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土木工程材料第八章木材 横切面树皮木质部年轮髓心髓线 图8 1树干的三个切面1 横切面 2 径切面 3 弦切面 4 树皮 5 木质部 6 年轮 7 髓线 8 髓心 8 1 2木材的构造1 木材的宏观构造 8 1木材的分类和构造 8 2木材的主要性能 8 2 2物理性质1 密度和表观密度2 吸湿率与含水率3 湿胀干缩胀缩变形各向不同 弦向最大 径向次之 纵向最小 木材干燥后截面形状的改变 8 2 3木材的力学性质 1 木材的强度 土木工程中 木材主要做受弯构件和受压构件 2 影响木材强度的主要因素 含水量的影响含水率的变化对各种强度的影响程度不同 标准含水率标准强度的换算 12 102030405060图8 8含水量对木材强度的影响 强度极限 含水率 顺纹受拉 弯曲 顺纹受压 顺纹剪切 例8 1解释以下名词 自由水 吸附水 纤维饱和点 平衡含水率 标准含水率 6 持久强度 解 1 自由水 自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分 2 吸附水 吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分 3 纤维饱和点 当木材中无自由水 而细胞壁内吸附水达到饱和时的木材含水率称为纤维饱和点 平衡含水率 在一定温度和湿度环境中 木材中的含水量达到与周围环境湿度相平衡时含水率称为平衡含水率 标准含水率 含水率为12 为木材的标准含水率 6 持久强度 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 木材的纤维饱和点 是指木材的细胞壁中吸附水达饱和状态 而细胞腔及细胞间隙中不含自由水时的含水率 是木材变形 强度等主要性质受含水变化影响的转折点 平衡含水率是指在一定温 湿度环境下 木材内部含水率不再发生变化时 此时的含水率为平衡含水率 即木材与环境进行湿度交换 达到平衡时的含水率 在工程中 应使用达到平衡含水率的木材 以便使用中其性能基本保持稳定 规定含水率为 2 时为木材的标准含水率 此状态 接近气干状态 下的木材强度为标准强度 以此进行木材强度的测定和比较与选用 更接近实际使用状态 例8 2木材含水率的变化对其强度的影响如何 解木材的强度受含水率的影响很大 当木材的含水率在纤维饱和点以下时 随含水率降低 即吸附水减少 细胞壁趋于紧密 木材强度增大 反之 随含水率增大 即吸附水增多 细胞壁趋于松散 木材则强度减小 当木材含水率在纤维饱和点以上变化时 木材强度不改变 我国木材试验标准规定 测定木材强度时 应以其标准含水率 即含水率为12 时的强度测值为准 对于其他含水率时的强度测值 应换算成标准含水率时的强度值 例8 3木材在吸湿或干燥过程中 体积变化有何规律 解干燥木材吸湿 含水率增加 木材出现湿胀 当达到纤维饱和点后再继续吸湿 其体积不变 湿木材在干燥脱水过程中 自由水脱出时 含水率大于纤维饱和点时 木材不变形 若继续干燥 含水率小于纤维饱和点时 随着脱水 木材出现干缩 当木材的含水率在纤维饱和点以下时 随含水率降低 即吸附水减少 细胞壁趋于紧密 木材出现干缩 例8 4影响木材强度的主要因素有哪些 解 含水率在纤维饱和点之内变化时 随含水率增加 木材的强度降低 当木材含水率在纤维饱和点以上变化时 木材强度不变 2 木材在长期荷载作用下会导致强度降低 3 木材随环境温度升高强度会降低 4 木材的疵病致使木材的物理力学性质受到影响 在使用过程中 受环境湿度变化影响 木材的含水率随之而变化 从而引起木材的变形或强度降低 在外力长期作用下 只有当其应力远低于强度极限的某一定范围以下时 才可避免木材因长期负荷而破坏 