建筑材料 第10章-木材.ppt

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1、建筑材料建筑材料第十章第十章 木材木材第十章第十章 木材木材v建筑材料四大主材之一，使用历史悠久，在水利、房屋、道桥等工程中应用很广。v常用作混凝土模板，房屋的屋架、梁、柱，以及装饰、保温、吸声材料。v天然资源，生长较慢且产量有限，跟不上建设的需要，必须掌握木材的性能，积极采用新技术、新工艺，扩大和寻求木材综合利用的新途径。树木通常分为针叶树、阔叶树两大类树木通常分为针叶树、阔叶树两大类v针叶树：材质轻软，又名软木材，树叶细长、针状，易于加工、容重和涨缩变形较小，且具有较高的强度，主要用于承重构件、门窗。如：松树、杉树、柏树v阔叶树：材质坚硬，又名硬木材，树叶宽大，片状，一般较重，加工较难，且

2、涨缩、翘曲、裂缝较针叶树显著，常用于内部装饰、次要承重构件、胶合板。如：榆树、槐树、水曲柳v第一节第一节 木材的基本构造木材的基本构造v木材的构造决定了木材的性能。v木材的构造一般从宏观构造、微观构造两方面分别研究。v1.木材的宏观构造v横切面v径切面v弦切面v就宏观特征来讲，树木分为树皮、木质部和髓心三部分由于木材在各个切面上的构造不同，因此，木材具有各向异性。v2.木材的微观构造v 在显微镜下观察，可以看到木材是由无数管状细胞紧密结合而成，它们大部分为纵向排列，少数横向排列（如髓线）。每个细胞又由细胞壁和细胞腔两部分组成，细胞壁又是由细纤维组成，所以木材的细胞壁越厚，细胞腔越小，木材越密实

3、，其表观密度和强度也越大，但胀缩变形也大。v第二节第二节 木材的物理力学性质木材的物理力学性质v 木材的物理力学性质主要有含水量、湿胀干缩、强度等性能，其中含水率对木材的湿胀干缩性和强度影响很大。v1、含水量v（1）木材的含水率是指木材中所含水的质量占干燥木材质量的百分数。v木材中主要有三种水，即自由水、吸附水和化合水。自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分，吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。v自由水对木材性质影响不大，而吸附水是影响木材性质的主要因素。v（2）木材的纤维饱和点v 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。v（3）木材的平衡含水率

4、v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。v2.木材的湿胀与干缩变形v 木材具有很显著的湿胀干缩性，其规律是：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，随着含水率减小，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的转折点。v 由于木材为非均匀质构造，故其胀缩变形各向不同，其中以弦向最大，径向次之，纵向（即顺纤维方向）最小。3.木材的强度vA.木材的力学强度v在建

5、筑结构中，木材常用的强度有抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。由于木材的构造各向不同，致使各向强度有差异，为此木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多，所以工程上均充分利用它们的顺纹强度。从理论上讲，木材强度中以顺纹抗拉强度为最大，其次是抗弯强度和顺纹抗压强度，但实际上是木材的顺纹抗压强度最高。v 当以顺纹抗压强度为时，木材理论上各强度大小关系如下表10-2所示。木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标准试件，按木材物理力学试验方法进行测定。试验时，木材在各向上受不同外力时的破坏情况各不相同，其中顺纹受压破坏是因细胞壁失去稳定所致，而非纤维断裂。v横纹受压是因木材受力压紧后

6、产生显著变形而造成破坏。v顺纹抗拉破坏通常是因纤维间撕裂而后拉断所致。v木材受弯时其上部为顺纹受压，下部为顺纹抗拉，水平面内则有剪力，破坏时首先是受压区达到强度极限，产生大量变形，但这时构件仍能继续承载，当受拉区也达强度极限时，则纤维及纤维间的联结产生断裂，导致最终破坏。v木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维方向的不同，可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种。v顺纹剪切破坏是由于纤维间联结撕裂产生纵向位移和受横纹拉力作用所致；横纹剪切破坏完全是因剪切面中纤维的横向联结被撕裂的结果；横纹切断破坏则是木材纤维被切断，这时强度较大，一般为顺纹剪切的倍。vB.影响木材强度的主要因素v()含水量的影

