土木工程材料第九章木材.ppt

土木工程材料第九章木材现在学习的是第1页，共29页F9.19.1木材的分类与构造木材的分类与构造F9.29.2木材的物理力学性木材的物理力学性质质F9.39.3木材的防腐与防火木材的防腐与防火F9.49.4木材的木材的综综合利用合利用现在学习的是第2页，共29页9.1 木材的分木材的分类类与构造与构造 v9.1.1分类分类T木材产自木本植物中的乔木，分为木材产自木本植物中的乔木，分为针叶树针叶树针叶树针叶树和和阔叶树阔叶树阔叶树阔叶树两大类。两大类。T大部分大部分针叶树针叶树针叶树针叶树理直、木质较软、易加工、变形小，建筑上广理直、木质较软、易加工、变形小，建筑上广泛用作承重构件和装修材料，如杉树、松树等。泛用作承重构件和装修材料，如杉树、松树等。T大部分大部分阔叶树阔叶树阔叶树阔叶树质密、木质较硬、加工较难、易翘裂、纹质密、木质较硬、加工较难、易翘裂、纹理美观，适用于室内装修，如水曲柳、核桃木等。理美观，适用于室内装修，如水曲柳、核桃木等。现在学习的是第3页，共29页v按木材的用途和加工的不同，可以分为按木材的用途和加工的不同，可以分为原条、原木、普通原条、原木、普通锯材锯材和和枕木枕木等四类。等四类。v原条原条是指已经去皮、根及树梢，但尚未加工成规定尺寸是指已经去皮、根及树梢，但尚未加工成规定尺寸的木料。的木料。v原木原木是指由原条按一定尺寸加工成规定直径和是指由原条按一定尺寸加工成规定直径和长度的木材。长度的木材。v普通锯材普通锯材是指已经加工锯解成材的木料。是指已经加工锯解成材的木料。v枕木枕木是指按枕木断面和长度加工而成的木材。是指按枕木断面和长度加工而成的木材。现在学习的是第4页，共29页v 9.1.2 9.1.2 木材的构造木材的构造 1.木材的宏观构造木材的宏观构造从木材三个不同切面观察木材的宏观构造可以看出，树干从木材三个不同切面观察木材的宏观构造可以看出，树干由由树皮树皮、木质部木质部、髓心髓心组成。组成。髓心髓心木质部木质部树皮树皮现在学习的是第5页，共29页v从木材的横切面上看，有许多树种的木材，靠近树从木材的横切面上看，有许多树种的木材，靠近树皮的部分材色较浅，水分较多，称为皮的部分材色较浅，水分较多，称为边材边材。v在髓心周围部分，材色较深，水分较少，称为在髓心周围部分，材色较深，水分较少，称为心材心材。现在学习的是第6页，共29页v每个生长周期所形成的木材，在横切面每个生长周期所形成的木材，在横切面上所看到的，围绕着髓心构成的同心圆称为上所看到的，围绕着髓心构成的同心圆称为生长轮生长轮生长轮生长轮。v温带和寒带树木的生长期，一年仅形成一温带和寒带树木的生长期，一年仅形成一个生长轮就是年轮。个生长轮就是年轮。v在同一年轮内，生长季节早期所形成在同一年轮内，生长季节早期所形成的木材，胞壁较薄、形体较大、颜色较浅、的木材，胞壁较薄、形体较大、颜色较浅、材质较松软称为材质较松软称为早材（春材）。早材（春材）。v 到秋季形成的木材，胞壁较厚、组织致到秋季形成的木材，胞壁较厚、组织致密、颜色较深、材质较硬称为密、颜色较深、材质较硬称为晚材（秋材）。晚材（秋材）。年轮年轮现在学习的是第7页，共29页2.木材的微观构造木材的微观构造 v木材的微观构造是指借助光学显微镜观察的结构。各种木材的微观构造是指借助光学显微镜观察的结构。各种木材的微观构造是各式各样的。木材的微观构造是各式各样的。v针叶树针叶树显微构造简单而规则，它主要由显微构造简单而规则，它主要由管胞管胞和和髓线髓线组成针组成针叶材的木射线一般较细且在肉眼下不可见。叶材的木射线一般较细且在肉眼下不可见。v一般，针叶材的年轮界明显，早、晚材区别明显。早一般，针叶材的年轮界明显，早、晚材区别明显。早材壁薄腔大，颜色较浅，晚材则壁厚腔小，颜色较深。材壁薄腔大，颜色较浅，晚材则壁厚腔小，颜色较深。现在学习的是第8页，共29页v阔叶材的显微构造较复杂，其细胞主要有阔叶材的显微构造较复杂，其细胞主要有导管导管、木纤维木纤维、木木射线射线和和轴向薄壁组织轴向薄壁组织等。等。v阔叶材因管孔大小和分布不同分为阔叶材因管孔大小和分布不同分为环孔材环孔材、散孔材散孔材和和半环半环孔材（半散孔材）孔材（半散孔材）。