内通过1 面积的热量。 材料导热系数愈小，其绝热性能愈好。 实际测量的材料导热系数并非真正的导热系数而是 表观导热系数或称当量导热系数、等效导热系数。11.1.1.2 热阻和导热系数热阻和导热系数QTTAR）（21材料热阻的计算：T1T2dQT1T2导热系数定义：导热系数定义：)(21TTAdQ

16、 Rd Q 平均热流量，； 导热系数，W/m K；A 试件的有效传热面积， ；T1,T2 材料两侧温度，K；R 热阻， K /W；d试件平均厚度，。2m2m11.1.1.3 影响导热系数的因素影响导热系数的因素（1）物质构成：金属材料最大，无机非金属材料次 之，有机材料最小； （2）微观结构：相同化学组成下，结晶体最大，微 晶体次之，玻璃体最小； （3）孔隙构造：孔隙率越大，导热系数越小；孔径 越大， 孔隙连通导热系数增大；纤 维材料导热系数与压实程度有关： 最佳表观密度时导热系数最小，小 于最佳表观密度时，导热系数有所 提高；（4）湿度： 湿度增加，导热系数增大，冰冻后进一步增大；（5）温度：导热系数随温度升高而增大；（6）热流方向：对纤维状材料，热流方向与纤维排列方向垂