7、响v 木材的强度受含水率的影响很大，其规律是：当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大，反之，则强度减小。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度不改变。v 我国木材试验标准规定，测定木材强度时，应以其标准含水率（即含水率为12）时的强度测值为准，对于其他含水率时的强度测值，应换算成标准含水率时的强度值。其换算经验公式如下：v式中 12:含水率为12时的木材强度(MPa）；v W:含水率为(%)时的木材强度(MPa)；v 试验时的木材含水率v 木材含水率校正系数。v 随作用力和树种不同而异，如顺纹抗压所有树种均为 0.05；顺纹抗拉时阔叶树

8、为0.015，针叶树为；抗弯所有树种为0.04；顺纹抗剪所有树种为0.03。v()负荷时间的影响v 木材对长期荷载的抵抗能力与对暂时荷载不同。木材在外力长期作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一定范围以下时，才可避免木材因长期负荷而破坏。这是由于木材在外力作用下产生等速蠕滑，经过长时间以后，最后达到急剧产生大量连续变形而致。v 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。v（3）温度的影响v木材强度随环境温度升高而降低。当温度由

9、升到时，针叶树抗拉强度降低10%15%，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，强度明显下降，变形增大。v温度超过140时，木材中的纤维素发生热裂解，色渐变黑，强度显著下降。因此，长期处于高温的建筑物，不宜采用木结构。v（）疵病的影响v 木材在生长、采伐、保存过程中，所产生的内部和外部的缺陷，统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。一般木材或多或少都存在一些疵病，致使木材的物理力学性质受到影响。v第三节第三节 木材的防腐与防火木材的防腐与防火v1.木材的腐朽与防腐v （1）木材的腐朽v 木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌

10、分霉菌、变色菌和腐朽菌三种，前两种真菌对木材影响较小，但腐朽菌影响很大。腐朽菌寄生在木材的细胞壁中，它能分泌出一种酵素，把细胞壁物质分解成简单的养分，供自身摄取生存，从而致使木材产生腐朽，并遭彻底破坏。真菌在木材中生存和繁殖必须具备三三个个条条件件，即：适量的水分、空气（氧气）和适宜的温度。温度低于时，真菌停止繁殖，而高于时，真菌则死亡。v（2）木材防腐措施v 根据木材产生腐朽的原因，通常防止木材腐朽的措施有以下两种：va破坏真菌生存的条件v破坏真菌生存条件最常用的办法是：使木结构、木制品和储存的木材处于经常保持通风干燥的状态，并对木结构和木制品表面进行油漆处理，油漆涂层既使木材隔绝了空气，又

11、隔绝了水分。vb把木材变成有毒的物质v将化学防腐剂注入木材中，使真菌无法寄生。木材防腐剂种类很多，一般分水溶性防腐剂、油质防腐剂和膏状防腐剂三类。v水溶性防腐剂常用品种有氯化锌、氟化钠、硅氟酸钠、硼铬合剂、硼酚合剂、铜铬合剂、氟砷铬合剂等。水水溶溶性性防防腐腐剂剂多多用用于于室室内内木木结结构构的的防防腐腐处处理理。油质防腐剂常用的有煤焦油、混合防腐油、强化防腐油等。油油质质防防腐腐剂剂色深、有恶臭，常常用用于于室室外外木木构构件件的的防防腐腐。膏膏状状防防腐腐剂剂由粉状防腐剂、油质防腐剂、填料和胶结料（煤沥青、水玻璃等）按一定比例混合配制而成，用于室外木材防腐用于室外木材防腐。v2.木材的防

12、火v（1）木材的可燃性v 木材是国家建设和人民生活中重要物质资源之一。木材属木质纤维材料，易燃烧，它是具有火灾危险性的有机可燃物。v（2）木材燃烧及阻燃机理v 木材在热的作用下要发生热分解反应，随着温度升高，热分解加快。当温度高至220以上达木材燃点时，木材燃烧放出大量可燃气体，这些可燃气体中有着大量高能量的活化基，活化基氧化燃烧后继续放出新的活化基，如此形成一种燃烧链反应，于是火焰在链状反应中得到迅速传播，使火越烧越旺，此称气相燃烧。在实际火灾中，木材燃烧温度可高达8001300。所谓木材的防火，就是将木材经过具有阻燃性能的化学物质处理后，变成难燃的材料，以达到遇小火能自熄，遇大火能延缓或阻

