土木工程材料-木材.ppt

1、第9章 木材,木材的優(yōu)點： 輕質(zhì)高強，對熱、聲和電的傳導性能比較低； 有很好的彈性和塑性，能承受沖擊和振動等作用； 容易加工、木紋美觀； 在干燥環(huán)境或長期置于水中均有很好的耐久性。,木材的缺點：構造不均勻，各向異性，易吸濕吸水從而導致形狀、尺寸、強度等物理、力學性能變化；長期處于干濕交替環(huán)境中，其耐久性變差；易燃、易腐、天然疵病較多等。, 9.1 木材的分類與構造 9.1.1 木材的分類 木材產(chǎn)自木本植物中的喬木，分為針葉樹和闊葉樹兩大類。 大部分針葉樹理直、木質(zhì)較軟、易加工、變形小，建筑上廣泛用作承重構件和裝修材料，如杉樹、松樹等。 大部分闊葉樹質(zhì)密、木質(zhì)較硬、加工較難、易翹裂、紋理美觀，適

2、用于室內(nèi)裝修，如水曲柳、核桃木等。,9.1.2 木材的構造 1.木材的宏觀構造 從木材三個不同切面觀察木材的宏觀構造可以看出，樹干由樹皮、木質(zhì)部、髓心組成。,從木材的橫切面上看，有許多樹種的木材，靠近樹皮的部分材色較淺，水分較多，稱為邊材。 在髓心周圍部分，材色較深，水分較少，稱為心材。,每個生長周期所形成的木材，在橫切面上所看到的，圍繞著髓心構成的同心圓稱為年輪。 在同一年輪內(nèi)，春天生長的木材，色淺、質(zhì)松，強度低，稱為早材（春材）。 夏、秋二季生長的木材，色深、質(zhì)硬，強度高，稱為晚材（夏材）。,2.木材的微觀構造 木材由無數(shù)管狀細胞緊密結合而成。絕大部分縱向排列，少數(shù)橫向排列（髓線）。每一個

3、細胞由細胞壁和細胞腔兩部分構成。細胞壁由細纖維組成，其縱向聯(lián)結較橫向牢固。細纖維間具有極小的空隙，能吸附和滲透水分。木材的細胞壁愈厚，腔愈小，木材愈密實，表觀密度和強度也越大 。但其脹縮變形也越大。與春材相比，夏材的細胞壁較厚，腔較小。, 9.2 木材的主要性能 9.1.2 物理性質(zhì) 1.密度與表觀密度 木材的密度是指構成木材細胞壁物質(zhì)的密度。約為 1.481.56 gcm3，各材種之間相差不大，實際計算和使用中常取1.53 g/cm3。 木材的表觀密度則隨木材空隙率、含水率及其他一些因素的變化而不同。木材的表觀密度越大，其濕脹干縮率也越大。處于氣干狀態(tài)下的木材表觀密度平均為500kg/m3。

4、,2. 吸濕率與含水率 木材中的水分按其與木材結合形式和存在的位置，可分為：自由水、吸附水和化學于結合水。 自由水是存在木材細胞腔和細胞間隙中的水，它影響木材的表觀密度、燃燒性和抗腐蝕性。 吸附水是被吸附在細胞壁內(nèi)纖維之間的水，吸附水的變化則影響木材強度和木材脹縮變形性能。 化學結合水是木材化學組成中的結合水。它在常溫下不變化，故其對木材的性質(zhì)無影響。,木材受潮時，先是細胞壁吸水，細胞壁吸水達飽和后，自由水才開始吸入。木材干燥時，首先是自由水蒸發(fā)，而后是吸附水蒸發(fā) 。 當木材細胞腔和細胞間隙中的自由水完全脫去為零，而細胞壁吸附水尚為飽和時，木材的含水率稱為纖維飽和點。木材的纖維飽和點隨樹種而異

5、，一般介于25 35之間，平均為30左右。 纖維飽和點是木材性質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點。在纖維飽和點之上，含水量變化對木材強度和體積影響甚微；在纖維飽和點之下，含水量變化即吸附水含量的變化將對木材強度和體積等產(chǎn)生較大的影響。,木材的平衡含水率木材中所含的水分是隨著環(huán)境的溫度和濕度的變化而改變的，當木材長時間處于一定溫度和濕度的環(huán)境中時，木材中的含水量最后會達到與周圍環(huán)境濕度相平衡，這時木材的含水率稱為平衡含水率。 木材的平衡含水率是木材進行干燥時的重要指標。木材的平衡含水率隨其所在地區(qū)的不同而異，我國北方為12左右，南方約為18，長江流域一般為 15。,3. 濕脹干縮 木材具有顯著的濕脹干縮性。 當木材

