08 第8章 木材.pptx

第1页：第8章木材

第8章木材【教学目标】本章介绍了木材的分类和构造，木材的物理力学性质及应用。要求：1.掌握木材的物理力学性质；2.掌握影响木材强度的主要因素；3.熟悉木材在建筑工程中的应用；4.了解木材的构造及防火保护。

第2页：本章教学要求

【教学要求】相关知识能力要求知识要点(1)针叶树与阔叶树特点；(2)木材宏观和微观构造；木材的含水率、纤维饱和点、平衡含水率、干湿变形概念；(3)木材的强度及其影响因素；（4）木材腐蚀原因及防腐措施；（5）木材的综合利用，包括胶合板、纤维板、细木工板的性能特点及应用(1)会进行不同含水率下测定的木材强度与木材标准强度之间的换算；（2）会根据木材腐蚀的原理，正确进行木材防腐处理技术；（3）能根据建筑物环境，合理选用装饰板材。1）木材构造、物理力学质；2）木材腐蚀与防止；3）木材的综合利用

第3页：木材的应用历史悠久

木材的应用历史悠久，是人类最早使用的建筑材料之一。木材与水泥、钢材曾被列为建筑工程的三大材料。近年来，我国为保护有限的森林资源，木材应用不再象以前那样普遍，但由于木材具有其独特的优点，故它仍不失其在建筑工程中的重要地位。

• 木材有有很多优点。如：较高的弹性和韧性；耐冲击和振动；易于加工；保温性好；长期保持干燥或长期置于水中，均有很高的耐久性；木材属轻质高强材料，即比强度高；导热性低，保温隔热性好；大部分木材具有美丽的纹理，装饰性好等。
• 木材也有缺点。如内部结构不均匀，各向异性；易随周围环境湿度变化而改变含水量，引起较大的湿胀干缩变形；易腐朽及虫蛀；易燃烧；天然疵病较多等。不过，采取一定的加工和处理后，这些缺点可以得到相当程度的减轻。
• 在建筑工程中，屋架、梁、柱、支撑、门窗、地板、桥梁、混凝土模板、脚手架以及室内装修，水利工程中的木桩、闸门，及隧洞支护的坑木等，都需要使用大量木材。
• 木材的使用范围广，需求量大，但生产周期长，因此要采用新技术、新工艺对木材进行综合利用。

第4页：8.1 木材的分类与构造

8.1木材的分类与构造

• 8.1.1木材的分类
• 木材是由树木加工而成。树木种类很多，按树种的不同，可分为针叶树和阔叶树两大类。
• 1、针叶树
• 针叶树树叶细长如针，多为常绿树，树干通直和高大，纹理平顺，材质均匀，木质较软而易于加工，故又称为“软木材”。针叶树强度较高，表观密度和胀缩变形较小，常含有较多的树脂，耐腐蚀性较强。针叶树树材是主要的建筑用材，主要用作承重构件、装修和装饰部件。常用的树种有：红松、落叶松、云杉、冷杉、杉木、柏木。
• 2、阔叶树
• 阔叶树树叶宽大，叶脉成网状，绝大部分为落叶树，树干通直部分一般较短，大部分树种的表观密度大，材质较硬，不易加工，故又称为“硬木材”。阔叶树材一般较重，强度高，胀缩和翘曲变形大，易开裂，在建筑中常用作尺寸较小的装修和装饰等构件，对于具有美丽天然纹理的树种，特别适于作室内装修、家具及胶合板等。常用的阔叶树的树种有榉木、柞木、水曲柳、榆木以及质地较软的榫木、椴木等。

