第7章 木材料.ppt

本章知识点【知识点】木材的构造，木材中的水分种类及其对性能的影响，纤维饱和点，平衡含水率，湿胀干缩，强度及其影响因素，木材的用途，人造板材的种类、性能特点及用途，木材的腐蚀机理与防腐措施。【重点】木材的构造，主要性质与用途。【难点】木材微观构造与性能的关系，木材的腐蚀原因。,第7章木材料,木材是使用历史悠久的土木工程材料之一。,我国在木材应用技术方面具有很高的水平和独到之处。木结构体系是我国传统建筑的典型特征之一。,概述,房屋木结构体系,概述,清明上河图中的木结构虹桥,概述,传统木结构合院建筑,概述,木结构民居,概述,应县木塔,概述,岭南木质廊桥,概述,概述,随着新型工程材料和工程技术的不断发展，虽然木材料在土木工程中用量逐渐减少，但木材料在诸多方面仍表现出许多特点和优势。,木材的性能特点,概述,7.1木材的分类与构造,7.1.1木材的分类木材产自木本植物中的乔木，按树叶的外观形状分针叶树材和阔叶树材两类。,木材的分类表7-1,针叶树松树,7.1.1木材的分类,阔叶树樟树,7.1.1木材的分类,7.1.2木材的构造1木材的宏观构造木材的宏观构造是指用肉眼和放大镜就能观察到的木材组织。通常从树干的三个切面上进行剖析，即横切面（垂直于树轴的面）、径切面（通过树轴的面）和弦切面（平行于树轴的面）。,木材的宏观构造,树木的宏观构造由：树皮木质部髓心,三部分组成,一般而言，接近树干中心的木质部颜色较深，称为心材；靠近外围的木质部颜色较浅，称为边材。从横切面上看到的木质部深浅相间的同心圆环称为年轮。在同一年轮内，春天生长的木质颜色较浅，木质较松，称为春材（早材）；夏秋两季生长的木质颜色较深，木质较密，称为夏材（晚材）。相同树种的年轮越密而均匀，其材质越好；夏材部分越多，木材的强度越高。,7.1.2木材的构造,从髓心向外的辐射线称为木射线，木射线与周围连结较差，木材干燥时易沿木射线开裂。,7.1.2木材的构造,7.1.2木材的构造,2木材的微观构造木材的微观构造是指在显微镜下观察到的由无数管状细胞紧密结合而成的木材组织。管状细胞绝大部分沿树干的轴向（纵向）排列，少数横向排列。每个细胞由细胞壁和中央的细胞腔两部分组成。,柞木的显微结构1导管；2髓线；3木纤维,木材的细胞壁越厚，细胞腔越小，木材就越密实，其表观密度和强度也越大，但胀缩变形也大。与春材相比，夏材的细胞壁较厚，其强度和硬度较大。,7.1.2木材的构造,木材细胞因功能不同可分为管胞、导管、木纤维髓线等。针叶树材显微结构简单而规则，它主要由管胞和髓线组成，且髓线较细而不明显；阔叶树材显微结构较复杂，主要由导管、木纤维和髓线组成，其髓线发达，粗大而明显。有无导管和髓线粗细是鉴别阔叶树和针叶树的重要特征。,7.1.2木材的构造,7.2木材的主要性质和用途,7.2.1木材的主要性质木材属于天然高分子化合物，其化学性质复杂多变，物理和力学性质因树种、产地、气候、树龄等因素的不同而异。与木材使用密切相关的技术性质主要有以下几个方面。1含水率与吸湿性木材的含水率是指木材所含水的质量占干燥木材质量的百分数。含水率的大小对木材的湿胀干缩和强度影响很大。由于组成木材细胞的纤维素中含有羟基（-OH基），所以木材很容易从周围的环境中吸收水分，且含水量随环境的湿度变化而不同。新伐木材的含水率常在35以上；风干木材的含水率为1525；室内干燥木材的含水率为815。,木材所含水分的存在形式以及对木材性能的影响见表7-2。,木材中的水分表7-2,7.2.1木材的主要性质,水分进入木材后，首先吸附在细胞壁内的细纤维中，成为吸附水。吸附水饱和后，其余的水则成为自由水。木材被干燥时，首先是去自由水，然后才失去吸附水。当细胞腔与细胞间隙中无自由水，细胞壁内吸附水达到饱和时的含水率称为木材的纤维饱和点，它是木材物理力学性质发生变化的转折点。纤维饱和点因树种不同而异，一般在25%35%之间。,7.2.1木材的主要性质,干燥的木材能从周围湿空气中吸收水分，而潮湿的木材也能在较干燥的空气中失去水分，且含水率随着环境的温度和湿度变化而改变。当木材长时间处于一定的温度和湿度环境中时，木材中的含水量最后会达到与周围空气湿度相平衡的状态，此时的木材含水率称为平衡含水率。平衡含水率是木材进行干燥时的重要指标。在我国，北方木材的平衡含水率约为12；南方木材的平衡含水率约为18；长江流域木材的平衡含水率一般为15左右。,7.2.1木材的主要性质,2湿胀干缩湿胀干缩是指木材在含水率增加时体积膨胀、含水率减少时体积收缩的现象。表观密度大和晚材含量多的木材，其胀缩变形较大。木材含水率与其胀缩变形的关系见图7-2所示。,木材为非匀质构造，在各方向和部位上有不同的胀缩变形，其中弦向最大，径向次之，纵向（顺纤维方向）最小，边材大于心材。,图7-2含水率对松木胀缩变形的影响,7.2.1木材的主要性质,3木材的强度（1）强度值与相对值木材的强度因木材的种类、施荷方式、受力部位等因素的不同而存在较大差异。