《建筑材料与检测技术》-第13章

木材是天然生长的有机高分子材料，广泛地应用于国民经济的各个部门，是当今重要建筑材料之一。木材经过物理加工和化学处理，可以生产出改性木材、木质人造材料和木质复合材料等性能差异悬殊的木质材料。13.1.1木材的分类木材树种很多，从外形上分为针叶树和阔叶树两大类。大部分针叶树纹理平直、材质均匀、木质较软、易加工、变形小，建筑上广泛用作承重构件和装修材料，如杉树、松树等。大部分阔叶树质密、木质较硬、加工难、易翘裂、纹理美观，适于室内装修，如水曲柳、枫木等。13.1.2木材的构造木材是由无数不同形态、不同大小、不同排列方式细胞所组成。要全面地了解木材构造，必须在横切面、径切面和弦切面三个切面上进行观察(如图13-1所示)。13.1

概述下一页返回(1)横切面是指与树干主轴或木纹相垂直的切面。可以观察到各种轴向分子的横断面和木射线的宽度。(2)径切面是指顺着树干轴线、通过髓心与木射线平行的切面。在径切面上，可以观察到轴向细胞的长度和宽度以及木射线的高度和长度。年轮在径切面上呈互相平行的带状。(3)弦切面是顺着木材纹理、不通过髓心而与年轮相切的切面。在弦切面上年轮呈“V”字形。从木材三个不同切面观察木材的宏观构造，可以看出，树干由树皮、木质部、髓心组成。一般树的树皮覆盖在木质部外面，起保护树木的作用。髓心是树木最早形成的部分，贯穿整个树木的干和枝的中心，材性低劣，易于腐朽，不适宜作结构材。土木工程使用的木材均是树木的木质部分，木质部分的颜色不均，一般接近树干中心部分，含有色素、树脂、芳香油等，材色较深，水分较少，对菌类有毒害作用，称为心材。13.1

概述上一页下一页返回靠近树皮部分，材色较浅，水分较多，含有菌虫生活的养料，易受腐朽和虫蛀，称为边材。每个生长周期所形成的木材，在横切面上所看到的，围绕着髓心构成的同心圆称为生长轮。温带和寒带地区的树木，一年只有一季生长，故生长轮又可称为年轮。但在有干湿季节之分的热带地区，一年中也只生长一圆环。在同一年轮内，生长季节早期所形成的木材，胞壁较薄、形体较大、颜色较浅、材质较松软称为早材(春材)。到秋季形成的木材，胞壁较厚、组织致密、颜色较深、材质较硬称为晚材(秋材)。在热带地区，树木一年四季均可生长，故无早、晚材之别。相同树种，年轮越密而均匀，材质越好；晚材部分越多，木材强度越高。13.1

概述上一页返回13.2.1木材的水分、含水率木材的含水率是木材中水分质量占干燥木材质量的百分比。木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位置，可分为自由水、吸附水和化学结合水。自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水，它影响着木材的表观密度、抗腐蚀性、干燥性和燃烧性。吸附水是被吸附在细胞壁内纤维之间的水，吸附水的变化则影响木材强度和木材胀缩变形性能。化学结合水即为木材中的化合水，它在常温下不变化，故其对木材的性质无影响。当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材含水率称为纤维饱和点。木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改变的。当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，木材中的含水量最后会达到与周围环境湿度相平衡，这时木材的含水率称为木材平衡含水率。13.2木材的性质下一页返回13.2.2木材的湿涨干缩木材具有显著的湿胀干缩性，其规律是：木材含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀，随着含水率减小，木材体积减小；而当木材含水率在纤维饱和点以上时，木材的体积不发生变化。木材各个方向的干缩率不同。木材弦向干缩率最大，为6%～12%，径向次之，为3%～6%，纤维方向(顺纹方向)最小，为0.1%～0.3%髓心的干缩率较木质部大，易导致锯材翘曲。木材在干燥的过程中会产生变形、翘曲和开裂等现象。木材的干缩湿胀变形还随树种不同而异。木材的密度大的、晚材含量多的木材，其干缩率就较大。湿胀干缩性对木材的下料有较大影响。13.2木材的性质上一页下一页返回13.2.3木材的强度及影响因素工程上常利用木材的以下几种强度：抗压、抗拉、抗弯和抗剪(如图13-2所示)。由于木材是一种非均质材料，具有各向异性，使木材的强度有很强的方向性。木材各强度大小的比值关系见表13-1。木材强度的影响因素主要有含水率、环境温度、负荷时间、表观密度和疵病等。1.含水率的影响木材的含水率在纤维饱和点以内变化时，含水量增加使细胞壁中的木纤维之间的联结力减弱、细胞壁软化，故强度降低；当水分减少使细胞壁比较紧密，故强度增高。含水率的变化对各强度的影响是不一样的。对顺纹抗压强度和抗弯强度的影响较大，对顺纹抗拉强度和顺纹抗剪强度影响较小(如图13-3所示)。13.2木材的性质上一页下一页返回为了便于比较，按国家标准GB/T1935－1991～GB/T1939－1991规定，木材强度以含水率为12%时的强度为标准值含水率在9%～15%范围内的强度，按下式换算。