13、滞燃烧蔓延，从而赢得扑救的时间。v根据燃烧机理，阻止和延缓木材燃烧的途径，通常可有以下几种：vA.抑制木材在高温下的热分解。实践证明，某些含磷化合物能降低木材的热稳定性，使其在较低温度下即发生分解，从而减少可燃气体的生成，抑制气相燃烧。vB.阻滞热传递。通过实践发现，一些盐类、特别是含有结晶水的盐类，具有阻燃作用。例如含结晶水的硼化物、含水氧化铝和氢氧化镁等，遇热后则吸收热量而放出水蒸气，从而减少了热量传递。磷酸盐遇热缩聚成强酸，使木材迅速脱水炭化，而木炭的导热系数仅为木材的121/3，从而有效地抑制了热的传递。同时，磷酸盐在高温下形成的玻璃状液体物质覆盖在木材表面，也起到了隔热层作用。vC.

14、稀释木材燃烧面周围空气中的氧气和热分解产生的可燃气体，增加隔氧作用。如采用含结晶水的硼化物和含水氧化铝等，遇热放出的水蒸汽，能稀释氧气及可燃气体的浓度，从而抑止了木材的气相燃烧，而磷酸盐和硼化物等在高温下形成玻璃状覆盖层，则阻滞了木材的固相燃烧。v例例10-110-1解释以下名词：解释以下名词：v （）自自由由水水；（）吸吸附附水水；（）纤纤维维饱饱和和点点；（）平平衡含水率；（）标准含水率；（衡含水率；（）标准含水率；（6 6）持久强度。）持久强度。v解解v（1 1）自由水：自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。）自由水：自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分。v（2 2）吸附水：

15、吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。）吸附水：吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分。v（3 3）纤纤维维饱饱和和点点：当当木木材材中中无无自自由由水水，而而细细胞胞壁壁内内吸吸附附水水达达到到饱饱和和时的木材含水率称为纤维饱和点。时的木材含水率称为纤维饱和点。v（）平平衡衡含含水水率率：在在一一定定温温度度和和湿湿度度环环境境中中，木木材材中中的的含含水水量量达达到与周围环境湿度相平衡时含水率称为平衡含水率。到与周围环境湿度相平衡时含水率称为平衡含水率。v（）标准含水率：含水率为（）标准含水率：含水率为1212为木材的标准含水率。为木材的标准含水率。v（6 6）持持久久强强度度：木木

16、材材在在长长期期荷荷载载作作用用下下不不致致引引起起破破坏坏的的最最大大强强度度，称为持久强度。称为持久强度。v木木材材的的纤纤维维饱饱和和点点，是是指指木木材材的的细细胞胞壁壁中中吸吸附附水水达达饱饱和和状状态态，而而细细胞胞腔腔及及细细胞胞间间隙隙中中不不含含自自由由水水时时的的含含水水率率。是是木木材材变变形形、强强度度等等主要性质受含水变化影响的转折点。主要性质受含水变化影响的转折点。v 平平衡衡含含水水率率是是指指在在一一定定温温、湿湿度度环环境境下下，木木材材内内部部含含水水率率不不再再发发生生变变化化时时，此此时时的的含含水水率率为为平平衡衡含含水水率率。即即木木材材与与环环境境

17、进进行行湿湿度度交交换换，达达到到平平衡衡时时的的含含水水率率。在在工工程程中中，应应使使用用达达到到平平衡衡含含水水率率的的木木材材，以以便便使使用用中中其其性能基本保持稳定。性能基本保持稳定。v规规定定含含水水率率为为时时为为木木材材的的标标准准含含水水率率。此此状状态态（接接近近气气干干状状态态）下下的的木木材材强强度度为为标标准准强强度度。以以此此进进行行木木材材强强度度的的测测定定和和比比较较与与选用，更接近实际使用状态。选用，更接近实际使用状态。v例例10-210-2 木材含水率的变化对其强度的影响如何？木材含水率的变化对其强度的影响如何？v解解v木木材材的的强强度度受受含含水水率