木材的强度值与相对值见表7-3。,木材的强度值与相对值表7-3,7.2.1木材的主要性质,木材的顺纹强度比其横纹强度大得多，工程上应充分利用木材的顺纹抗拉、抗压和抗弯强度，避免其横向承受拉力或压力。木材在生长期间或多或少会受到环境的不利因素影响而造成一些缺陷（如木节、斜纹、夹皮、虫蛀、腐朽等），这些缺陷对木材的抗压强度影响较小，而对木材的抗拉强度影响极为显著，从而造成抗拉强度低于抗压强度。,7.2.1木材的主要性质,（2）影响木材强度的主要因素木材的强度除了与木材种类、强度类别等有关以外，木材的含水率、环境温度、外力作用时间、木材使用时间以及木材的缺陷等因素，都将在一定程度上影响木材的强度。木材的含水率对木材的强度影响很大。当木材的含水率在纤维饱和点以下时，其强度随含水率降低而升高；反之，木材的强度降低。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度基本不变。,木材的干湿变形,7.2.1木材的主要性质,木材的含水率变化，对各种强度的影响程度是不同的。含水率变化对木材抗弯强度和顺纹抗压强度影响较大，对顺纹抗剪强度影响较小，对顺纹抗拉强度几乎没有影响。为了比较判定不同含水率条件下的木材强度，国家标准（GB19231943-91）规定，以含水率为12%时的强度为标准值，其他含水率时的强度按下式换算。,式中含水率为12%时的木材标准强度（MPa）；含水率为W%时的木材强度（MPa）；W木材含水量率（%）；校正系数，按表7-4取值（P147)。,（7-1）,7.2.1木材的主要性质,环境温度对木材的强度有直接影响。实验表明，当温度从25升高至50时，由于木纤维及纤维间的胶体被软化，使得木材的抗压强度降低20%40%，抗拉强度和抗剪强度降低12%20%。另外，当木材长时间受到热干作用后，其脆性增加。外力作用时间长短对木材强度的影响表现出不同的特征值。木材抵抗短时间外力破坏的能力用极限强度表示，而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。木材受力后将产生塑性流变，木材的强度随荷载作用时间的增长而降低，长时间负荷后的强度远小于极限强度，木材的持久强度一般仅为极限强度的50%60%。因此，木结构设计时应以木材的持久强度作为计算依据。,7.2.1木材的主要性质,7.2.2木材及人造板材的用途按木材的加工程度和用途，木材分为原木、板材和方材。原木是指去皮去枝梢后按一定规格锯成一定长度的木料，主要用作屋架、柱或用于加工板材、方木和胶合板材等；板材是指宽度为厚度的三倍或三倍以上的木料；方材是指宽度不足厚度三倍的木料。,板材和方材统称为锯材，其用途见表7-5。,锯材的规格尺寸与主要用途表7-5,工程中除直接使用木材外，为提高木材的综合利用率，还可对木材加工制成人造板材。常用人造板材的加工工艺、性能特点和主要用途见表7-6。,7.2.2木材及人造板材的用途,胶合板,纤维板,细木工板,木丝板,7.2.2木材及人造板材的用途,刨花板,木屑板,7.2.2木材及人造板材的用途,人造板材的性能特点与主要用途表7-6,7.2.2木材及人造板材的用途,7.3木材的防护,7.3.1木材的干燥在加工和使用木材之前应对木材进行一定程度的干燥处理，以防止收缩变形、翘曲开裂，提高强度和耐久性。木材的干燥有自然干燥法和人工干燥法。,木材的干燥方法与效果,7.3.2木材的防腐木材属于天然有机材料，在条件可能的情况下易受真菌、昆虫的侵害而腐朽变质。真菌的种类很多，常见的真菌有霉菌、变色菌和腐朽菌，它们对木材的腐蚀过程及危害程度见表7-7。,木材的腐朽,真菌在木材中的生存与繁殖须同时具备水分、温度、氧气三个适宜的条件。有目的地控制这三个条件是防止真菌对木材的基本原理。民间谚语“干千年，湿千年，干干湿湿两三年”其意思是讲，木材只要一直保持通风干燥或完全浸于水中，就不会腐朽破坏，但是如果使木材干湿交替变化，则易腐朽。,真菌的种类以及对木材的腐蚀危害表7-7,7.3.2木材的防腐,木材除受真菌侵蚀而腐朽外，还会遭受昆虫的蛀蚀危害。如白蚁、天牛等昆虫常在树皮或木质部生存和繁殖，形成外表难以发现的虫眼或虫孔，严重影响木材的整体性和强度。,腐蚀木材的白蚁,7.3.2木材的防腐,木材的防腐措施有多种，其原理都是基于消解和控制真菌与昆虫的生存条件。通常防止木材腐朽的措施有两类：一是破坏真菌生存的条件，使木材及木材制品和经常保持通风干燥状态，并对其表面进行油漆处理。油漆涂层的作用既隔绝了空气，又隔绝了水分。二是将水溶性防腐剂、油质防腐剂和膏状防腐剂等化学防腐剂注入木材中，使真菌无法寄生。但须注意，有些化学防腐剂对人体健康也会造成危害。,7.3.2木材的防腐,7.3.3木材的防火木材属有机纤维材料，易燃烧是其主要缺点之一。,木材的燃烧机理：木材受热后，水分首先析出，随后发生热解和气化反应并析出可燃性气体。当温度达到闪火点（260左右）时，可燃