v环孔材的早材管孔明显比晚材管孔大；散孔材的早、晚材的环孔材的早材管孔明显比晚材管孔大；散孔材的早、晚材的管孔的大小没有明显区别。分布也比较均匀；半环孔材是指早管孔的大小没有明显区别。分布也比较均匀；半环孔材是指早材管孔到晚材管孔渐变，但界限不明显。材管孔到晚材管孔渐变，但界限不明显。v有无导管是区分阔叶材和针叶材的重要标志。有无导管是区分阔叶材和针叶材的重要标志。现在学习的是第9页，共29页9.2 9.2 木材的物理力学性质木材的物理力学性质v9.2.1密度与表密度与表观观密度密度vv 木材的实质密度木材的实质密度木材的实质密度木材的实质密度是指构成木材细胞壁物质的密度。约为是指构成木材细胞壁物质的密度。约为 1.501.501.56 g1.56 gcmcm3 3，各材种之间相差不大，实际计算和使用中常，各材种之间相差不大，实际计算和使用中常取取1.53 g/cm1.53 g/cm3 3。vv 木材的表观密度木材的表观密度木材的表观密度木材的表观密度则岁木材空隙率、含水率及其他一些因则岁木材空隙率、含水率及其他一些因素的变化而不同。木材的表观密度越大，其湿胀干缩率有越素的变化而不同。木材的表观密度越大，其湿胀干缩率有越大。处于气干状态下的木材表观密度平均为大。处于气干状态下的木材表观密度平均为500Kg/m500Kg/m3 3。现在学习的是第10页，共29页v9.2.2含水率与吸湿性含水率与吸湿性 木材的含水率木材的含水率木材的含水率木材的含水率是木材中水分质量占干燥木材质量的百分比。是木材中水分质量占干燥木材质量的百分比。木木材材中中的的水水分分按按其其与与木木材材结结合合形形式式和和存存在在的的位位置置，可可分分为：为：自由水自由水、吸附水吸附水和和化学结合水化学结合水。自自由由水水是是存存在在于于木木材材细细胞胞腔腔和和细细胞胞间间隙隙中中的的水水，它它影影响响木木材的表观密度、抗腐蚀性、燃烧性和干燥性；材的表观密度、抗腐蚀性、燃烧性和干燥性；吸吸附附水水是是被被吸吸附附在在细细胞胞壁壁内内纤纤维维之之间间的的水水，吸吸附附水水的的变变化化则则影影响木材强度和木材胀缩变形性能；响木材强度和木材胀缩变形性能；化学结合水化学结合水即为木材中的化合水，它在常温下不变化故其对木即为木材中的化合水，它在常温下不变化故其对木材的性质无影响。材的性质无影响。现在学习的是第11页，共29页木材干燥时，首先是自由水蒸发，而后是吸附水蒸发木材干燥时，首先是自由水蒸发，而后是吸附水蒸发木材受潮木材受潮时，先是细胞壁吸水，细胞壁吸水达饱和后，自由水才开始吸入。时，先是细胞壁吸水，细胞壁吸水达饱和后，自由水才开始吸入。木材的纤维饱和点木材的纤维饱和点当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时，这时的木材含水率称为纤维饱和点。木材的纤维饱和点随树种而的木材含水率称为纤维饱和点。木材的纤维饱和点随树种而异，一般介于异，一般介于2323 3232之间，通常取之间，通常取3030。纤维饱和点是木材性质变化的转折点。纤维饱和点是木材性质变化的转折点。在纤维饱和点之上，含在纤维饱和点之上，含水量变化是自由水含量的变化，它对木材强度和体积影响甚微；在水量变化是自由水含量的变化，它对木材强度和体积影响甚微；在纤维饱和点之下，含水量变化即吸附水含量的变化将对木材强度和纤维饱和点之下，含水量变化即吸附水含量的变化将对木材强度和体积等产生较大的影响体积等产生较大的影响。现在学习的是第12页，共29页木材的平衡含水率木材的平衡含水率木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改变的，当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时，木材变的，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达到与周围环境湿度相平衡，这时木材的中的含水量最后会达到与周围环境湿度相平衡，这时木材的含水率称为平衡含水率。