木材组成与结构.ppt

1、一、1、1章古代建筑材料的主要性质、木材的组成和特点，一、2、古代建筑材料包括：木材、砖、石、土、画、漆、金属等。本章介绍了木材的重要特性和木材损坏的原因。a，3，第1节，木材结构和重要属性，文物保护技术必须基于已知的文物侵蚀机制，然后才能开出正确的药物。因此，本章必须介绍木材的解剖结构、成分和指标。这是木材腐蚀的内在原因。a，4，1。针叶树和阔叶树的木材结构解剖、木材结构和命名纤维组成和结构；古代木材和现代木材细胞结构的差异(有利于我们选择加固和防腐处理方法)；a，5，1。木材结构和命名，无数的木材细胞相互连接，并以不同的细胞形状和排列作为机械强度，在树木中承担营养物质的运输。结构及命名见下

2、图：a、6、a、7、a、8、软木、木髓、硬木、皮、内皮、a、9、a、10、早期木、晚期木、早期木、晚期木、a、11高而直，为建筑材料，属软质材料。阔叶树材：树叶相对较宽，如楠木、樟树、刺槐、橡树、白榆、椴木和柳树。它们的树干是分叉的，它们的名字叫做硬木，但这并不意味着它们都是高硬度木材。泡桐和轻木是软木材。因为阔叶木的种类很多，也叫杂木，所以根据其硬度可以分为硬杂木和软杂木。a，13，针叶林，a，14，针叶林，a，15，阔叶树，a，16，阔叶树，a，17，针叶林和阔叶树的结构，针叶林：主要由管胞(木纤维)组成，长约38毫米，占总体积的90%以上。通常，针叶树木材没有导管，这被称为无孔木材。阔叶

3、树材：主要成分为导管和木质纤维，管胞为非主要细胞，木质纤维包括木质纤维和纤维状管胞，长度约1毫米，占体积的50%以上。阔叶木的横截面上有明显的管孔，所以也叫坑木。组织结构如下：A、18、阔叶树木材的超微结构、A、19、A、20、3、纤维组成结构、针叶树木材：90.95%为纤维细胞(长管胞)，51.0%为木材射线、贮藏细胞(长薄壁细胞)和树脂等。阔叶树：40.75%的木质纤维(导管和纤维管胞)，10.30%的维管束和5.30%的长薄壁细胞(比针叶树木材丰富)。针叶树木材的长管胞：长25毫米，直径0.020.05毫米，在运输水和支撑树干方面起作用。阔叶木纤维：长1.01.5毫米，起到输水和增加树干

4、强度的作用。它通过管胞的开口端或半开口端相互连接，形成管状通道，称为木质纤维，有时可以长到几米。阔叶导管：直径0.050.15毫米。孔隙：相邻细胞之间的物质交换取决于孔隙。a，21，微结构a，22，4，木质细胞结构，由细胞壁和细胞腔组成。细胞壁是植物细胞的独特结构。细胞壁的形态结构决定了组织的性能。细胞壁：它完成植物组织的吸收、蒸腾和物质运输的功能，也起着重要的支撑作用，这就是为什么人类使用木材的原因。a，23，木材细胞的超微结构，a，24，木材细胞的超微结构，初生壁：它最初支持新细胞，其成分主要是纤维素和果胶。细胞成熟后，这层被木质化。随着细胞的生长，平均厚度为0.100.15微米。次生壁：

5、成熟后停止生长，形成次生壁，主要由纤维素和半纤维素以及大量木质素等物质组成。次生壁可分为三层：外层、中间层、内层、a、25、木质细胞超微结构和外层，平均厚度为0.20.3微米。它由34个薄层组成，每个薄层由微纤维螺旋排列。在压力下，它保证了木材的强度。中间层：最厚的一层，平均厚度为14微米，由30，150个薄层组成，微纤维在薄层之间和薄层中紧密有效地结合在一起，使木材具有抗拉强度。内层：最薄，只有0.1微米，与细胞腔相邻，层数很少。超细纤维丝水平连接，很少交叉。在所有针叶林和少数阔叶林中，内层都有结核。木细胞结构，细胞间层：细胞间有一层细胞间层将细胞相互连接起来，其最厚部分为0.21微米。因为