第5页：8.1.2 木材的构造

8.1.2木材的构造

• 由于树种和树木生长的环境不同，其构造差异很大。这些差异将影响木材的性质。所以，研究木材的构造是掌握木材性能的重要手段。木材构造分宏观构造和微观构造。1.木材的宏观构造
• 木材的宏观构造是指用肉眼和放大镜能观察到的
• 组织，通常从树干的横切面（垂直于树轴的面）、
• 径切面（通过树轴的纵切面）和弦切面（平行于
• 树轴的纵切面）三个切面上来进行剖析。如图8.1
• 所示。
• 由图可见，树木是由树皮、木质部和髓心等部分
• 组成。
• 在木质部的构造中，许多树种的木质部接近树干
• 中心的部分呈深色，称心材；靠近外围的部分色较浅，称边材。一般说，心材比边材的利用价值大些。
• 从横切面上看到深浅相间的呈同心圆环分布的是年轮，在同一年轮内，春天生长的木质，色较浅，质松软，称为春材（早材）；夏秋二季生长的木质，色较深，质坚硬，称为夏材（晚材）。相同树种，年轮越密且均匀，材质越好，夏材部分愈多，木材强度愈高。树干的中心称为髓心，其质松软，强度低，易腐朽。
• 从髓心向外的辐射线，称为髓线，它与周围连结差，干燥时易沿此开裂。年轮和髓线组成了木材美丽的天然纹理。
• 2.木材的微观构造
• 微观构造是在显微镜下能观察的木材组织，它是由无数管状细胞结合而成，它们大部分纵向排列，少数横向排列（如髓线）。每个细胞分细胞壁和细胞腔两部分，细胞壁由细纤维组成，其纵向连结较横向牢固。细纤维间具有极小的空隙，能吸附和渗透水分。木材的细胞壁愈厚，腔愈小，木材愈密实，表观密度大，强度也较高，但胀缩大。春材细胞壁薄腔大，夏材则壁厚腔小。

第6页：针叶树材的构造

针叶树材显微构造简单而规则，它主要由管胞、髓线和树脂道组成，其中管胞占总体积的90%以上，且其髓线较细而不明显。阔叶树材显微构造较复杂，其细胞主要有木纤维、导管和髓线，其最大特点是髓线很发达，粗大而明显，这是鉴别阔叶树材的显著特征。

第7页：8.2.1 木材的物理性质

8. 2木材的物理与力学性质

• 8.2.1木材的物理性质
• 木材的物理性质包括密度、表观密度、含水率、湿胀干缩等性质。其中含水率对木材的湿胀干缩性和强度影响很大。
• 1.木材的密度和表观密度
• 由于各木材的分子构造基本相同，因而木材的密度基本相等，平均约为1.55g/cm3。木材表观密度是指木材单位体积的质量。木材细胞组织中的细胞腔及细胞壁中存在大量微小的孔隙，所以木材的表观密度较小，一般只有300~800 kg/m3。木材的孔隙率很大，达50% ~80%，因此密度与表观密度相差较大。
• 木材的气干表观密度大，其强度就高，湿胀干缩性也大。
• 2.木材中的水分
• 木材含水量用含水率表示，是指木材中水分质量与干燥木材质量的百分比。木材中的水分为化合水、自由水和吸附水三种：
• 化合水是木材化学成份中的结合水，总含量通常不超过1~2%，它在常温下不变化，故其对木材的性质无影响；
• 自由水存在于木材细胞腔内和细胞间隙中的水，它影响木材的表观密度、抗腐蚀性、燃烧性和干燥性；
• 吸附水是被吸附在细胞壁内的水分，吸附水的变化则影响木材强度和木材胀缩变形性能。
• 1）木材的纤维饱和点
• 当木材中仅细胞壁内吸附水达到饱和，而细胞腔和细胞间隙中无自由水时的含水率称为木材的纤维饱和点。木材的纤维饱和点随树种而异，一般为25% ~ 35%，通常其平均值约为30%。木材纤维饱和点是含水率影响强度和胀缩性能的临界点。
• 2）木材的平衡含水率
• 当环境的温度和湿度改变时，木材中所含的水分会发生较大变化
• ，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与周围环境相平衡，达到相对恒定的含水率，这时木材的含水率称为平衡含水率。
• 木材的平衡含水率是木材进行干燥时的重要指标。木材的平衡含水率随其所在地区不同而异。新伐木材含水35%以上，长期处于水中的木材含水率更高，风干木材含水率为15% ~25%，室内干燥的木材含水率常为8% ~ 15%。
• 3.木材的湿胀与干缩变形
• 木材具有很显著的湿胀干缩性，但只在木材含水率低于纤维饱和点时才会发生，主要是由于细胞壁内所含的吸附水增减而引起的。
• 当木材的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，木材体积收缩，这分别称为木材的湿胀和干缩。此时的含水率变化主要是吸附水的变化。
• 而当木材含水率在纤维饱和点以上，只是自由水增减变化时，木材的体积不发生变化。木材含水率与其胀缩变形的关系见图8.4所示，从图中可以看出，纤维饱和点是木材发生湿