12=

w[1+

(W-12)

]式中：

12——含水率12%时的强度(MPa)；

w——含水率W%时的强度(MPa)；

W——含水率(%)；

——校正系数，随荷载种类和力的作用形式而异。顺纹抗压强度：

=0.05。横纹抗压强度：

=0.045。顺纹抗拉强度：阔叶树材

=0.015。针叶树材

=0。13.2木材的性质上一页下一页返回抗弯强度：

=0.04。顺纹抗剪强度：

=0.03。2.环境温度的影响木材随环境温度升高强度会降低。当温度由25℃升到50℃时，针叶树抗拉强度降低10%～15%，抗压强度降低20%～24%。当木材长期处于60～100℃温度下时，会引起水分和所含挥发物的蒸发，而呈暗褐色，强度下降，变形增大。温度超过140℃时，木材中的纤维素发生热裂解，色渐变黑，强度明显下降。因此，长期处于高温的建筑物，不宜采用木结构。3.负荷时间的影响木材的长期承载能力远低于暂时承载能力。这是因为在长期承载情况下，木材会发生纤维蠕滑，累积后产生较大变形而降低了承载能力的结果。13.2木材的性质上一页下一页返回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%。一切木结构都处于某一种负荷的长期作用下，因此在设计木结构时，应考虑负荷时间对木材强度的影响应以持久强度作为极限值。4.木材的疵病木材在生长、采伐及保存过程中，会产生内部和外部的缺陷，这些缺陷称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、腐朽及虫害等，这些疵病将影响木材的力学性质，但同一疵病对木材不同强度的影响不相同。木节分为活节、死节、松软节和腐朽节等几种，活节影响最小。木节使木材顺纹抗拉强度显著降低，对顺纹抗压影响最小。在木材受横纹抗压和剪切时，木节反而增加其强度。斜纹为木纤维与树轴成一定夹角，斜纹严重降低木材的顺纹抗拉强度，抗弯次之，对顺纹抗压强度影响较小。13.2木材的性质上一页下一页返回裂纹、腐朽和虫害等疵病，会造成木材构造的不连续性或破坏其组织，因此严重影响木材的力学性质，有时甚至能使木材完全失去使价值。13.2木材的性质上一页返回13.3.1木材的分类与等级木材按供应形式可分为原条、原木、板材和方材。原条是指已经除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定尺寸加工成规定木料。原木是原条按一定尺寸加工而成的规定直径和长度的木料，可直接在建筑中作木桩、搁栅、楼梯和木柱等。板材和方材是原木经锯解加工而成的木材，宽度为厚度的三倍和三倍以上的为板材，宽度不足厚度的三倍者为方材。按用途可分为结构材料、装饰材料、隔热材料、电绝缘材料。按级别可分为：A：无结巴，无矿物线，无树芯，无腐朽，无弯曲，无端裂，简单一点是无瑕疵AB：单面无结巴，无矿物线；但双面都不能有树芯、腐朽，可有部分弯曲和端裂13.3木材的综合利用下一页返回ABC：这个等级比较好概括，就是整棵原木加工好的所有板材，当然原木好瑕疵就会少一点，主要他少了一道挑选的工序B：双面有结巴，有矿物线、弯曲、端裂，但无树芯，无腐朽BC：双面有结巴，有矿物线、弯曲、端裂占一半，树芯占一半，无腐朽C：树芯材，端头可有部分腐朽13.3.2人造板材人造板，顾名思义，就是利用木材在加工过程中产生的边角废料，混合其他纤维制作成的板材。人造板材种类很多，常用的有刨花板、中密度板、细木工板(大芯板)、胶合板，以及防火板等装饰型人造板。因为它们有各自不同的特点，被应用于不同的家具制造领域。