6、两个相邻细胞之间几乎没有特殊的边界，它们共同的细胞间物质充当了边界的中间层。a、27、木材细胞的结构、细胞壁的形成和生长都是由细胞原生质中的糖完成的；纤维素和半纤维素是通过酶催化合成的，纤维素形成微纤丝，微纤丝实际上是由细胞原生质沉积形成的，这些微纤丝一起形成次生壁。细胞排列形成纤维束，纤维束形成木材。a，28，5。古今木材的差异、时代的变迁以及各种环境因素的影响，造成了古今木材的差异。环境因素：生物木材害虫、木材腐烂真菌、细菌和海洋木材钻探动物。气候有害气体、光、热辐射、灰尘、风雨等。埋藏环境中的厌氧菌、地下水、海洋木材钻探动物等。古代木材：害虫吃边材和早期木材，内部布满虫洞。木材腐烂真菌从

7、外向内腐蚀，导致木材破裂或形成海绵。在厌氧环境中，次生壁被破坏，细胞质和初生壁被保存。一、损坏木柱标本29件，一、清代木柱虫害现状30件，户县公共交通大厅一、古代木文物标本31件，一、出土饱和木文物32件，一、出土饱和木文物33件，一、地面木文物34件，一、木文物35件，二、木文物1件。成分元素：c (48.51%)、h (43.44%)、O(67%)、N(0.10.2%)、各种盐类(0.20.6%)、a、36、2、化学成分、a、37、针叶类、无嗅无味；不溶于一般有机溶剂；不溶于普通稀酸和碱。它是造纸、人造板、薄膜、塑料和涂料的重要原料。A，40，A，41，A，42，A，纤维素：由100001

8、4000个葡萄糖单元组成的纤维素链(直径为0.5纳米，长度约为510微米)。纤维素外围的羟基在化学反应中起重要作用。氢键(分子内和分子间氢键)可以在一个分子的羟基和另一个相邻分子的羟基之间形成，因此水分与纤维结合。纤维素链构成纤维单元(直径3.03.5纳米)，每个纤维单元由36个纤维素链组成，纤维素链又构成纤维(直径高达12纳米，由16个纤维单元组成)。此外，四根12纳米的纤维组成一个微纤维(直径25纳米)，而a、43、B和半纤维素：也由葡萄糖单元组成，其结构不同于纤维素，半纤维素具有短链和侧基。它的主链可以由一个或几个不同的糖单元组成。半纤维素也可以构成纤维单元，a，44，半纤维素的主要糖基

9、团，a，45，C，木质素：和木质化植物组织的非碳水化合物部分，在除去提取的成分(包括灰分)后，是具有芳香特征的无定形物质。它在连接细胞和加强细胞壁中的植物组织方面起作用。一般不水解，在酸的作用下可得到棕色粉末状物质。a，46，木质素的基本结构单元，a，47，a，48，a，49，木质素的生物合成，a，50，a，51，a，52，a，53，a，54，a，55，3，木材细胞壁大分子的结构，通常认为是由纤维素和半纤维素组成，可以结合到由纤维素形成的纤维单元上。半纤维素可能在纤维素周围形成一薄层，首先形成纤维素和半纤维素的支架，然后用木质素填充。事实上，由纤维素和半纤维素形成的晶格结构被恰当地嵌入木质素中

10、。与钢筋混凝土结构相似，纤维素和半纤维素相当于钢筋支架，木质素相当于水泥。到目前为止，木材细胞壁的大分子结构还没有模型概念。古代木材的化学成分纤维素在缺氧环境中被强烈分解，其中水解和酶催化起了重要作用。与现代木材相比，古代木材含纤维素较少，木质素和灰分较高。木质素含量的增加是由于其他成分的损失。长期放置在干燥环境中的木材的木质素含量由于氧化而降低。a，58，3。木材的几个性质，1。含水量2。木材密度3。木材浸渍4。木材强度5。木材的天然耐久性。a，59。1.含水率，绝对含水率u=(m湿m干)/m干100%相对含水率f=(m湿m干)/m湿100 17.18%在南方，12.13%在北方，半干木材，

11、u=20.30%，湿木材低于纤维饱和点：u30%，木材在水环境中长时间或新收获，a，60，古代木材的含水率，在被细菌和昆虫破坏后，含水率的变化大于健康木材。大量的水可以在短时间内被吸收，木材越腐朽，这种特性就越明显。典型的收缩裂缝往往出现在收缩过程中。含水率高的古代木材容易降解，含水率越高，降解越快。如果水分含量一直保持在高水平，木材就能保持原来的形状。高水分含量的古代木材的干燥收缩率可能比健康木材高30%，在极端情况下，木材的干燥收缩将导致整个木材的破坏。原因是木材的细胞和细胞间的结合已经被完全破坏了。当干燥和收缩的高含水量木材再次与水接触时，膨胀率非常小，因为细胞的破坏是不可逆的。a，61