第8页：8.2.2 木材的力学性质

8.2.2木材的力学性质

• 1.木材的强度
• 木材是非匀质的各向异性材料，不同的作用力方向其强度差异很大。
• 结构木材常用的强度有：抗压、抗拉、抗剪和抗弯强度。其中抗压、抗拉、抗剪强度又有顺纹和横纹之分。顺纹为作用力方向与木材纤维方向平行，横纹为作用力方向与木纤维方向垂直。木材强度的检验是用无疵点的木材制成标准试件，按《木材物理力学试验方法》（GB/T1928—1991）进行测定的。
• 1）抗压强度
• 木材的抗压强度分为顺纹抗压和横纹抗压。
• 顺纹抗压强度为作用力方向与木材纤维方向平行时的抗压强度。这种破坏主要是木材细胞壁在压力作用下的失稳破坏，而不是纤维的断裂。
• 木材的顺纹抗压强度较高，但也只有顺纹抗拉强度的15~20%，木材的疵点对顺纹抗压强度影响较小，在建筑工程中常用于柱、桩、斜撑及桁架等承重构件。顺纹抗压强度是确定木材强度等级的依据。
• 横纹抗压强度为作用力方向与木纤维方向垂直时的抗压强度，这种作用是木材横向受力压紧产生显著变形而造成的破坏，相当于将细长的管状细胞压扁。又分为弦向受压和径向受压两种。
• 木材的横纹抗压强度不高，比顺纹抗压强度低得多，其比值随木纤维构造和树种而异，一般针叶树横纹抗压强度约为顺纹抗压强度的10%；阔叶树为15% ~20%。由于木材的尺寸关系，在实际工程中也很少有横纹受压的构件。
• 2）抗拉强度
• 顺纹抗拉强度即指拉力方向与木材纤维方向一致时的抗拉强度。这种受拉破坏理论上是木纤维被拉断，但实际往往是木纤维未被拉断，而纤维间先被撕裂。
• 木材顺纹抗拉强度最大，大致为顺纹抗压强度的3~4倍，可达到50~200Mpa。
• 木材的缺陷（如木节、斜纹等）对顺纹抗拉强度影响极为显著。一般木材或多或少总有一些疵点，所以抗拉强度往往发挥不稳定，其实际的顺纹抗拉能力反比顺纹抗压低；再者，木材受拉杆件连接处应力复杂，易局部首先破坏，这也使顺纹抗拉强度难以在工程中被充分利用。
• 横纹抗拉强度是指拉力方向与木纤维垂直时的抗拉强度。由于木材细胞横向连接很弱，横纹抗拉强度最小，约为顺纹抗拉强度的1/20~1/40，工程中应避免受到横纹拉力作用。
• 3）抗弯强度
• 木材受弯曲时内部应力比较复杂，在梁的上部是受到顺纹抗压，下部为顺纹抗拉，而在水平面中则有剪切力。木材受弯破坏时，受压区首先达到强度极限，开始形成微小的不明显的皱纹，但并不立即破坏，随着外力增大，皱纹慢慢地在受压区扩展，产生大量塑性变形，以后当受拉区域内许多纤维达到强度极限时，最后因纤维本身及纤维间联结的断裂而破坏。
• 木材的抗弯强度很高，通常为顺纹抗拉强度的1.5~2倍。在建筑工程中常用于地板、梁、桁架等结构中。用于抗弯的木构件应尽量避免在受弯区有斜纹和木节等缺陷。
• 4）抗剪强度
• 木材的抗剪强度是指木材受剪切作用时的强度。分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种，如图6.6。
• 顺纹剪切破坏是由于纤维间联结撕裂产生纵向位移和受横纹拉力作用所致；横纹剪切破坏完全是因剪切面中纤维的横向联结被撕裂的结果；横纹切断破坏则是木材纤维被切断，这时强度较大，一般为顺纹剪切的4~ 5倍。

