土木工程材料 第9章 木材

第九章木材9.1概述9.1.1木材作為建筑材料

?木材應(yīng)用于建筑，歷史悠久。

–天壇祈年殿

–山西佛光寺東大殿

?過去木材是重要的結(jié)構(gòu)用材，而現(xiàn)在則主要用于室內(nèi)裝飾與裝修。

?我國(guó)應(yīng)努力節(jié)約木材，提高木材綜合利用率。9.1概述9.1.2木材的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)●輕質(zhì)高強(qiáng)●能承受沖擊和振動(dòng)作用●隔熱、保溫性能好●極富裝飾性●易于加工缺點(diǎn)●構(gòu)造不均勻，呈各向異性●易變形、開裂●濕脹干縮大●不耐火●易腐蝕、蟲蛀9.2木材的分類與構(gòu)造9.2.1木材的分類（按樹種分類）種類主要特點(diǎn)舉例針葉樹（軟木材）多為常綠樹，樹干通直高大，紋理順直；強(qiáng)度較高，濕脹干縮較小，耐腐蝕性較強(qiáng)；木質(zhì)較軟易于加工。馬尾松、鐵杉闊葉樹（硬木材）多為落葉樹，樹干通直部分較短；強(qiáng)度高，變形大，易開裂；材質(zhì)堅(jiān)硬，加工較困難。白樺、柏木9.2木材的分類與構(gòu)造9.2.1木材的分類（按樹種分類）馬尾松白樺★注：由于性能特點(diǎn)的差異，軟木材是建筑工程中的主要用材；而硬木材更適用于制作家具或作室內(nèi)裝修。9.2木材的分類與構(gòu)造9.2.2木材的構(gòu)造樹木由樹皮、木質(zhì)部和髓心所構(gòu)成。樹木的木質(zhì)部是建筑用木材的主要部分。木材的橫切面上可以觀察到：年輪、髓心和髓線等?！镒ⅲ核杈€是木材中較薄弱的部位，干燥時(shí)常沿髓線發(fā)生裂紋。弦切面和徑切面上可觀察到：各種不同的木紋。一般樹木每年生長(zhǎng)一圈，同一年輪內(nèi)有顏色深淺兩部分，春季生長(zhǎng)的部分顏色較淺，夏秋生長(zhǎng)的部分顏色較深。年輪分布細(xì)密均勻的木材材質(zhì)好，強(qiáng)度高。心材較邊材顏色深，但前者比后者的利用價(jià)值高，但兩者性質(zhì)差別不大。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.1木材的物理性質(zhì)

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密度和表觀密度木材的密度約為1.48～1.56g/cm3，各樹種之間相差不大，常取1.55g/cm3。在氣干狀態(tài)下，木材的表觀密度一般都小于1.00g/cm3。木材的表觀密度越大，其強(qiáng)度越高，濕脹干縮性也越大?！镒ⅲ耗静牡谋碛^密度隨其含水量不同而不同，通常以含水率為15%（標(biāo)準(zhǔn)含水率）時(shí)的表觀密度為準(zhǔn)。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.1木材的物理性質(zhì)

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含水量木材的含水量用含水率表示，指木材所含水的質(zhì)量占木材干燥質(zhì)量的百分率。木材中水分的存在狀態(tài)：自由水；吸附水；化合水木材的纖維飽和點(diǎn)（含水率）：當(dāng)木材細(xì)胞壁中的吸附水達(dá)到飽和，而細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中無自由水時(shí)的木材含水率。★注：木材的纖維飽和點(diǎn)因樹種不同而異，一般介于25%～35%之間，通常取30%。當(dāng)木材的含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí)，只會(huì)引起木材質(zhì)量的變化，對(duì)強(qiáng)度和脹縮無影響；反之則影響強(qiáng)度和脹縮。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.1木材的物理性質(zhì)

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含水量木材的含水率隨周圍環(huán)境的溫、濕度改變而變化。潮濕的木材在較干燥的空氣中會(huì)失去部分水分；干燥的木材置于潮濕環(huán)境中則會(huì)吸收水分。木材的平衡含水率：當(dāng)木材長(zhǎng)期處于一定溫、濕度的空氣中，則水分的散失和吸收與周圍的大氣環(huán)境處于相對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)的含水率?！镒ⅲ簽榱吮苊饽静脑谑褂眠^程中因含水率變化太大而引起變形或開裂，木材使用前須干燥至使用環(huán)境常年平均的平衡含水率。木材的平衡含水率隨其所在地區(qū)不同而異，我國(guó)北方地區(qū)約為12%，南方地區(qū)約為18%，長(zhǎng)江流域約為15%。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.1木材的物理性質(zhì)

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含水量★注：一般地，新伐木材的含水率常在35%以上；風(fēng)干木材的含水率為15%～25%；室內(nèi)干燥的木材含水率常為8%～15%。

