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第十章 木材. 第九章 木 材. 教学目的与要求： 了解木材在建筑上的应用； 了解木材构造的基本知识； 掌握木材的物质性质和力学性质，木材的构造和含水量对性质的影响； 掌握木材分等的方法； 掌握木材防腐的方法及木材的综合利用； 难点与重点： 木材的物理性质、力学性质及木材的综合利用；. 概 述.
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第九章 木 材 • 教学目的与要求： • 了解木材在建筑上的应用； • 了解木材构造的基本知识； • 掌握木材的物质性质和力学性质，木材的构造和含水量对性质的影响； • 掌握木材分等的方法； • 掌握木材防腐的方法及木材的综合利用； • 难点与重点： • 木材的物理性质、力学性质及木材的综合利用；
概 述 • 本章简要介绍了木材的分类及木材的宏观构造和微观构造。详细地论述了木材的物理性质和力学性质。应深刻领会木材的各向异性、湿胀干缩性、含水率对木材性质的影响，影响木材强度大小的因素等。此外，还应了解木材在建筑工程中的主要用途及木材的综合利用途径，木材的腐朽原理及防腐途径。 • 木材是用途十分广泛的建筑材料，在建筑工程中：门窗、屋架、梁、柱、模板、隔墙、脚手架等，都使用木材。 • 在现代建筑中，木材主要用于室内装饰和装修等。
本 章 内 容 • 9.1 木材的构造 • 9.2 木材的主要性质 • 9.3 木材在建筑工程中的应用 • 9.4 木材的等级和综合应用与木材防腐防火
9.1 木材的分类及构造 • 木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类，见表9.1。建筑中应用最多的是针叶树。 • 木材的构造是决定木材性质的主要因素。一般对木材的研究可以从宏观和微观两方面进行。
9.1.1 宏观构造 • 用肉眼或低倍放大镜所看到的木材组织称为宏观构造。为便于了解木材的构造，将树木切成3个不同的切面，如图9.1所示。 • 横切面——垂直于树轴的切面； • 径切面——通过树轴的切面； • 弦切面——和树轴平行与年轮相切的切面。 • 在宏观下，树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。而木材主要使用木质部。
图9.1 树干的3个切面 1—树皮；2—木质部；3—年轮；4—髓线；5—髓心
9.1.1.1 木质部的构造特征 • (1)边材、心材 • 在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材。心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强；外面部分颜色较浅，称为边材。边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如心材
(2)年轮、春材、夏材 • 横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为年轮。年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材(早材)；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，称为夏材(晚材)。每一年轮内就是树木一年的生长部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。
9.1.1.2 髓心、髓线 • 第一年轮组成的初生木质部分称为髓心(树心)。从髓心成放射状横穿过年轮的条纹，称为髓线。 • 髓心材质松软，强度低，易腐朽开裂。髓线与周围细胞联结软弱，在干燥过程中，木材易沿髓线开裂。
9.1.2 微观构造 • 在显微镜下所看到的木材组织，称为木材的微观构造(见图9.2和图9.3)。 • 在显微镜下，可以看到木材是由无数管状细胞紧密结合而成。细胞横断面呈四角略圆的正方形。每个细胞分为细胞壁和细胞腔两个部分，细胞壁由若干层纤维组成。细胞之间纵向联结比横向联结牢固，造成细胞纵向强度高，横向强度低。细胞之间有极小的空隙，能吸附水和渗透水分。
图9.2 显微镜下松木的横切片示意图 1—细胞壁；2—细胞腔；3—树脂流出孔；4—木髓线
图9.3 细胞壁的结构 1—细胞腔；2—初生层；3—细胞间层
9.2 木材的主要性质 9.2.1 木材的物理性质 9.2.1.1 木材的含水率 • (1)木材中的水分 • 自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分 • 吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分 • 结合水：形成细胞化学成分的化合水
(2)木材的纤维饱和点 • 木材受潮时，首先形成吸附水，吸附水饱和后，多余的水成为自由水；木材干燥时，首先失去自由水，然后才失去吸附水。 • 当吸附水处于饱和状态而无自由水存在时，此时对应的含水率称为木材的纤维饱和点。 • 纤维饱和点随树种而异，一般25%~35%，平均为30%。木材的纤维饱和点是木材物理、力学性质的转折点。