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第11页：8.3 木材在建筑工程中的应用

8.3木材在建筑工程中的应用

• 在建筑工程中，应根据木材的的树种、等级、材质和规格进行选用，合理地应用于建筑结构和建筑装修中。
• 8.3.1木材的种类和规格
• １.按加工程度分
• 为了合理用材，按加工程度和用途的不同，木材可分为原条、杉原木、板方材等。
• 原条：是指只经去根、修枝、剥皮，没有加工造材的木料。主要用于建筑工程的脚手架、建筑用材、家具等。
• 原木：是指伐倒后，除去树皮、根、树梢后截成规定直径和长度的木材。主要用作屋架、桩木、坑木、电杆。原木经加工后可制作胶合板。
• 锯材：是指按一定尺寸锯解、加工成的板材和方材。其中截面宽度为厚度的3倍以上的称为板材；截面宽度不足厚度的3倍的称为方材。主要用作模板、闸门、桥梁。
• 2．按承重结构的受力情况分
• 根据《木结构设计规范》（GBJ5—88）的规定，按承重结构的受力情况和缺陷多少，对承重结构木构件材质等级分成三级，如表8－2所示。设计时应根据构件受力种类选用适当等级的木材。

第12页：8.3.2 木材的综合利用

8.3.2木材的综合利用

• 由于林木生长缓慢，在建筑工程中，一定要经济合理地使用木材。对木材进行综合利用就是要想方设法充分利用木材的边角碎料，生产各种人造板材，有效提高木材的利用率。
• 木材经加工成型材以及制作成构件时，将留下大量的碎块废屑，将这些下脚料进行加工处理，或将原木旋切成薄片进行胶合，就可制成各种人造板材。
• 常用的人造板材有下列几种。
• 1.胶合板
• 胶合板是用原木沿年轮旋切成大张薄片，再用胶粘剂按奇数层数，以各层纤维互相垂直的方向，粘合热压而成的人造板材。一般为3~ 13层，所用胶料有动植物胶和耐水性好的酚醛、脲醛等合成树脂胶。
• 胶合板的厚度为3，3.5，4，5，5.5mm，6mm，自6mm起，按1mm递增。胶合板的幅面尺寸见表8－3。