这是由于木材在外力作用下产生等速蠕滑 经过长时间负荷 最后达到急剧产生大量连续变形而致 例8 5一块松木试件长期置于相对湿度为60 温度为20 的空气中 其平衡含水率为12 8 测得顺纹抗压强度为49 4MPa 问此木材在标准含水率情况下抗压强度为多少 解木材在标准含水率情况下抗压强度为 49 4 1 0 05 12 8 12 49 6MPa式中 木材含水率校正系数 随作用力和树种不同而异 如顺纹抗压所有树种均为0 05 顺纹抗拉时阔叶树为0 015 针叶树为 抗弯所有树种为0 04 顺纹抗剪所有树种为0 03 例8 6试说明木材腐朽的原因 有哪些方法可以防止木材腐朽 并说明其原理 解木材腐朽的原因是木材为真菌侵害所致 真菌中的腐朽菌寄生在木材的细胞壁中 它能分泌出一种酵素 把细胞壁物质分解成简单的养分 供自身摄取生存 从而致使木材产生腐朽 并遭彻底破坏 真菌在木材中生存和繁殖必须具备三个条件 即 适量的水分 空气 氧气 和适宜的温度 防止木材腐朽的措施主要是抑制和破坏腐朽菌生存和繁殖的条件 通常防止木材腐朽的措施有以下两种 1 破坏真菌生存的条件破坏真菌生存条件最常用的办法是 使木结构 木制品和储存的木材处于经常保持通风干燥的状态 并对木结构和木制品表面进行油漆处理 油漆涂层既使木材隔绝了空气 又隔绝了水分 2 利用化学防腐剂处理 把木材变成有毒的物质 将化学防腐剂注入木材中 使真菌无法寄生 木材防腐剂有氯化锌 氟化钠 硅氟酸钠 煤焦油 煤沥青等 例8 7试说明木材燃烧及阻燃机理 解木材在热的作用下要发生热分解反应 随着温度升高 热分解加快 当温度高至220 以上达木材燃点时 木材燃烧放出大量可燃气体 这些可燃气体中有着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 如此形成一种燃烧链反应 于是火焰在链状反应中得到迅速传播 使火越烧越旺 在实际火灾中 木材燃烧温度可高达800 1300 所谓木材的防火 就是将木材经过具有阻燃性能的化学物质处理后 变成难燃的材料 以达到遇小火能自熄 遇大火能延缓或阻滞燃烧蔓延 从而赢得扑救的时间 阻止和延缓木材燃烧的途径 主要有 抑制木材在高温下的热分解 利用阻燃物质阻滞热传递 稀释木材燃烧面周围空气中的氧气和热分解产生的可燃气体 增加隔氧作用 一 名词解释纤维饱和点 平衡含水率 持久强度 吸附水 自由水二 判断1 木材在加工和使用前 应将木材干燥至使用时环境的平衡含水率 以免由于含水率的变化而引起木材各项性能的改变 2 木节将显著降低顺纹抗拉强度 但对顺纹抗压强度影响较小 三 填空1 木材细胞壁由 组成 细胞壁越厚 细胞腔越小 木材越 和 越大 湿胀干缩 对 对 细纤维 密实 表观密度 强度 大 2 自由水存在于 和 中 自由水的存在会影响木材的 吸附水存在于 内 吸附水的变化是影响木材 和 的主要因素 是木材物理力学性质的转折点 3 将潮湿的木材干燥时 由于首先失去的是 因此木材的 和 均不变 仅是 减小 当含水量在纤维饱和点以内继续干燥时 开始蒸发 木材的性能将发生变化 4 木材由于构造的各向异性 各方向的湿胀干缩也不同 其中 向胀缩最小 向较大 向最大 细胞腔 细胞间隙 表观密度 燃烧性 抗腐蚀性 细胞壁 湿胀干缩 强度 纤维饱和点 自由水 体积 强度 表观密度 吸附水 体积收缩 强度增大 纵 径 弦 5 当木材含水量在纤维饱和点以内变化时 随 水增多 则强度 而且对各项强度影响也不相同 对 强度和 强度影响较大 对 强度和 强度影响较小 6 木材防腐通常采用两种形式 第一种形式是创造条件使木材不适于 主要是将木材置于 处或 或 或 第二种方式是采用 吸附水 降低 抗弯 顺纹抗压 顺纹受拉 顺纹受剪 真菌的生长和繁殖 干燥通风 浸没在水中 深埋于地下 表面