13.3木材的综合利用上一页下一页返回刨花板是将木材加工过程中的边角料、木屑等切削成一定规格的碎片，经过干燥，拌以胶黏剂、硬化剂、防水剂，在一定的温度下压制而成的一种人造板材。因为刨花板结构比较均匀，加工性能好，可以根据需要加工成大幅面的板材，是制作不同规格、样式的家具较好的原材料。制成品刨花板不需要再次干燥，可以直接使用，由于其表观密度小强度较低、孔隙率较大，因而吸音和隔音性能也很好。但它也有其固有的缺点，因为边缘粗糙，容易吸湿，所以用刨花板制作的家具封边工艺就显得特别重要。另外由于刨花板容积较大，用它制作的家具，相对于其他板材来说，也比较重。中密度纤维板是将木材或植物纤维经机械分离和化学处理手段，掺入胶黏剂和防水剂等，再经高温、高压成型制成的一种人造板材，是制作家具较为理想的人造板材。13.3木材的综合利用上一页下一页返回中密度纤维板的结构比天然木材均匀，也避免了腐朽、虫蛀等问题，同时它胀缩性小，便于加工。由于中密度纤维板表面平整，易于粘贴各种饰面，可以使制成品家具更加美观。在抗弯曲强度和冲击强度方面，均优于刨花板。装饰的人造板用于装饰的人造板材是普通人造板材经饰面二次加工的产品。按饰面材料区分，有天然实木饰面人造板、塑料饰面人造板、纸质饰面人造板等多种类型。防火板又称“塑料饰面人造板”，它具有优良的耐磨、阻燃、易清洁和耐水等性能。这种人造板材是做餐桌面、厨房家具、卫生间家具的好材料。纸质饰面人造板是以人造板为基材，在表面贴有木纹或其他图案的特制纸质饰面材料。它的各种表面性能比塑料饰面人造板稍差，常见的有宝丽板、华丽板等。13.3木材的综合利用上一页返回下一页室内装饰装修用人造板大多数存在游离甲醛释放问题。游离甲醛是室内环境主要污染物，对人体危害很大，已引起全社会的关注。国家标准《室内装饰装修用人造板及其制品中甲醛释放限量))(GB18580－2001)规定了各类板材中甲醛释放限量值。木质模压制品也是用各种不同形状的结构单元、组坯或铺装成不同结构形式的板坯，专门结构的模具压制成各种非平面状的制品。13.3木材的综合利用上一页返回13.4.1木材的腐蚀木材的腐蚀是真菌和少量细菌在木材中寄生引起的。腐蚀对木材材质的影响主要有如下：(1)材色，木材腐朽常有材色变化。白腐材色变浅，褐腐变暗。腐朽初期就常可伴有木材自然材色的各种变化，或无材色变化。(2)收缩，腐朽材在干燥中的收缩比健全材大。(3)密度，由于真菌对木材物质的破坏，腐朽材比健全材密度低。(4)吸水和含水性能，腐朽材比健全材吸水迅速。(5)燃烧性能，干的腐朽材比健全材更易点燃。(6)力学性质，腐朽材比健全材软、强度低；腐朽后期，一碰就碎真菌和细菌在木材中繁殖生存必须同时具备四个条件：适宜温度；适当含水率；少量的空气；适当的养料。13.4木材的腐蚀与防护下一页返回真菌生长最适宜温度是25～30℃，最适宜含水率为35%～50%，即木材含水率在稍稍超过纤维饱和点时易产生腐朽。含水率低于20%时，真菌的活动受到抑制。含水率过大时，空气难于流通，真菌得不到足够的氧或排不出废气，腐朽也难以发生，谚语“干千年、湿千年、干干湿湿两三年”说的就是这个道理。破坏性真菌所需养分是构成细胞壁的木质素或纤维素。13.4.2木材的防护木材防腐的基本方法有两种：一种是创造木材不适于真菌的寄生和繁殖条件；另一种是把木材变成有毒的物质，使其不能作真菌的养料。原木储存时有干存法和湿存法两种。控制木材含水率，将木材保持在较低含水率，木材由于缺乏水分，真菌难以生存，这是干存法。13.4木材的腐蚀与防护上一页下一页返回或将木材保持在很高的含水率，木材由于缺乏空气，破坏了真菌生存所需的条件，从而达到防腐的目的，这是湿存法或水存法。但对成材储存就只能用干存法。对木材