第13页：8.3.3 木质地板

8.3.3木质地板

• 木地板是由软木树材（如松、杉等）和硬木树材（如水曲柳、榆木、柚木、橡木、枫木、樱桃木、柞木等）经加工处理的木板拼铺而成，分为条木地板、拼花木地板、漆木地板、复合地板等。
• 1.条木地板
• 条木地板是使用最普遍的木质地板。地板面层有单、双层之分，单层硬木地板是在木搁栅上直接钉企口板，称普通实木企口地板；双层硬木地板是在木搁栅上先钉一层毛板，再钉一层实木长条企口地板。木搁栅有空铺与实铺两种形式，但多用实铺法，即将木搁栅直接铺在水泥地坪上，然后在搁栅上铺毛板和地板。
• 普通条木地板（单层）的板材常选用松、杉等软木树材，硬木条板多选用水曲柳、柞木、枫木、柚木、榆木等硬质木材。材质要求采用不易腐朽、不易变形开裂的木板。条板宽度一般不大于120mm，板厚为20~30mm。条木拼缝做成企口或错口，直接铺钉在木搁栅上，端头接缝要相互错开。条木地板铺设完工后，应经过一段时间，待木材变形稳定后再进行刨光、清扫及油漆。条木地板一般采用调和漆，当地板的木色和纹理较好时，可采用透明的清漆作涂层，使天然的纹理清晰可见，以增添室内装饰美感。
• 条木地板自重轻，弹性好，脚感舒适，其导热性小，冬暖夏凉，且易于清洁。适用于办公室、会议室、会客厅、休息室、旅馆客房、住宅起居室、幼儿园及实验室等场所。
• 2.拼花木地板
• 拼花木地板是较普通的室内地面装修材料，安装分双层和单层两种。双层拼花木地板是将面层用暗钉钉在毛板上，单层拼花木地板是采用粘结材料，将木地板面层直接粘贴于找平后的混凝土基层上。拼花木地板的木块尺寸一般为，长250~300mm，宽40~60mm，板厚20~25mm，有平头接缝地板和企口拼接地板两种。
• 拼花木地板是由水曲柳、柞木、胡桃木等优良木材，经干燥处理后加工出的条状小木板。具有纹理美观、弹性好、耐磨性强、坚硬、耐腐等特点。适用于高级楼宇、宾馆、别墅、会议室、展览室、体育馆和住宅的地面装饰。
• 3.漆木地板
• 漆木地板是国际上最新流行的高级装饰材料。这种地板的基板选用珍贵树种，如北美洲的橡木、枫木等。地板宽度一般不大于90mm，厚度在15~20mm之间，长度从450~4000mm不等。
• 漆木地板特别适合高档的住宅装修，易与室内其他装饰形成和谐感，不论应用在客厅、餐厅、卧室，都能使人仿佛置身于大自然中。厚度上，家庭选用15mm较适宜，公共场所选用18mm以上为好。
• 4.复合地板
• 随着木材加工技术和高分子材料应用的快速发展，复合地板作为一种新型的地面装饰材料得到了广泛的开发和应用。我国森林资源相对贫乏，这种情况下，用复合地板代替木地板不失为节约天然资源的好方法。复合地板分为两类：实木复合地板和耐磨塑料贴面复合地板。
• 实木复合地板一般为三层结构，表层4~7mm，选用珍贵树种如榉木、橡木、枫木、樱桃木、水曲柳等的锯切板；中间层7~12mm，选用一般木材如松木、杉木、杨木等；底层（防潮层）2~4mm，选用各种木材旋切单板。也有以多层胶合板为基层的多层实木复合板。板厚通常为12mm、15mm、18mm三种。
• 实木复合地板有三层的，五层的和多层的，不管有多少层，其基本的特征是各层板材的纤维纵横交错。这样既抵消了木材的内应力，也改变了木材单向同性的特性，使地板变成各向同性。实木复合地板继承了实木地板典雅自然、脚感舒适、保温性能好的特点，克服了实木地板因单体收缩、容易起翘裂缝的不足，具有较好的尺寸稳定性，且防虫、不助燃，因而稳定性好。缺点是耐磨性不如强化复合地板高，相对来说价格较贵。
• 耐磨塑料贴面复合地板简称复合地板。它是以防潮薄膜为平衡层，以硬质纤维板、中密度纤维板、刨花板为基层，木纹图案浸汁纸为装饰层，耐磨高分子材料面层复合而成的新型地面装饰材料。复合地板的装饰层是一种木纹图案浸汁纸，因此复合地板的品种花样很多，色彩丰富，几乎覆盖了所有珍贵树种，如榉木、栎木、樱桃木、橡木等。该地板避免了木材受气候变化而产生的变形、虫蛀，以及防潮和经常性保养等问题。且耐磨、阻燃、防滑、易清理。但其弹性不如实木地板。适用于所有铺设实木地板的场所。

