土木工程材料教案精选(课堂PPT)

1、1,土木工程材料教案第八章,白城师范学院 土木工程系 杨勇,2,8 木材,8.1木材的分类与构造 8.2木材的性能及应用 8.3木材的防护与防火,3,学习内容： 1.了解木材的分类与构造； 2.熟悉木材的性能及应用； 3.了解木材防护与防火。,4,木材应于建筑，历史悠久。我国在木材建筑技术和木材装饰艺术上都有很高的水平和独特的风格。如世界闻名的天坛祈年殿完全由木材构造，而山西佛光寺正殿保存至今已达千年之久。过去木材是重要的结构用材，而现在则主要用于室内装饰和装修。,5,木材作为建筑和装饰材料具有以下的优点： 比强度大，具有轻质高强的特点； 弹性韧性好，能承受冲击和振动作用； 导热性低，具有较好

2、的隔热、保温性能； 在适当的保养条件下，有较好的耐久性； 纹理美观、色调温和、风格典雅，极富装饰性； 易于加工，可制成各种形状的产品； 绝缘性好、无毒性； 木材的弹性、绝热性和暖色调的结合，给人以温暖和亲切感。,6,木材的组成和构造是由树木生长的需要而决定，因此人们在使用时必然会受到木材自然属性的限制，主要有以下几个方面： 构造不均匀，呈各向异性； 湿胀干缩大，处理不当易翘曲和开裂； 天然缺陷较多，降低了材质和利用率； 耐火性差，易着火燃烧； 使用不当，易腐朽、虫蛀。,7,8.1木材的分类和构造,8.1.1树木的分类 木材产自木本植物中的乔木，即针叶树和阔叶树。至于棕榈和竹子，虽也是单主干木本

3、植物，但与针叶树和阔叶树有本质的区别。棕榈和竹子在生长上仅由初生长成粗壮的茎，没有次生长活动。棕榈茎干中央部分的组织不结实、松软，而竹子中央部位常成空腔。,8,1针叶树材 针叶树树叶如针状（如松）或鳞片状（如侧柏），习惯上也包括宫扇形叶的银杏。针叶树树干通直高大，枝杈较小分布较密，易得大材，其纹理顺直，材质均匀。大多数针叶树材的质较轻软而易于加工，故针叶树材又称软材。针叶树材强度较高，胀缩变形较小，耐腐蚀性强，建筑上广泛用做承重构件和装修材料。我国常用针叶树树种有陆均松、红松、红豆杉、冷杉和福建柏等。,9,2阔叶树材 阔叶树树叶多数宽大、叶脉成网状。阔叶树树干通直部分一般较短，枝杈较大，数量较

4、少。相当数量阔叶树材的材质重硬而较难加工，故阔叶树材又称硬材。阔叶树材强度高，胀缩变形大，易翘曲开裂。阔叶树材质面通常较美观，具有很好的装饰作用，适于做家具、室内装修及胶合板等。我国常用阔叶树树种有水曲柳、栎木、樟木、黄菠萝、榆木、核桃木、酸枣木、梓木和檫木等。,10,8.1.2木材的构造,1.木材的宏观构造 木材是非均质材料，其构造应从树干的三个主要切面来剖析： 横切面 垂直于树轴的切面； 径切面 通过树轴的纵切面； 弦切面 平行于树轴的切面。,11,12,树木由树皮、木质部和髓心所组成。树皮由外皮、软木组织（栓皮）和内皮组成。有些树种（如栓皮栎、黄菠萝）的软木组织较发达，可用做绝热材料和装

5、饰材料。髓心位于树干的中心，由最早生成的细胞所构成，其质地疏松而脆弱，易被腐蚀和虫蛀。木质部位于髓心和树皮之间的部分，是建筑材料使用的主要部分。,13,树木生产呈周期性，在一个生长周期内所产生的一层木材环轮称为一个生长轮。树木在温带气候一年仅有一度的生长，所以生长轮又称为年轮。从横切面上看，年轮是围绕髓心、深浅相间的同心环。 在同一生长年中，春天细胞分裂速度快，细胞腔大壁薄，所以构成的木质较疏松，颜色较浅，称为早材或春材；夏秋两季细胞分裂速度慢，细胞腔小壁厚，构成的木质较致密，颜色较深，称为晚材或夏材。 一年中形成的早、晚材合称为一个年轮。相同的树种，径向单位长度的年轮数越多，分布越均匀，则材