12、，2，木材密度，单位体积木材重量。总干密度：总干质量/总干体积空气干密度：总干质量/空气干体积基本密度：总干质量/水饱和时的体积基本密度是实验室判断木材性能的基础。数值相对固定且准确。风干密度是生产中风干过程中计算木材质量的基础。密度是衡量木材机械强度的重要指标之一。高密度有利于机械强度，反之亦然。a，62，3。木材吸水性是指木材吸收防腐剂和增强剂的能力，这取决于木材的渗透性，并直接影响保护措施的效果。一般分为：最难、最难、稍难和容易浸泡。应考虑特殊(防腐)处理，并对耐火树种采取补充措施。a，63，最难：刺槐，橡树，落叶松：柏树，杉木，樟树：朔花，红松，华山松容易浸泡：水曲柳，山杨，白桦，毛白

13、杨，松木，榆树，a，64，现代木材和古代木材的比较：密度：平均如果它是在水下或地下出土，它不会被生物破坏，无论它是多长时间，密度和外观将变化很小。经过长期水解后，化学成分的提取物损失，其收缩率明显高于新木材，但密度保持不变。浸渍：与木材种类和损伤程度有关。木材受到昆虫的严重破坏，破坏程度越高，浸渍程度越高。木腐真菌使古木容易浸渍，但浸渍不均匀(闭坑)与损伤程度有关，只有表面受损的层才能浸渍。古代木材的浸入性也受到清洁度的影响(油漆、油漆、灰尘)。a，65，4。木材强度通常指木材的机械性能，包括压缩、拉伸、弯曲、冲击、剪切和硬度。从生物学的角度来看，木材是各向异性的。按纹理划分：水平纹理(垂直于

14、木纹)值，平行纹理(平行于木纹)值，a，66，4，木材强度和硬度与木材密度和含水量之间的关系。密度硬度含水率硬度抗压强度：密度抗压强度后期木材部分抗压强度低于纤维饱和点：含水率抗压强度T抗压强度抗压强度与年轮方向有关：10倍横纹顺纹，a，67，4，木材强度，抗拉强度：密度后期木材抗拉强度含水率低于饱和点：含水率抗拉强度T抗拉强度木质素抗拉强度木材纤维方向抗拉强度最大，a，68，4，木材强度， 抗弯强度：密度抗弯强度后期木材抗弯强度纤维饱和点以下：含水率抗弯强度t抗弯强度，a，69，4，木材强度，弯曲弹性模量：指木材强度即木材在一定限度内抵抗弯曲变形的能力。 弹性模量越大，弹性变形弹性模量越刚性

15、，柔性弯曲弹性模量是选择梁、托梁和板条的重要参考值。它与密度成正比，与含水量成反比。见表。a，70，4，木材强度，古木：被生物破坏后，机械强度下降。地下出土的木材密度保持不变，纤维素降解，导致抗压强度和抗折强度下降，其中抗折和抗拉强度远低于抗压强度。几周内，被木腐真菌损伤的木材抗压强度和抗弯强度大幅下降，但重量没有明显变化。因此，应使用强度指数来识别旧木材的损伤，而不是密度。木材的天然耐久性是指木材对生物损伤的固有抵抗力，如木材腐烂真菌和木材害虫。它还包括：对气候变化的自然抵抗力、物理和化学因素等。作为一种独特的属性，自然耐久性与树种有关。(耐久性强的稠密树种)与同一棵树相关，心材和晚材具有很

16、强的耐久性。它与木材中的化学成分有关。边材富含淀粉、糖、含氮物质和微量矿物质，为细菌和昆虫提供营养，容易被昆虫腐蚀和吃掉。木材的自然耐久性是古建筑维修中选择和替代木材的一个重要参数。见表。a，72，4。对木材的各种损害如果木材得到保护并正确使用，木材是一种耐用的材料，不容易老化(与塑料相比)，也不会疲劳(与金属相比)。例如2000年的木棺和1000年的木塔。然而，在潮湿的环境中，它容易受到生物、物理和化学非生物的攻击。本章分别介绍了木材的损伤因素和机理。一、73、植物微生物损害(木材腐烂细菌、细菌)、生物因素、动物损害(钻木甲虫、白蚁、海洋钻木动物)、物理损害(气候、声音和光线)、非生物因素、化学损害(金属、水分、气体、酸、碱和盐溶液)、一、74、生物损害因素、植物微生物损害、变色细菌褐腐细菌木材腐烂细菌白腐细菌软腐细菌植物微生物损害细菌、一、75、木材腐烂细菌，最重要的植物损害木材不同于其他植物， 其不含叶绿素，不能在阳光下合成碳水化合物，但通过酶溶解过程分解木材，以获得其自身生长所需的营养。 分类：木腐菌的主要种