18、率的的影影响响很很大大，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，随随含含水水率率降降低低，即即吸吸附附水水减减少少，细细胞胞壁壁趋趋于于紧紧密密，木木材材强强度度增增大大，反反之之，随随含含水水率率增增大大，即即吸吸附附水水增增多多，细细胞胞壁壁趋趋于于松松散散，木木材材则则强强度度减减小小。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变变化化时，木材强度不改变。时，木材强度不改变。v我我国国木木材材试试验验标标准准规规定定，测测定定木木材材强强度度时时，应应以以其其标标准准含含水水率率（即即含含水水率率为为1515）时时的的强强度度测测值值为为准准，对对

19、于于其其他他含含水水率率时时的的强强度度测测值值，应应换换算算成成标标准准含含水水率时的强度值。率时的强度值。v例例10-310-3 木木材材在在吸吸湿湿或或干干燥燥过过程程中中，体体积积变变化化有何规律？有何规律？v解解v干干燥燥木木材材吸吸湿湿，含含水水率率增增加加，木木材材出出现现湿湿胀胀。当当达达到到纤纤维维饱饱和和点点后后再再继继续续吸吸湿湿，其其体体积积不不变变。湿湿木木材材在在干干燥燥脱脱水水过过程程中中，自自由由水水脱脱出出时时（含含水水率率大大于于纤纤维维饱饱和和点点时时）木木材材不不变变形形。若若继继续续干干燥燥，含含水水率率小小于于纤纤维维饱饱和和点点时时，随随着脱水，木

20、材出现干缩。着脱水，木材出现干缩。v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，随随含含水水率率降降低低，即即吸吸附附水水减减少少，细细胞胞壁壁趋趋于于紧紧密密，木材出现干缩。木材出现干缩。v例例10-410-4影响木材强度的主要因素有哪些？影响木材强度的主要因素有哪些？v解解v影响木材强度的主要因素有：影响木材强度的主要因素有：v（）含含水水率率在在纤纤维维饱饱和和点点之之内内变变化化时时，随随含含水水率率增增加加，木木材材的的强强度度降降低低；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变变化化时，木材强度不变。时，木材强度不变。v（2 2）木材在长期荷载

21、作用下会导致强度降低。）木材在长期荷载作用下会导致强度降低。v（3 3）木材随环境温度升高强度会降低。）木材随环境温度升高强度会降低。v（4 4）木材的疵病致使木材的物理力学性质受到影响。）木材的疵病致使木材的物理力学性质受到影响。v 在在使使用用过过程程中中，受受环环境境湿湿度度变变化化影影响响，木木材材的的含含水水率率随随之之而而变变化化，从从而而引引起起木木材材的的变变形形或或强强度度降降低低。在在外外力力长长期期作作用用下下，只只有有当当其其应应力力远远低低于于强强度度极极限限的的某某一一定定范范围围以以下下时时，才才可可避避免免木木材材因因长长期期负负荷荷而而破破坏坏。这这是是由由于

22、于木木材材在在外外力力作作用用下下产产生生等等速速蠕蠕滑滑，经经过过长长时时间间负负荷荷，最最后达到急剧产生大量连续变形而致。后达到急剧产生大量连续变形而致。v例例10-510-5一一块块松松木木试试件件长长期期置置于于相相对对湿湿度度为为6060、温温度度为为2020的的空空气气中中，其其平平衡衡含含水水率率为为12.8%12.8%，测测得得顺顺纹纹抗抗压压强强度度为为49.449.4，问问此此木材在标准含水率情况下抗压强度为多少？木材在标准含水率情况下抗压强度为多少？v解解v木材在标准含水率情况下抗压强度为：木材在标准含水率情况下抗压强度为：v=49.41+0.05=49.41+0.05（

23、12.8-1212.8-12）v=49.6 MPa=49.6 MPa 式中式中含水率为含水率为1212时的木材强度（）；时的木材强度（）；v W W含水率为（）时的木材强度含水率为（）时的木材强度()；v 试验时的木材含水率（）；试验时的木材含水率（）；v 木材含水率校正系数。木材含水率校正系数。v随作用力和树种不同而异，如顺纹抗压所有树种均为随作用力和树种不同而异，如顺纹抗压所有树种均为 0.050.05；v顺顺纹纹抗抗拉拉时时阔阔叶叶树树为为0.0150.015，针针叶叶树树为为；抗抗弯弯所所有有树树种种为为0.040.04；顺顺纹抗剪所有树种为纹抗剪所有树种为0.030.03。v例例10