6、质越好。同样，径向单位长度的年轮内晚才含量（称晚材率）越高，则木材的强度也越大。,14,有些树种在横切面上，材色可分为内、外两大部分。颜色较浅靠近树皮部分的木材称为边材，颜色较深靠近髓心的木材称为心材。 从髓心向外的辐射线，称为髓线。髓线与周围连接较差，木材干燥时易沿髓线开裂，但髓线与年轮组成了木材美丽的天然花纹。,15,2.木材微观结构 在显微镜下观察，木材是由无数管状细胞紧密结合而成。它们绝大部分纵向排列，少数横向排列。每一个细胞分为细胞壁和细胞腔两部分，细胞壁由纤维素分子束在半纤维素和木质组成的基体相中构架而成，大多数纤维素束沿细胞长轴呈小角度螺旋状排列。木材的细胞壁愈厚，腔愈小，木材愈

7、密实，强度也愈大，但胀缩也大。与春材相比，夏材的细胞壁较厚。 针叶树显微结构简单规则，它主要由管胞和髓线组成，其髓线较细不明显。阔叶树显微结构较复杂，其最大的特点是髓线发达，粗大而明显。,16,8.2木材的性能及应用,8.2.1木材的性能 1.木材的含水率及吸湿性 木材中的含水量以含水率表示，即木材中所含水的质量占干燥木材质量的百分数。新伐倒的树木称为生材，其含水率一般在70%140%。木材气干含水量因地而异，南方约为15%20%，北方约为10%15%。窑干木材的含水率约在4%12%。,17,木材中所含水分可分为自由水和吸附水两种。 自由水 存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。自由水影响木材的

8、表观密度、保存性、抗腐蚀性和燃烧性。 吸附水 被吸附在细胞壁基体相中的水分。由于细胞壁相具有较强的亲水性，且能吸附和渗透水分，所以水分进入木材后首先被吸入细胞壁。吸附水是影响木材强度和胀缩的主要因素。,18,湿木材在空气中干燥时，当自由水蒸发完毕而吸附尚处于饱和时的状态，称为纤维饱和点。此时的木材含水率称为纤维饱和点含水率，其大小随树而异，通常介于23%33%。纤维饱和点含水率的重要意义不在其数值的大小，而在于它是木材许多性质在含水率影响下开始发生变化的起点。 潮湿的木材会向较干燥的空气中蒸发水分，干燥的木材也会从湿空气中吸收水分。木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，当水分的蒸发和吸收达到动

9、态平衡时，其含水率相对稳定，这时木材的含水率称为平衡含水率。北方约12%，南方约18%，长江流域15%左右。,19,2.木材的湿涨干缩与变形 木材具有显著的湿胀干缩性。当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，自由水蒸发不改变其尺寸；继续干燥，细胞壁中吸附水蒸发，细胞壁基体相收缩，从而引起木材体积收缩。反之，干燥木材吸湿时将发生体积膨胀，直到含水量达到纤维饱和点为止。细胞壁愈厚，则胀缩愈大。因而，表观密度大、夏材含量多的木材胀缩变形较大。,20,21,由于木材构造不均匀，各方向、各部位胀缩也不同，其中弦向最大，径向次之，纵向最小，边材大于心材。一般新伐木材完全干燥时，弦向收缩6%12%，径向收缩3%

