第六章-木質(zhì)裝飾材料

6木材

本章簡(jiǎn)要介紹了木材的分類及木材的宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造。詳細(xì)地論述了木材的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。應(yīng)深刻領(lǐng)會(huì)木材的各向異性、濕脹干縮性、含水率對(duì)木材性質(zhì)的影響，影響木材強(qiáng)度大小的因素等。此外，還應(yīng)了解木材在建筑工程中的主要用途及木材的綜合利用途徑，木材的腐朽原理及防腐途徑。

本章提要本章內(nèi)容6.1

木材的分類及構(gòu)造6.2

木材的主要性質(zhì)6.3

木材的應(yīng)用6.1木材的分類及構(gòu)造木材是由樹木加工而成的，樹木分為針葉樹和闊葉樹兩大類，見表9.1。建筑中應(yīng)用最多的是針葉樹。木材的構(gòu)造是決定木材性質(zhì)的主要因素。一般對(duì)木材的研究可以從宏觀和微觀兩方面進(jìn)行。表9.1樹木的分類和特點(diǎn)種類特點(diǎn)用途樹種針葉樹樹葉細(xì)長(zhǎng)，成針狀，多為常綠樹；紋理順直，木質(zhì)較軟，強(qiáng)度較高，表觀密度小；耐腐蝕性較強(qiáng)，脹縮變形小是建筑工程中主要使用的樹種，多用作承重構(gòu)件、門窗等松樹、杉樹、柏樹等闊葉樹樹葉寬大，葉脈呈網(wǎng)狀，大多為落葉樹；木質(zhì)較硬，加工較難；表觀密度大，脹縮變形大常用作內(nèi)部裝飾、次要的承重構(gòu)件和膠合板等榆樹、樺樹、水曲柳等用肉眼或低倍放大鏡所看到的木材組織稱為宏觀構(gòu)造。為便于了解木材的構(gòu)造，將樹木切成3個(gè)不同的切面，如圖9.1所示。橫切面——垂直于樹軸的切面；徑切面——通過樹軸的切面；弦切面——和樹軸平行與年輪相切的切面。在宏觀下，樹木可分為樹皮、木質(zhì)部和髓心三個(gè)部分。而木材主要使用木質(zhì)部。6.1.1宏觀構(gòu)造圖9.1樹干的3個(gè)切面1—樹皮；2—木質(zhì)部；3—年輪；4—髓線；5—髓心(1)邊材、心材

在木質(zhì)部中，靠近髓心的部分顏色較深，稱為心材。心材含水量較少，不易翹曲變形，抗蝕性較強(qiáng)；外面部分顏色較淺，稱為邊材。邊材含水量高，易干燥，也易被濕潤(rùn)，所以容易翹曲變形，抗蝕性也不如心材6.1.1.1木質(zhì)部的構(gòu)造特征(2)年輪、春材、夏材橫切面上可以看到深淺相間的同心圓，稱為年輪。年輪中淺色部分是樹木在春季生長(zhǎng)的，由于生長(zhǎng)快，細(xì)胞大而排列疏松，細(xì)胞壁較薄，顏色較淺，稱為春材(早材)；深色部分是樹木在夏季生長(zhǎng)的，由于生長(zhǎng)遲緩，細(xì)胞小，細(xì)胞壁較厚，組織緊密堅(jiān)實(shí)，顏色較深，稱為夏材(晚材)。每一年輪內(nèi)就是樹木一年的生長(zhǎng)部分。年輪中夏材所占的比例越大，木材的強(qiáng)度越高。