24、-610-6试试说说明明木木材材腐腐朽朽的的原原因因。有有哪哪些些方方法法可可以以防防止止木木材材腐腐朽朽？并说明其原理。？并说明其原理。v解解v木木材材腐腐朽朽的的原原因因是是木木材材为为真真菌菌侵侵害害所所致致。真真菌菌中中的的腐腐朽朽菌菌寄寄生生在在木木材材的的细细胞胞壁壁中中，它它能能分分泌泌出出一一种种酵酵素素，把把细细胞胞壁壁物物质质分分解解成成简简单单的的养养分分，供供自自身身摄摄取取生生存存，从从而而致致使使木木材材产产生生腐腐朽朽，并并遭彻底破坏。遭彻底破坏。v真真菌菌在在木木材材中中生生存存和和繁繁殖殖必必须须具具备备三三个个条条件件，即即：适适量量的的水水分分、空空气气（

25、氧氧气气）和和适适宜宜的的温温度度。防防止止木木材材腐腐朽朽的的措措施施主主要要是是抑抑制制和和破破坏坏腐腐朽朽菌菌生生存存和和繁繁殖殖的的条条件件。通通常常防防止止木木材材腐腐朽朽的的措措施施有以下两种：有以下两种：v（1 1）破坏真菌生存的条件）破坏真菌生存的条件v破破坏坏真真菌菌生生存存条条件件最最常常用用的的办办法法是是：使使木木结结构构、木木制制品品和和储储存存的的木木材材处处于于经经常常保保持持通通风风干干燥燥的的状状态态，并并对对木木结结构构和和木木制制品品表表面面进进行行油油漆漆处处理理，油油漆漆涂涂层层既既使使木木材材隔隔绝绝了了空空气气，又又隔隔绝绝了了水水分。分。v（2

26、2）利用化学防腐剂处理，把木材变成有毒的物质。）利用化学防腐剂处理，把木材变成有毒的物质。v将将化化学学防防腐腐剂剂注注入入木木材材中中，使使真真菌菌无无法法寄寄生生。木木材材防防腐腐剂剂有有氯氯化锌、氟化钠、硅氟酸钠、煤焦油、煤沥青等。化锌、氟化钠、硅氟酸钠、煤焦油、煤沥青等。v例例10-710-7 试说明木材燃烧及阻燃机理。试说明木材燃烧及阻燃机理。v解解v木木材材在在热热的的作作用用下下要要发发生生热热分分解解反反应应，随随着着温温度度升升高高，热热分分解解加加快快。当当温温度度高高至至220220以以上上达达木木材材燃燃点点时时，木木材材燃燃烧烧放放出出大大量量可可燃燃气气体体，这这些

27、些可可燃燃气气体体中中有有着着大大量量高高能能量量的的活活化化基基，活活化化基基氧氧化化燃燃烧烧后后继继续续放放出出新新的的活活化化基基，如如此此形形成成一一种种燃燃烧烧链链反反应应，于于是是火火焰焰在在链链状状反反应应中中得得到到迅迅速速传传播播，使使火火越越烧烧越越旺旺。在在实实际际火火灾灾中中，木木材材燃燃烧烧温温度度可可高高达达80080013001300。所所谓谓木木材材的的防防火火，就就是是将将木木材材经经过过具具有有阻阻燃燃性性能能的的化化学学物物质质处处理理后后，变变成成难难燃燃的的材材料料，以以达达到到遇遇小小火火能能自自熄熄，遇遇大大火火能能延延缓缓或或阻阻滞滞燃燃烧烧蔓蔓延延，从而赢得扑救的时间。从而赢得扑救的时间。v阻阻止止和和延延缓缓木木材材燃燃烧烧的的途途径径，主主要要有有：抑抑制制木木材材在在高高温温下下的的热热分分解解；利利用用阻阻燃燃物物质质阻阻滞滞热热传传递递；稀稀释释木木材材燃燃烧烧面面周周围围空空气气中中的的氧氧气气和和热热分分解解产产生生的的可可燃燃气气体体，增增加加隔隔氧作用。氧作用。