10、6%，纵向收缩0.1%0.3%，体积收缩9%14%。 由于复杂的构造原因，木材弦向收缩总是大于径向，弦向收缩与径向收缩比率通常为2：1。木材干燥时其横截面变形不均匀，干缩会使板材发生翘曲（包括顺弯、横弯、翘弯）和扭弯。,22,木材湿胀干缩性将影响到其实际使用。干缩会使木材翘曲开裂、接榫松弛、拼缝不严，湿胀则造成凸起。为了避免这种情况，在木材加工制作前必须预先进行干燥处理，使木材的含水率比使用地区平衡含水率低2%3%。,23,3.木材的强度 木材的强度主要是指其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。 由于木材构造各向不同，其强度呈现出明显的各向异性，因此木材强度应有顺纹和横纹之分。木材的顺纹抗压、抗拉强度

11、均比相应的横纹强度大得多，这与木材细胞结构及细胞在木材中的排列有关。表8-1是木材各强度大小关系。,24,表8-1木材无缺陷时各强度大小关系,25,影响木材强度的因素 ： 木材含水量对强度影响极大。在纤维饱和点以下时，水分减少，则木材多种强度增加，其中抗弯和顺纹抗压强度提高较明显，对顺纹抗拉强度影响最小。在纤维饱和点以上，强度基本为一恒定值。 温度对木材强度有直接影响。试验表明，温度从25升至50时，将因木纤维和木纤维间胶体的软化等原因，使木材抗压强度降低20%40%，抗拉和抗剪强度下降12%20%。此外，木材长时间受干热作用可能出现脆性。,26,木材极限强度表示抵抗短时间外力破坏的能力，木材

12、在长期荷载作用下所能承受的最大应称为持久强度。由于木材受力后将产生塑性流变，使木材强度随荷载时间的增长而降低，木材的持久强度仅为极限强度的50%60% 。 木材的强度是以无缺陷标准试件测得的，而实际木材在生长、采伐、加工和使用过程中会产生一些缺陷，如木节、裂纹和虫蛀等，这些缺陷影响了木材材质的均匀性，破坏了木材的构造，从而使木材的强度降低，其中对抗拉和抗弯强度影响最大。,27,8.2.2木材及其制品的应用 按加工程度和用途不同，木材分为圆条、原木、锯材三类 。,28,29,1.条木地板,30,2.拼花木地板,31,32,3.复合木地板,33,34,35,4.胶合板,36,37,5.刨花板、木丝

13、板、木屑板,38,8.3木材的防护与防火,8.3.1木材的腐朽与防护 木材的腐朽是由真菌在木材中寄生而引起的。侵蚀木材的真菌有三种，即霉菌、变色菌和木腐菌一般只寄生在木材表面，并不破坏细胞壁，对木材强度几乎无影响。变色菌多寄生于边材，对木材力学性质影响不大。但变色菌侵入木村较深，难以除去，损害木材外观质量。 腐朽防护措施：,39,干燥 采用气干法或窑干法将木材干燥至较低的含水率，并在设计和施工中采取各种防潮和通风措施，如在地面设防潮层，木地板下设通风洞，木屋顶采用山墙通风等，使木材经常处于通风干燥状态。 涂料覆盖 涂料种类很多，作为木材防腐应采用耐水性好的涂料。涂料本身无条菌杀虫能力，但涂刷涂

14、料可在木材表面形成完整而坚韧的保护膜，从而隔绝空气和水分，并阻止真菌和昆虫的侵入。 化学处理 化学防腐是将对真菌虫有毒害作用的化学防腐剂注入木材中，使真菌无法寄生。防腐剂主要有水溶性、油溶性和油质防腐剂三大类。室外应采用耐水性好的防腐剂。防腐剂注入方法主要有表面涂刷、常温浸渍、冷热槽浸透和压力渗透法等。,40,8.3.3木材的防火 易燃是木材最大的缺点，木材防火处理的方法有： 用防火浸剂对木材进行浸渍处理，为了达到要求的防火性能，应保证一定的吸药量和透入深度。 将防火涂料刷或喷洒于木材表面，待涂料固结后即构成防火保护层。防火效果与涂层厚度或每平方米涂料用量有密切关系。,41,8.3.2木材的防虫 因各种昆虫危害而造成的木材缺陷称为木材早害。往往木材内部已被蛀蚀一空，