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濕脹與干縮木材具有顯著的濕脹干縮性能。成因：木材細(xì)胞壁中吸附水的變化，導(dǎo)致纖維之間距離發(fā)生變化。木材由于構(gòu)造不均勻，各個(gè)方向的脹縮并不相同?！镒ⅲ和荒静模浛s沿弦向最大；徑向次之；縱向最小。弦向脹縮最大，主要是受髓線的影響，其次是邊材的含水率高于心材，故弦向較容易產(chǎn)生翹曲變形。木材干燥或受潮時(shí)，由于各向的脹縮不同，因而有可能產(chǎn)生變形、翹曲，甚至開裂等現(xiàn)象，這對(duì)實(shí)際應(yīng)用是非常不利的。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.2木材的力學(xué)性質(zhì)

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木材力學(xué)性質(zhì)的主要特征由于木材構(gòu)造上的不勻質(zhì)性，木材的力學(xué)性質(zhì)也具有明顯的方向性。木材的受力方向可分為：順紋方向；橫紋方向（有弦向和徑向之分）木材的受力狀態(tài)分為：抗拉；抗壓；抗彎；抗剪★注：木材的表觀密度越大，晚材的比例越高，則強(qiáng)度越高。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.2木材的力學(xué)性質(zhì)

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各種強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)（分類）應(yīng)用實(shí)例大小比較抗壓強(qiáng)度順紋抗壓木樁、木柱、木屋架受壓桿1橫紋抗壓鐵路枕木、墊板1/10～1/3抗拉強(qiáng)度順紋抗拉木屋架下弦桿2～3抗剪強(qiáng)度順紋剪切－1/7～1/3橫紋切斷木釘、木銷、木榫頭等1/2～1抗彎強(qiáng)度順紋彎曲木梁3/2～2★注：表中強(qiáng)度大小比較欄以順紋抗壓強(qiáng)度為1（一般為30～

110MPa），其它強(qiáng)度指標(biāo)與之比較的結(jié)果。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.2木材的力學(xué)性質(zhì)

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影響因素

含水率－木材含水量對(duì)強(qiáng)度影響極大。在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，水分減少，則木材各種強(qiáng)度指標(biāo)均增加，其中抗彎和順紋抗壓強(qiáng)度提高較明顯，對(duì)順紋抗拉強(qiáng)度影響最小。在纖維飽和點(diǎn)以上，強(qiáng)度基本為一恒定值。9.3木材的主要性質(zhì)9.3.2木材的力學(xué)性質(zhì)

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影響因素環(huán)境溫度－溫度對(duì)木材強(qiáng)度有直接影響。試驗(yàn)表明，溫度從25℃升至50℃時(shí)，使木材抗壓強(qiáng)度降低20%～40%。外力作用時(shí)間－由于木材受力后將產(chǎn)生塑性流變，使木材強(qiáng)度隨荷載時(shí)間的增長(zhǎng)而降低，木材的持久強(qiáng)度僅為極限強(qiáng)度的50%～60%。缺陷－木材在生長(zhǎng)、采伐、加工和使用過程中會(huì)產(chǎn)生一些缺陷，如木節(jié)、裂紋和蟲蛀等，這些缺陷影響了材質(zhì)的均勻性，破壞了木材的構(gòu)造，從而使木材的強(qiáng)度降低，其中對(duì)抗拉和抗彎強(qiáng)度影響最大。

荷載持續(xù)時(shí)間持久強(qiáng)度木材強(qiáng)度9.4木材的綜合利用9.4.1木材的品種與規(guī)格品種分類規(guī)格說明主要用途原條

指除去樹皮、樹根、樹梢和枝椏，但尚未加工成規(guī)定尺寸規(guī)格的木料。

建筑工程的腳手架、支撐、木樁等。原木

指除去樹皮、樹根、樹梢和枝椏，并按要求鋸切和分類的圓木段。

用于建筑工程、樁木、電桿等。枋材

指已經(jīng)加工鋸解，且寬度小于3倍厚度的木料。

門窗、扶手、家具等。板材

指已經(jīng)加工鋸解，且寬度大于3倍厚度的木料。

建筑工程、橋梁、家具、造船等。枕木

指按枕木斷面和長(zhǎng)度加工而成的成材。

鐵道工程等。原條原木枋材板材9.4木材的綜合利用9.4.2人造板材木材加工成制品、型材和構(gòu)件時(shí)，會(huì)留下大量的碎塊、廢屑等，將這些下腳料進(jìn)行適當(dāng)加工處理，即可制成各種人造板材。人造板材可做到充分利用碎材廢料，提高木材的利用率，因而是木材綜合利用的重要途徑之一。常用的人造板材有膠合板、纖維板、刨花板、木屑板和木絲板。我國(guó)森林資源短缺，而木材的需求量卻很大，供應(yīng)矛盾突出。因此充分利用碎材邊料合理開發(fā)、使用代用品，生產(chǎn)各種人造板材是節(jié)約木材的重要途徑。9.4木材的綜合利用9.4.2人造板材

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膠合板利用原木旋切成薄片，再用膠粘劑按奇數(shù)層數(shù)以各層纖維互相垂直的方向粘合熱壓而成的人造板材。膠合板的層數(shù)一般為3～13層，最高可達(dá)15層。建筑中常用的是三層板和五層板。主要特點(diǎn)：材質(zhì)均勻，不翹不裂、尤其具有美麗的木紋，自然、真實(shí)，裝飾效果好。9.4木材的綜合利用9.4.2人造板材

