土木工程材料-木材.ppt

第9章 木材土木工程材料 第9章 木材木材的优点：轻质高强，对热、声和电的传导性能比较低；有很好的弹性和塑性，能承受冲击和振动等作用；容易加工、木纹美观；在干燥环境或长期置于水中均有很好的耐久性。木材的缺点：构造不均匀，各向异性，易吸湿吸水从而导致形状、尺寸、强度等物理、力学性能变化；长期处于干湿交替环境中，其耐久性变差；易燃、易腐、天然疵病较多等。土木工程材料 第9章 木材9.1木材的分类与构造9.1.1木材的分类T木材产自木本植物中的乔木，分为针叶树针叶树和阔叶树阔叶树两大类。T大部分针叶树针叶树理直、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。T大部分阔叶树阔叶树质密、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。土木工程材料 第9章 木材9.1.2木材的构造 1.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，树干由树皮、木质部、髓心组成。髓心髓心木质部木质部树皮树皮土木工程材料 第9章 木材v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，称为边材。v在髓心周围部分，材色较深，水分较少，称为心材。土木工程材料 第9章 木材v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年轮。v在同一年轮内，春天生长的木材，色浅、质松，强度低，称为早材（春材）。v 夏、秋二季生长的木材，色深、质硬，强度高，称为晚材（夏材）。土木工程材料 第9章 木材2.木材的微观构造木材由无数管状细胞紧密结合而成。绝大部分纵向排列，少数横向排列（髓线）。每一个细胞由细胞壁和细胞腔两部分构成。细胞壁由细纤维组成，其纵向联结较横向牢固。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，表观密度和强度也越大。但其胀缩变形也越大。与春材相比，夏材的细胞壁较厚，腔较小。土木工程材料 第9章 木材9.2木材的主要性能9.1.2物理性质 1.1.密度与表观密度密度与表观密度 木材的密度木材的密度是指构成木材细胞壁物质的密度。约为 1.481.56gcm3，各材种之间相差不大，实际计算和使用中常取1.53g/cm3。木材的表观密度木材的表观密度则随木材空隙率、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，其湿胀干缩率也越大。处于气干状态下的木材表观密度平均为500kg/m3。土木工程材料 第9章 木材2.吸湿率与含水率 木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位置，可分为：自由水、吸附水和化学于结合水。自由水是存在木材细胞腔和细胞间隙中的水，它影响木材的表观密度、燃烧性和抗腐蚀性。吸附水是被吸附在细胞壁内纤维之间的水，吸附水的变化则影响木材强度和木材胀缩变形性能。化学结合水是木材化学组成中的结合水。它在常温下不变化，故其对木材的性质无影响。土木工程材料 第9章 木材木材受潮时，先是细胞壁吸水，细胞壁吸水达饱和后，自由水才开始吸入。木材干燥时，首先是自由水蒸发，而后是吸附水蒸发。当木材细胞腔和细胞间隙中的自由水完全脱去为零，而细胞壁吸附水尚为饱和时，木材的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2535之间，平均为30左右。纤维饱和点是木材性质变化的转折点。在纤维饱和点之上，含水量变化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体积等产生较大的影响。土木工程材料 第9章 木材 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的不同而异，我国北方为12左右，南方约为18，长江流域一般为 15。土木工程材料 第9章 木材3.湿胀干缩木材具有显著的湿胀干缩性。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；含水率减小，木材体积收缩；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。纤维饱和点是木材发生湿胀干缩变形的转折点。木材具有各向异性，各个方向的干缩率不同。其中以弦向最大，径向次之，纵向最小。这主要是因为各个方向的细胞壁的总厚度不同。土木工程材料 第9章 木材9.2.3木材的力学性质1.木材的强度工程上常利用木材的以下几种强度：抗压、抗拉、抗弯和抗剪。由于木材是一种非均质材料，具有各向异性，使木材的强度有很强的方向性。木材各强度大小的比值关系见下表：木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为1)顺纹抗顺纹抗压压横纹抗横纹抗压压 顺纹抗顺纹抗拉拉 横纹抗拉横纹抗拉 抗弯抗弯 顺纹抗剪顺纹抗剪 横纹切横纹切断断 11/101/3 23 1/201/3 3/22 1/71/3 1/21 土木工程材料 第9章 木材2.影响木材强度的主要因素（1）含水量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。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响较小。测定木材强度时规定12%为标准含水率。土木工程材料 第9章 木材（2）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。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，一般为极限强度的5060。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。土木工程材料 第9章 木材（3）温度的影响木材强度随环境温度升高会降低。当温度由25升到50时，针叶树抗拉强度降低1015，抗压强度降低2024。当木材长期处于60100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140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，长期处于高温的建筑物，不宜采用木结构。土木工程材料 第9章 木材 （4）疵病的影响木材在生长、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。木材的疵病主要有木节、斜纹、腐朽及虫害等，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。土木工程材料 第9章 木材3.木材的韧性木材的韧性较好，因而木结构具有良好的抗震性。木材的任性受很多因素影响。如木材的密度愈大，冲击韧性愈好；高温会使木材变脆，韧性降低。负温会使湿木材变脆，韧性降低；任何缺陷的存在都会严重降低木材的冲击韧性。4.木材的硬度和耐磨性木材的硬度和耐磨性主要取决于细胞组织的紧密度。横截面较其他面高。木髓线发达的木材其弦切面较径切面高。土木工程材料 第9章 木材9.3木材的干燥、防腐和防火9.3.1木材的干燥干燥处理可防止木材受细菌等腐蚀，减少木材在使用中发生收缩裂缝，提高木材的强度和耐久性。有自然干燥和人工干燥两种方法。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，必须同时具备四个条件：温度适宜；木材含水率适当；有足够的空气；适当的养料。土木工程材料 第9章 木材 木材防腐的基本方法：（1）破坏真菌生存的条件 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。如湿存保管法和水存保管法。湿存保管法和水存保管法。或者将木材进行干燥，使其含水率降至 20以下（即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。对木材构件表面应刷以油漆，使木材隔绝空气和水汽 （2）注入化学防腐剂、防虫剂土木工程材料第9章 木材 9.3.3 木材的防火 木材是可燃性建筑材料。在木材被加热过程中，析出可燃气体，随着温度不，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浸渍、添加阻燃剂和覆盖三种方法。