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是木材进行干燥时的重要指标。木材的平木材的平衡含水率随其所在地区的不同而异，我国北方为衡含水率随其所在地区的不同而异，我国北方为1212左右，南左右，南方约为方约为1818，长江流域一般为，长江流域一般为 1515。现在学习的是第13页，共29页v9.2.3湿湿胀胀与干与干缩变缩变形形 木木材材具具有有显显著著的的湿湿胀胀干干缩缩性性。木木材材含含水水率率在在纤纤维维饱饱和和点点以以下下时时吸吸湿湿具具有有明明显显的的膨膨胀胀变变形形现现象象，解解吸时具有明显的收缩变形现象。吸时具有明显的收缩变形现象。当当木木材材的的含含水水率率在在纤纤维维饱饱和和点点以以下下时时，随随着着含含水水率率的的增增大大，木木材材体体积积产产生生膨膨胀胀；含含水水率率减减小小，木木材材体体积积收收缩缩；而而当当木木材材含含水水率率在在纤纤维维饱饱和和点点以以上上，只只是是自自由由水水增增减减变变化化时时，木木材材的的体体积积不不发发生生变变化化。纤纤维维饱饱和和点点是是木木材材发生湿胀干缩变形的转折点。发生湿胀干缩变形的转折点。木材含水率与胀缩变形关系木材含水率与胀缩变形关系现在学习的是第14页，共29页v木木材材具具有有各各向向异异性性，各各个个方方向向的的干干缩缩率率不不同同。木木材材弦弦向向干干缩缩率率最最大大。木木材材在在干干燥燥的的过过程程中中会会产产生生变变形形、翘翘曲曲和和开开裂裂等等现现象象木木材材的的干干缩缩湿湿胀胀变变形形还还随随树树种种不不同同而而异异。木木材材的的密密度度大大的的、晚晚材材含含量量多多的的木木材材，其其干干缩缩率率就就较较大。大。木材含水率与胀缩变形关系木材含水率与胀缩变形关系现在学习的是第15页，共29页v9.2.4木材的木材的强强度及其影响因素度及其影响因素工工程程上上常常利利用用木木材材的的以以下下几几种种强强度度：抗抗压压、抗抗拉拉、抗抗弯弯和和抗抗剪剪。由由于于木木材材是是一一种种非非均均质质材材料料，具具有有各各向向异异性性，使使木木材材的的强强度度有有很很强强的的方方向向性性。木木材材各各强强度度大大小小的的比比值值关关系系见见下下表：表：木材各项强度值的比较木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为以顺纹抗压强度为1)1)顺顺纹纹抗抗压压横纹抗压横纹抗压顺顺纹纹抗抗拉拉横纹抗拉横纹抗拉抗弯抗弯顺纹抗顺纹抗剪剪横纹横纹切断切断 11/101/3 23 1/201/3 3/22 1/71/3 1/21 现在学习的是第16页，共29页木木材材强强度度的的影影响响因因素素主主要要有有：含含水水率率、环环境境温温度、负荷时间、表观密度、疵病等度、负荷时间、表观密度、疵病等含水率的影响含水率的影响木材的含水率在纤维饱和点以内变化时，含水量增加使木材的含水率在纤维饱和点以内变化时，含水量增加使细胞壁中的木纤维之间的联结力减弱、细胞壁软化，故强细胞壁中的木纤维之间的联结力减弱、细胞壁软化，故强度降低；当水分减少使细胞壁比较紧密，故强度增高。度降低；当水分减少使细胞壁比较紧密，故强度增高。含水率的变化对各强度的影响是不一样的。对顺纹抗压强含水率的变化对各强度的影响是不一样的。对顺纹抗压强度和抗弯强度的影响较大，对顺纹抗拉强度和顺纹抗剪强度影度和抗弯强度的影响较大，对顺纹抗拉强度和顺纹抗剪强度影响较小。测定木材强度时规定响较小。测定木材强度时规定12%为标准含水率。为标准含水率。现在学习的是第17页，共29页环境温度的影响环境温度的影响木材随环境温度升高会降低木材随环境温度升高会降低。当温度由。当温度由25升到升到50时，针叶时，针叶树抗拉强度降低树抗拉强度降低1015，抗压强度降低，抗压强度降低2024。当木材长。当木材长期处于期处于60100温度下时，会引起水分和所含挥发物的蒸发，而温度下时，会引起水分和所含挥发物的蒸发，而呈暗褐色，强度下降，变形增大。温度超过呈暗褐色，强度下降，变形增大。温度超过140时，木材中的时，木材中的纤维素发生热裂解，色渐变黑，强度明显下降。