第一年輪組成的初生木質(zhì)部分稱為髓心(樹心)。從髓心成放射狀橫穿過年輪的條紋，稱為髓線。髓心材質(zhì)松軟，強(qiáng)度低，易腐朽開裂。髓線與周圍細(xì)胞聯(lián)結(jié)軟弱，在干燥過程中，木材易沿髓線開裂。6.1.1.2髓心、髓線在顯微鏡下所看到的木材組織，稱為木材的微觀構(gòu)造(見圖9.2和圖9.3)。在顯微鏡下，可以看到木材是由無數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成。細(xì)胞橫斷面呈四角略圓的正方形。每個(gè)細(xì)胞分為細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩個(gè)部分，細(xì)胞壁由若干層纖維組成。細(xì)胞之間縱向聯(lián)結(jié)比橫向聯(lián)結(jié)牢固，造成細(xì)胞縱向強(qiáng)度高，橫向強(qiáng)度低。細(xì)胞之間有極小的空隙，能吸附水和滲透水分。6.1.2微觀構(gòu)造圖9.2顯微鏡下松木的橫切片示意圖1—細(xì)胞壁；2—細(xì)胞腔；3—樹脂流出孔；4—木髓線圖9.3細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)1—細(xì)胞腔；2—初生層；3—細(xì)胞間層6.2木材的主要性質(zhì)(1)木材中的水分

自由水：存在于木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分

吸附水：吸附在細(xì)胞壁內(nèi)細(xì)纖維之間的水分

結(jié)合水：形成細(xì)胞化學(xué)成分的化合水6.2.1木材的物理性質(zhì)6.2.1.1木材的含水率(2)木材的纖維飽和點(diǎn)

木材受潮時(shí)，首先形成吸附水，吸附水飽和后，多余的水成為自由水；木材干燥時(shí)，首先失去自由水，然后才失去吸附水。當(dāng)吸附水處于飽和狀態(tài)而無自由水存在時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的含水率稱為木材的纖維飽和點(diǎn)。纖維飽和點(diǎn)隨樹種而異，一般為23%~33%，平均為30%。木材的纖維飽和點(diǎn)是木材物理、力學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。(3)木材的平衡含水率木材的含水率是隨著環(huán)境溫度和濕度的變化而改變的。當(dāng)木材長(zhǎng)期處于一定溫度和濕度下，其含水率趨于一個(gè)定值，表明木材表面的蒸氣壓與周圍空氣的壓力達(dá)到平衡，此時(shí)的含水率稱為平衡含水率。它與周圍空氣的溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系如圖9.4所示。根據(jù)周圍空氣的溫度和相對(duì)濕度可求出木材的平衡含水率。圖9.4木材的平衡含水率

木材細(xì)胞壁內(nèi)吸附水的變化而引起木材的變形，即濕脹干縮。圖9.5是木材含水率與脹縮變形的關(guān)系。由于木材構(gòu)造的不均勻性，在不同的方向干縮值不同。順紋方向(纖維方向)干縮值最小，平均為0.1%~0.35%；徑向較大，平均為3%~6%；弦向最大，平均為6%~12%。

一般來講，表觀密度大、夏材含量多的木材，濕脹變形較大。6.2.1.2濕脹干縮圖9.5木材含水率與脹縮變形的關(guān)系不同樹種的密度相差不大，平均約為1.55g/cm3。6.2.1.3木材的密度木材表觀密度的大小隨木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的變化而不同。因此確定木材的表觀密度時(shí)，應(yīng)在含水率為標(biāo)準(zhǔn)含水率情況下進(jìn)行。6.2.1.4表觀密度6.2.2.1木材的強(qiáng)度

按受力狀態(tài)，木材的強(qiáng)度分為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪四種強(qiáng)度。木材的強(qiáng)度檢驗(yàn)是采用無疵病的木材制成標(biāo)準(zhǔn)試件，按《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》(GB1927—1943—91)進(jìn)行測(cè)定。木材受剪切作用時(shí)，由于作用力對(duì)于木材纖維方向的不同，可分為順紋剪切、橫紋剪切和橫紋切斷三種，如圖9.6所示。6.2.2木材的力學(xué)性質(zhì)當(dāng)以木材的順紋抗壓強(qiáng)度為1時(shí)，木材理論上各強(qiáng)度大小關(guān)系見表9.2。圖9.6木材的剪切(a)順紋剪切；(b)橫紋剪切；(c)橫紋切斷表9.2木材各種強(qiáng)度間的關(guān)系抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋110~1/32~3?~11.5~21/7~2?~1(1)含水率