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纖維板纖維板是將板皮、木塊、樹皮或刨花等經(jīng)破碎、浸泡、研磨成木漿，加入一定的膠料，再經(jīng)成型、熱壓、干燥等工序制成的人造板。硬質(zhì)纖維板可用于室內(nèi)墻壁、地板、門窗、家具及車船裝修等。軟質(zhì)纖維板結(jié)構(gòu)疏松，具有保溫、吸聲等特性，常用作隔熱、吸聲材料。9.4木材的綜合利用9.4.2人造板材

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刨花板、木絲板、木屑板刨花板、木絲板、木屑板是利用木材加工中產(chǎn)生的大量刨花、木絲、木屑為原料，經(jīng)干燥，與膠結(jié)料拌和，熱壓而成的板材。所用膠結(jié)料有動(dòng)植物膠、合成樹脂膠、無機(jī)膠凝材料等。這類板材表觀密度小、強(qiáng)度較低，主要用作絕熱和吸聲材料。經(jīng)飾面處理后，還可用作吊頂板材、隔斷板材等。刨花板木絲板木屑板9.5木材的防護(hù)

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干燥處理木材在加工和使用之前須進(jìn)行干燥處理，可提高其強(qiáng)度、并防止收縮、開裂和變形，減輕自重以及防腐防蟲，從而改善木材的使用性能和延長(zhǎng)壽命。木材的干燥方法：自然干燥；人工干燥

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防腐防蟲木材的腐朽是由真菌在木材中寄生而引起的。侵蝕木材的真菌有三種，即霉菌、變色菌和木腐菌。霉菌對(duì)木材強(qiáng)度幾乎無影響；9.5木材的防護(hù)?

防腐防蟲變色菌對(duì)木材力學(xué)性質(zhì)影響不大，但損害木材外觀質(zhì)量；木腐菌初期使木材僅顏色改變；以后真菌逐漸深入內(nèi)部，木材強(qiáng)度開始下降；至腐朽后期喪失強(qiáng)度。因各種昆蟲（白蟻、天牛、蠹蟲等）危害而造成的木材缺陷稱為木材蟲害。木材中被昆蟲蛀蝕的孔道稱為蟲眼或蟲孔。蟲眼對(duì)材質(zhì)的影響與其大小、深度和密集程度有關(guān)。深的大蟲眼或深而密集的小蟲眼能破壞木材的完整性，降低其力學(xué)性質(zhì)，也成為真菌侵入木材內(nèi)部的通道。9.5木材的防護(hù)?

防腐防蟲措施真菌在木材中生存必須同時(shí)具備以下三個(gè)條件：水分、氧氣、溫度和養(yǎng)料?？蓮钠茐木x生存條件著手，進(jìn)行防腐防蟲處理，延長(zhǎng)木材的使用年限。防治措施：干燥；涂層覆蓋（隔絕空氣）；化學(xué)處理

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防火防火措施用防火浸劑對(duì)木材進(jìn)行浸漬處理；將防火涂料刷或噴灑于木材表面構(gòu)成防火保護(hù)層。9.6木材的相關(guān)知識(shí)

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人造板材的甲醛釋放量控制問題在我國(guó)普遍采用酚醛樹脂和脲醛樹脂作為人造板材的膠粘劑，二者皆以甲醛為主要原料，使用時(shí)會(huì)散發(fā)有害、有毒氣體（游離甲醛），影響環(huán)境質(zhì)量。為控制民用建筑工程使用人造木板材及飾面人造木板材的甲醛釋放，必須測(cè)定其游離甲醛含量或釋放量?！度嗽炷局瓢宀沫h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品技術(shù)要求》規(guī)定：人造板材中甲醛釋放量應(yīng)小于0.20mg/m3，木制地板中甲醛釋放量應(yīng)小于0.12mg/m3。《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境控制規(guī)范》(GB50325-2001)規(guī)定：人造木板及飾面人造板根據(jù)游離甲醛含量釋放限量劃分為E1類和E2類。E1類為可直接使用的人造板材，E2類為必須經(jīng)飾面處理后方可用于室內(nèi)的人造板材。9.6木材的相關(guān)知識(shí)

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膠合板選擇注意事項(xiàng)1、木紋清晰，正面光潔平滑，不毛糙，平整無滯手感；2、無破損、碰傷、硬傷、疤節(jié)等瑕疵；3、無脫膠現(xiàn)象；4、有的膠合板是將兩個(gè)不同紋路的單板貼在一起制成的，要注意拼縫處要嚴(yán)密，沒有高低不平現(xiàn)象；5、手敲膠合板各部位時(shí)，聲音發(fā)脆，則證明質(zhì)量良好，若聲音發(fā)悶，則表明已出現(xiàn)散膠現(xiàn)象；6、注意顏色統(tǒng)一，紋理一致，并且木材色澤與家具油漆的顏色相協(xié)調(diào)；7、選擇環(huán)保型膠合板。9.6木材的相關(guān)知識(shí)