因此，长期纤维素发生热裂解，色渐变黑，强度明显下降。因此，长期处于高温的建筑物，不宜采用木结构。处于高温的建筑物，不宜采用木结构。现在学习的是第18页，共29页负荷时间的影响负荷时间的影响 木材的长期承载能力远低于暂时承载能力木材的长期承载能力远低于暂时承载能力。这是因为在长期承这是因为在长期承载情况下，木材会发生纤维等速蠕滑，累积后产生较大变形而降低了载情况下，木材会发生纤维等速蠕滑，累积后产生较大变形而降低了承载能力的结果。承载能力的结果。木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持木材在长期荷载作用下不致引起破坏的最大强度，称为持久强度久强度。木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度木材的持久强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的的5060。一切木结构都处于某一种负荷的长期作用下，因。一切木结构都处于某一种负荷的长期作用下，因此在设计木结构时，应考虑负荷时间对木材强度的影响。此在设计木结构时，应考虑负荷时间对木材强度的影响。现在学习的是第19页，共29页木材的疵病木材的疵病木材在生长、采伐及保存过程中，会产生内部和外部的木材在生长、采伐及保存过程中，会产生内部和外部的缺陷，这些缺陷统称为疵病。缺陷，这些缺陷统称为疵病。木材的疵病主要有木材的疵病主要有木节木节、斜斜纹纹、腐朽腐朽及及虫害虫害等，这些疵病将影响木材的力学性质，但同等，这些疵病将影响木材的力学性质，但同一疵病对木材不同强度的影响不尽相同。一疵病对木材不同强度的影响不尽相同。现在学习的是第20页，共29页木节木节分为分为活节、死节、松软节、腐朽节活节、死节、松软节、腐朽节等几种，活节影响最等几种，活节影响最小。木节使木材顺纹抗拉强度显著降低，对顺纹抗压影响最小。小。木节使木材顺纹抗拉强度显著降低，对顺纹抗压影响最小。在木材受横纹抗压和剪切时，木节反而增加其强度。在木材受横纹抗压和剪切时，木节反而增加其强度。斜纹为木纤维与树轴成一定夹角斜纹为木纤维与树轴成一定夹角，斜纹木材严重降低其顺纹抗，斜纹木材严重降低其顺纹抗拉强度，抗弯次之，对顺纹抗压强度影响较小。裂纹、腐朽、虫拉强度，抗弯次之，对顺纹抗压强度影响较小。裂纹、腐朽、虫害等疵病，会造成木材构造的不连续性或破坏其组织，因此严重害等疵病，会造成木材构造的不连续性或破坏其组织，因此严重影响木材的力学性质，有时甚至能使木材完全失去使用价值。影响木材的力学性质，有时甚至能使木材完全失去使用价值。v木材的疵病木材的疵病现在学习的是第21页，共29页9.3 9.3 木材的防腐与防火木材的防腐与防火木木材材作作为为土土木木工工程程材材料料，最最大大缺缺点点是是容容易易腐腐朽朽、虫虫柱柱和和燃燃烧烧，因因此此大大大大地地缩缩短短了了木木材材的的使使用用寿寿命命，并并限限制制了了它它的的应应用用范范围围。采采取取措措施施来来提提高高木木材材的的耐耐久久性性，对对木木材材的的合合理理使使用用具具有有十十分分重重要的意义。要的意义。v 9.3.19.3.1木材的腐朽与防腐木材的腐朽与防腐1.1.木材的腐朽木材的腐朽 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，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，必须同时具备四个条件：必须同时具备四个条件：温度适宜；温度适宜；木材含水率适当；木材含水率适当；有足够有足够的空气；的空气；适当的养料。适当的养料。现在学习的是第22页，共29页真菌生长最适宜温度是真菌生长最适宜温度是25253030，最适宜含水率在木材纤维饱和点，最适宜含水率在木材纤维饱和点饱和点左右，含水率低于饱和点左右，含水率低于2020时，真菌难于生长，含水率过大时，空时，真菌难于生长，含水率过大时，空气难于流通，真菌得不到足够的氧或排不出废气。气难于流通，真菌得不到足够的氧或排不出废气。