當(dāng)含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí)，僅僅是自由水的增減，對(duì)木材強(qiáng)度沒有影響；當(dāng)含水率在纖維飽和點(diǎn)以下變化時(shí)，隨含水率的降低，細(xì)胞壁趨于緊密，木材強(qiáng)度增加。如圖9.7所示。我國(guó)木材試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，以標(biāo)準(zhǔn)含水率(即含水率12%)時(shí)的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值，其他含水率時(shí)的強(qiáng)度，可按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率時(shí)的強(qiáng)度。6.2.2.2影響木材強(qiáng)度的因素(2)負(fù)荷時(shí)間的影響

木材在長(zhǎng)期荷載作用下，只有當(dāng)其應(yīng)力遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限的某一范圍時(shí)，才可避免木材因長(zhǎng)期負(fù)荷而破壞。木材在長(zhǎng)期荷載作用下不致引起破壞的最大強(qiáng)度，稱為持久強(qiáng)度。木材的持久強(qiáng)度比其極限強(qiáng)度小得多，一般為極限強(qiáng)度的50%~60%，如圖9.8所示。(3)環(huán)境溫度溫度對(duì)木材強(qiáng)度有直接影響。當(dāng)溫度由25℃升至50℃時(shí)，將因木纖維和其間的膠體軟化等原因，使木材抗壓強(qiáng)度降低20%~40%，抗拉和抗剪強(qiáng)度降低12%~20%；當(dāng)溫度在100℃以上時(shí)，木材中部分組織會(huì)分解、揮發(fā)，木材變黑，強(qiáng)度明顯下降。因此，長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境下的建筑物不宜采用木結(jié)構(gòu)。(4)木材的缺陷

①節(jié)子節(jié)子能提高橫紋抗壓和順紋抗剪強(qiáng)度。

②木材受腐朽菌侵蝕后，不僅顏色改變，結(jié)構(gòu)也變得松軟、易碎，呈篩孔和粉末狀形態(tài)。

③裂紋會(huì)降低木材的強(qiáng)度，特別是順紋抗剪強(qiáng)度。而且縫內(nèi)容易積水，加速木材的腐爛。

④構(gòu)造缺陷木纖維排列不正常均會(huì)降低木材的強(qiáng)度，特別是抗拉及抗彎強(qiáng)度。圖9.7含水率對(duì)木材強(qiáng)度的影響1—順紋抗拉；2—抗彎；3—順紋抗壓；4—順紋抗剪圖9.8木材持久強(qiáng)度6.3木材的應(yīng)用工程中木材按其加工程度和用途分為原條、原木、鋸材、枕木四類。此外還有各類人造板材。6.3.1木材產(chǎn)品6.3.1.1原條

原條是已經(jīng)除去皮(也有不去皮的)、根、樹梢而未加工成規(guī)定材品的木材。主要用于腳手架或供進(jìn)一步加工。

原木是將原條按一定尺寸切取的木料。可分為直接使用原木和加工原木。

直接使用原木——用于屋架、檁、椽、木樁、坑木等。

加工原木——用于加工鋸材、膠合板等。6.3.1.2原木(1)鋸材的規(guī)格、尺寸鋸材按其厚度、寬度可分為薄板、中板、厚板。其尺寸見表9.3。(2)鋸材的分等

鋸材有特等鋸材和普通鋸材之分。根據(jù)《針葉樹鋸材》(GB153.2—84)和《闊葉樹鋸材分等》(GB481.72—84)的規(guī)定，普通鋸材分為一、二、三等。各等級(jí)技術(shù)指標(biāo)見表9.4。6.3.1.3鋸材表9.3針葉樹、闊葉樹鋸材寬度、厚度(mm)分類厚度寬度尺寸范圍進(jìn)級(jí)薄板中板厚板12，15，18，2125，3040，50，6050~24050~26060~30010表9.4鋸材的分等標(biāo)準(zhǔn)干燥能減輕自重，防止腐朽、開裂及彎曲，從而提高木材的強(qiáng)度和耐久性。鋸材的干燥方法可分為自然干燥和人工干燥兩種。自然干燥方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，不需要特殊設(shè)備，但干燥時(shí)間長(zhǎng)，而且只能干燥到風(fēng)干狀態(tài)。人工干燥利用人工方法排除鋸材中水分，常用方法有浸樹法、蒸樹法和熱坑法。6.3.2鋸材的干燥6.3.3.1木材的腐朽