(3)木材的平衡含水率 • 木材的含水率是随着环境温度和湿度的变化而改变的。当木材长期处于一定温度和湿度下，其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸气压与周围空气的压力达到平衡，此时的含水率称为平衡含水率。 • 它与周围空气的温度、相对湿度的关系如图9.4所示。根据周围空气的温度和相对湿度可求出木材的平衡含水率。
9.2.1.2 湿胀干缩 • 木材细胞壁内吸附水的变化而引起木材的变形，即湿胀干缩。图9.5是木材含水率与胀缩变形的关系。 • 由于木材构造的不均匀性，在不同的方向干缩值不同。顺纹方向(纤维方向)干缩值最小，平均为0.1%~0.35%；径向较大，平均为3%~6%；弦向最大，平均为6%~12%。 • 一般来讲，表观密度大、夏材含量多的木材，湿胀变形较大。
9.2.1.3 木材的密度 • 1、密度 不同树种的密度相差不大，平均约为1.55g/cm3。 2、表观密度 • 木材表观密度的大小随木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的变化而不同。因此确定木材的表观密度时，应在含水率为标准含水率情况下进行。
9.2.2 木材的力学性质 9.2.2.1 木材的强度 • 按受力状态，木材的强度分为抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度。 • 木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标准试件，按《木材物理力学试验方法》(GB 1927—1943—91)进行测定。 • 木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维方向的不同，可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种，如图9.6所示。
图9.6 木材的剪切 (a)顺纹剪切；(b)横纹剪切；(c)横纹切断
9.2.2.2 影响木材强度的因素 • (1)含水率 • 当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。如图9.7所示。 • 我国木材试验标准规定，以标准含水率(即含水率15%)时的强度为标准值，其他含水率时的强度，可按下式换算成标准含水率时的强度。
(2)负荷时间的影响 • 木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期负荷而破坏。 • 木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的50%~60%，如图9.8所示。
(3)环境温度 • 温度对木材强度有直接影响。当温度由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%~24%，抗拉和抗剪强度降低10%~15%；当温度在100℃以上时，木材中部分组织会分解、挥发，木材变黑，强度明显下降。因此，长期处于高温环境下的建筑物不宜采用木结构。
(4)木材的缺陷 • ①节子 节子能提高横纹抗压和顺纹抗剪强度。 • ②木材受腐朽菌侵蚀后，不仅颜色改变，结构也变得松软、易碎，呈筛孔和粉末状形态。 • ③裂纹会降低木材的强度，特别是顺纹抗剪强度。而且缝内容易积水，加速木材的腐烂。 • ④构造缺陷木纤维排列不正常均会降低木材的强度，特别是抗拉及抗弯强度。
图9.7 含水率对木材强度的影响 1—顺纹抗拉；2—抗弯；3—顺纹抗压；4—顺纹抗剪
木材的优缺点 • 木 材 的 优 点 • 木质较软，易于加工； • 比强度大，轻质高强； • 普通混凝土、低碳钢和松木的比强度分别为0.012，0.035，0.069。 • 弹性、韧性好，抵抗冲击和震动效果好； • 导热性低，隔热、保温性能好； • 纹理美观，易于着色和油漆，装饰效果好。
木材的优缺点 • 木材的缺点 • 构造不均匀，呈各向异性； • 天然缺陷多（如木节，斜纹，裂缝等），易腐朽、虫害等； • 具有湿涨干缩的特点，易干裂，翘曲等； • 养护不当，易腐朽，霉烂和虫蛀等； • 耐火性差，易燃烧等。
9.3 木材的应用 9.3.1 木材产品 • 工程中木材按其加工程度和用途分为原条、原木、锯材、枕木四类。此外还有各类人造板材。 9.3.1.1 原条 • 原条是已经除去皮(也有不去皮的)、根、树梢而未加工成规定材品的木材。主要用于脚手架或供进一步加工。
9.3.1.2 原木 • 原木是将原条按一定尺寸切取的木料。可分为直接使用原木和加工原木。 • 直接使用原木——用于屋架、檩、椽、木桩、坑木等。 • 加工原木——用于加工锯材、胶合板等。
9.3.1.3 锯材 • (1)锯材的规格、尺寸 • 锯材按其厚度、宽度可分为薄板、中板、厚板。其尺寸见表9.3。 • (2)锯材的分等 • 锯材有特等锯材和普通锯材之分。根据《针叶树锯材》(GB 153.2—84)和《阔叶树锯材分等》(GB 481.72—84)的规定，普通锯材分为一、二、三等。各等级技术指标见表9.4。