破坏性真菌所需养分是破坏性真菌所需养分是构成细胞壁的木质素或纤维素构成细胞壁的木质素或纤维素构成细胞壁的木质素或纤维素构成细胞壁的木质素或纤维素。2、木材的防腐与防虫、木材的防腐与防虫根据木材产生腐朽的原因，木材防腐有根据木材产生腐朽的原因，木材防腐有两种方法两种方法：创造条件，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；创造条件，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；把木材变成有毒的物质，使其不能作真菌的养料。把木材变成有毒的物质，使其不能作真菌的养料。现在学习的是第23页，共29页(木木材材防防腐腐的的基基本本方方法法破坏真菌生存的条件破坏真菌生存的条件注入化学防腐剂注入化学防腐剂木材常用防腐、防虫剂的种类木材常用防腐、防虫剂的种类和配方和配方免漆复合门现在学习的是第24页，共29页 将木材保持在很高的含水率，木材由于缺乏空气而破坏了真菌将木材保持在很高的含水率，木材由于缺乏空气而破坏了真菌生存所需的条件，从而达到防腐的目的。如生存所需的条件，从而达到防腐的目的。如湿存保管法和水存保管湿存保管法和水存保管湿存保管法和水存保管湿存保管法和水存保管法。法。法。法。或者将木材进行干燥，使其含水率降至或者将木材进行干燥，使其含水率降至 2020以下（即以下（即干法保管法干法保管法干法保管法干法保管法）。在储存和使用木材时要注意通风和排湿。对）。在储存和使用木材时要注意通风和排湿。对木材构件表面应刷以油漆，使木材隔绝空气和水汽。木材构件表面应刷以油漆，使木材隔绝空气和水汽。破坏真菌生存的条件破坏真菌生存的条件 现在学习的是第25页，共29页注入化学防腐剂注入化学防腐剂将化学防腐剂注入木材内，把木材变成对真菌有毒的物质，将化学防腐剂注入木材内，把木材变成对真菌有毒的物质，使真菌无法生存。这是木材的化学保管法。注人防腐剂的方法很多，使真菌无法生存。这是木材的化学保管法。注人防腐剂的方法很多，通常有通常有表面涂刷法、表面喷涂法、浸渍法、冷热槽浸透法、压力表面涂刷法、表面喷涂法、浸渍法、冷热槽浸透法、压力渗透法渗透法等，其中以冷热槽浸透法和压力渗透法效果最好。常用防等，其中以冷热槽浸透法和压力渗透法效果最好。常用防腐剂的种类有：腐剂的种类有：A.A.水溶性防腐剂水溶性防腐剂能溶于水，应用方便，主要用于房屋内部，能溶于水，应用方便，主要用于房屋内部，如氟化钠、氯化锌、硫酸铜、硼铬合剂、硼酚合剂等。如氟化钠、氯化锌、硫酸铜、硼铬合剂、硼酚合剂等。B.B.油溶性防腐剂油溶性防腐剂能溶于油不溶于水，可用于室外药效持能溶于油不溶于水，可用于室外药效持久，如林丹五氨酸合剂。久，如林丹五氨酸合剂。现在学习的是第26页，共29页C.C.防腐油防腐油不溶于水，药效持久，但有臭味，且呈暗色，不溶于水，药效持久，但有臭味，且呈暗色，不能油漆，主要用于室外和地下（枕木、坑木、拉木等），如不能油漆，主要用于室外和地下（枕木、坑木、拉木等），如煤焦油等。煤焦油等。现在学习的是第27页，共29页v 9.3.2 9.3.2木材的防火木材的防火 木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过程中，析出可燃木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过程中，析出可燃气体，随着温度不同，析出的可燃气浓度也不同，此时若遇气体，随着温度不同，析出的可燃气浓度也不同，此时若遇火源，析出的可燃气也会出现闪燃、引燃。若无火源，只要火源，析出的可燃气也会出现闪燃、引燃。若无火源，只要加热温度足够高，也会发生自燃现象。加热温度足够高，也会发生自燃现象。对木材及其制品的防火保护有对木材及其制品的防火保护有浸渍浸渍、添加阻燃剂添加阻燃剂和和覆盖覆盖三种方法。三种方法。现在学习的是第28页，共29页 浸渍浸渍 浸渍按工艺可分为常压浸渍按工艺可分为常压浸渍浸渍、热浸渍热浸渍和和加压浸渍加压浸渍三种。三种。添加阻燃剂添加阻燃剂 覆盖覆盖 现在学习的是第29页，共29页