第14页：8.4 木材的防护

8.4木材的防护

• 木材作为建筑材料，最大的缺点是容易腐朽、虫蛀和易燃，因而缩短了木材的使用年限，使用范围也受到限制。使用中应采取必要的措施以提高木材的耐久性。
• 8.4.1木材的腐朽
• 木材腐朽主要是由真菌侵害所致，引起木材变质腐朽的真菌有三种，即霉菌、变色菌和腐朽菌，其中腐朽菌的侵害所引起的腐朽较多。
• 霉菌只寄生在木材表面，通常叫发霉，对木材不起破坏作用。
• 变色菌是以细胞腔内含物（如淀粉、糖类等）为养料，不破坏细胞壁，所以对木材破坏作用很小。
• 而腐朽菌是以细胞壁为养料，它能分泌出一种酵素，把细胞壁物质分解成简单的养料，供自身生长繁殖，这就使细胞壁遭致完全破坏，从而使木材腐朽。
• 真菌在木材中的生存和繁殖，必须同时具备三个条件，即要有适当的水分、空气和温度。当木材的含水率在35% ~ 50%，温度在25~ 30℃，又木材中存在一定量空气时，最适宜腐朽菌的繁殖，因而木材最易腐朽。如果设法破坏其中一个条件，就能防止木材腐朽。如使木材含水率处于20%以下时，真菌就不易繁殖；将木材完全浸入水中或深埋地下（木桩），则因缺氧而不易腐朽。
• 8.4.2木材防腐措施
• 根据木材产生腐朽的原因，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，使其含水率低于20%，可采用防水防潮的措施。再对木结构和木制品表面进行油漆处理，油漆涂层即使木材隔绝了空气，又隔绝了水分。由此可知，木材油漆首先是防腐，其次才是美观。
• 2.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。木材防腐剂种类很多，一般分三类：水溶性防腐剂如氟化钠、氯化锌、氟硅酸钠、硼酸、硼酚合剂等；油质防腐剂如杂酚油、蒽油、煤焦油等；油溶性防腐剂如五氯酚等。
• 木材注入防腐剂的方法有多种，通常有表面涂刷或喷涂法、常压浸渍法、冷热槽浸透法和压力渗透法等，其中表面涂刷或喷涂法简单易行，但防腐剂不能深入木材内部，故防腐效果较差。常压浸渍法是将木材浸入防腐剂中一定时间后取出使用，使防腐剂渗入木材有一定深度，以提高木材的防腐能力。冷热槽浸透法是将木材先浸入热防腐剂中（> 90℃）数小时，再迅速移入冷防腐剂中，以获得更好的防腐效果。压力渗透法是将木材放入密闭罐中，抽部分真空，再将防腐剂加压充满罐中，经一定时间后则防腐剂充满木材内部，防腐效果更好，但所需设备较多。

第15页：8.4.3 木材的防火

8.4.3木材的防火

• 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。木材的防火措施有：
• 1.低于木材着火危险温度
• 木材是易燃物质。在热作用下，木材会分解出可燃气体，并放出热量；当温度达到260℃时，即使在无热源的情况下，木材自己也会发焰燃烧，因而木结构设计中将260℃称为木材着火危险温度。木材在火的作用下，外层炭化，结构疏松，内部温度升高强度降低，当强度低于承载能力时，木结构即被破坏。
• 2.采用化学药剂
• 防火剂一般有两类：一类是浸注剂，另一类是防火涂料（如A60—501膨胀防火涂料、A60—1型改性氨基胀防火涂料、AE60—1膨胀型透明防火涂料等）。其防火原理是化学药剂遇火源时能产生隔热层，阻止木材着火燃烧。
• 本章小结
• 木材是传统的三大材料之一。但由于木材生长周期长，大量砍伐对保持生态平衡不利，且因木材存在易燃、易腐以及各向异性等缺点，所以在工程中应尽量以其它材料代替，以节省木材资源。
• 木材因树种不同，取材位置不同会出现材质不匀，以致使其各项性能相差悬殊。在同一木材中，不同方向的抗拉、抗压、抗剪强度各不相同，这是由于木材的构造决定的。
• 木材的综合利用有利于节省我国相对贫乏的木材资源。如胶合板、纤维板、细木工板等，这些板材具有能满足强度要求、使用和加工方便、装饰效果美观大方等特点。正确认识木材的这些特点，便于我们在选材、制材和工程施工中扬长避短。

第16页：思考与练习

思考与练习

• 1.木材是如何分类的？
• 2.解释以下名词：
• （1）木材纤维饱和点；（2）木材平衡含水率；
• （3）木材标准含水率；（4）木材持久强度。
• 3.木材含水率的变化对其强度、变形有什么影响？
• 4.木材有哪些强度？并比较各项强度高低。木材实际应用中，为什么较多地用于承受顺纹抗压和抗弯？
• 5.影响木材强度的主要因素有哪些？
• 6.引起木材腐朽的主要原因有哪些？如何防止木材腐朽？
• 7.某松木构件处于相对湿度为65%、温度为200C的环境中，测得松木的顺纹抗压强度为45MPa，求该木材在标准含水率时的顺纹抗压强度。