木材的腐朽為真菌侵害所致。真菌分霉菌、變色菌和腐朽菌三種，前兩種真菌對(duì)木材質(zhì)量影響較小，但腐朽菌影響很大。真菌在木材中生存和繁殖必須具備三個(gè)條件，即適當(dāng)?shù)乃?、足夠的空氣和適宜的溫度。此外，木材還易受到白蟻、天牛等昆蟲的蛀蝕，使木材形成很多孔眼或溝道，甚至蛀穴，破壞木質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性而使強(qiáng)度嚴(yán)重降低。6.3.3木材的防腐

木材防腐的基本原理在于破壞真菌及蟲類生存和繁殖條件，常用方法有以下兩種：(1)結(jié)構(gòu)預(yù)防法

在結(jié)構(gòu)和施工中，使木結(jié)構(gòu)不受潮濕，要有良好的通風(fēng)條件；在木材與其他材料之間用防潮墊；不將支點(diǎn)或其他任何木結(jié)構(gòu)封閉在墻內(nèi)；木地板下設(shè)通風(fēng)洞；木屋架設(shè)老虎窗等。6.3.3.2木材的防腐(2)防腐劑法這種方法是通過涂刷或浸漬水溶性防腐劑(如氯化鈉、氧化鋅、氟化鈉、硫酸銅)、油溶性防腐劑(如林丹五氯酚合劑)、乳劑防腐劑(如氟化鈉、瀝青膏)等，使木材成為有毒物質(zhì)，達(dá)到防腐要求木材經(jīng)加工成型和制作構(gòu)件時(shí)，會(huì)留下大量的碎塊廢屑，將這些廢腳料或含有一定纖維量的其他作物作原料，采用一般物理和化學(xué)方法加工而成的即為人造板材。這類板材與天然木材相比，板面寬，表面平整光潔，沒有節(jié)子，不翹曲、開裂，經(jīng)加工處理后還具有防水、防火、防腐、防酸性能。常用人造板材有膠合板、纖維板、刨花板。6.3.4人造板材膠合板是用原木旋切成薄片，經(jīng)干燥處理后，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。一般為3~13層，建筑工程中常用的有三合板和五合板。一般可分為闊葉樹普通膠合板和松木普通膠合板兩種。膠合板厚度為2.4mm、3mm、3.5mm、4

mm、5.5mm、6mm，自6mm起按1mm遞增。膠合板幅面尺寸見表9.5。其特性及適用范圍見表9.6。6.3.4.1膠合板表9.5膠合板的幅面尺寸(mm)寬度長(zhǎng)度9151220183021352440915915122018302135—1220—1220183021352440表9.6膠合板分類、特性及適用范圍纖維板是以植物纖維為原料經(jīng)破碎、浸泡、研磨成漿，然后經(jīng)熱壓成型、干燥等工序制成的一種人造板材。纖維板所選原料可以是木材采伐或加工的剩余物(如板皮、刨花、樹枝)，也可以是稻草、麥秸、玉米稈、竹材等。纖維板按其體積密度分為硬質(zhì)纖維板(體積密度＞800kg/m3)、中密度纖維板(體積密度500~800

kg/m3)和軟質(zhì)纖維板(體積密度＜500kg/m3)三種。6.3.4.2纖維板

硬質(zhì)纖維板的強(qiáng)度高、耐磨、不易變形，可代替木板用于墻面、天花板、地板、家具等。

中密度纖維板表面光滑、材質(zhì)細(xì)密、性能穩(wěn)定、邊緣牢固，且板材表面的再裝飾性能好。主要用于隔斷、隔墻、地面、高檔家具等。

軟質(zhì)纖維板結(jié)構(gòu)松軟，強(qiáng)度較低，但吸音性和保溫性好，主要用于吊頂?shù)?。刨花板是利用木材的邊角余料，?jīng)切碎、