6、的含水率在纖維飽和點以下時，隨著含水率的增大，木材體積產(chǎn)生膨脹；含水率減小，木材體積收縮；而當木材含水率在纖維飽和點以上，只是自由水增減變化時，木材的體積不發(fā)生變化。纖維飽和點是木材發(fā)生濕脹干縮變形的轉(zhuǎn)折點。 木材具有各向異性，各個方向的干縮率不同。其中以弦向最大，徑向次之，縱向最小。這主要是因為各個方向的細胞壁的總厚度不同。,9.2.3 木材的力學性質(zhì) 1.木材的強度 工程上常利用木材的以下幾種強度：抗壓、抗拉、抗彎和抗剪。由于木材是一種非均質(zhì)材料，具有各向異性，使木材的強度有很強的方向性。木材各強度大小的比值關系見下表：,木材各項強度值的比較(以順紋抗壓強度為1),2.影響木材強度的主要因

7、素 （1）含水量的影響 木材的含水率在纖維飽和點以內(nèi)變化時，含水量增加使細胞壁中的木纖維之間的聯(lián)結力減弱、細胞壁軟化，故強度降低；當水分減少使細胞壁比較緊密，故強度增高。 含水率的變化對各強度的影響是不一樣的。對順紋抗壓強度和抗彎強度的影響較大，對順紋抗拉強度和順紋抗剪強度影響較小。測定木材強度時規(guī)定12%為標準含水率。,（2）負荷時間的影響 木材的長期承載能力遠低于暫時承載能力。這是因為在長期承載情況下，木材會發(fā)生纖維等速蠕滑，累積后產(chǎn)生較大變形而降低了承載能力的結果。 木材在長期荷載作用下不致引起破壞的最大強度，稱為持久強度。木材的持久強度比其極限強度小得多，一般為極限強度的5060。一切

8、木結構都處于某一種負荷的長期作用下，因此在設計木結構時，應考慮負荷時間對木材強度的影響。,（3）溫度的影響木材強度隨環(huán)境溫度升高會降低。當溫度由25升到50時，針葉樹抗拉強度降低1015，抗壓強度降低2024。當木材長期處于60100溫度下時，會引起水分和所含揮發(fā)物的蒸發(fā)，而呈暗褐色，強度下降，變形增大。溫度超過140時，木材中的纖維素發(fā)生熱裂解，色漸變黑，強度明顯下降。因此，長期處于高溫的建筑物，不宜采用木結構。,（4）疵病的影響 木材在生長、采伐及保存過程中，會產(chǎn)生內(nèi)部和外部的缺陷，這些缺陷統(tǒng)稱為疵病。木材的疵病主要有木節(jié)、斜紋、腐朽及蟲害等，這些疵病將影響木材的力學性質(zhì)，但同一疵病對木材

9、不同強度的影響不盡相同。,3.木材的韌性 木材的韌性較好，因而木結構具有良好的抗震性。木材的任性受很多因素影響。如木材的密度愈大，沖擊韌性愈好；高溫會使木材變脆，韌性降低。負溫會使?jié)衲静淖兇?，韌性降低；任何缺陷的存在都會嚴重降低木材的沖擊韌性。 4.木材的硬度和耐磨性 木材的硬度和耐磨性主要取決于細胞組織的緊密度。橫截面較其他面高。木髓線發(fā)達的木材其弦切面較徑切面高。, 9.3 木材的干燥、防腐和防火 9.3.1 木材的干燥 干燥處理可防止木材受細菌等腐蝕，減少木材在使用中發(fā)生收縮裂縫，提高木材的強度和耐久性。有自然干燥和人工干燥兩種方法。 9.3.2 木材的防腐 木材的腐朽是真菌在木材中寄生引起的。真菌在木材中生存和繁殖，必須同時具備四個條件： 溫度適宜；木材含水率適當；有足夠的空氣；適當?shù)酿B(yǎng)料。,木材防腐的基本方法： （1）破壞真菌生存的條件 將木材保持在很高的含水率，木材由于缺乏空氣而破壞了真菌生存所需的條件，從而達到防腐的目的。如濕存保管法和水存保管法。 或者將木材進行干燥，使其含水率降至 20以下（即干法保管法）。在儲存和使用木材時要注意通風和排濕。對木材構件表面應刷以油漆，使木材隔絕空氣和水