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第九章 木材 第九章 木 材 教学目的与要求： 了解木材在建筑上的应用； 了解木材构造的基本知识； 掌握木材的物质性质和力学性质，木材的构造和含水量对性质的影响； 掌握木材分等的方法； 掌握木材防腐的方法及木材的综合利用； 难点与重点： 木材的物理性质、力学性质及木材的综合利用； 概 述 本章简要介绍了木材的分类及木材的宏观构造和微观构造。详细地论述了木材的物理性质和力学性质。应深刻领会木材的各向异性、湿胀干缩性、含水率对木材性质的影响，影响木材强度大小的因素等。此外，还应了解木材在建筑工程中的主要用途及木材的综合利用途径，木材的腐朽原理及防腐途径。 木材是用途十分广泛的建筑材料，在建筑工程中：门窗、屋架、梁、柱、模板、隔墙、脚手架等，都使用木材。 在现代建筑中，木材主要用于室内装饰和装修等。 9.1 木材的分类及构造 　木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类，见表9.1。建筑中应用最多的是针叶树。 　　木材的构造是决定木材性质的主要因素。一般对木材的研究可以从宏观和微观两方面进行。 　　用肉眼或低倍放大镜所看到的木材组织称为宏观构造。为便于了解木材的构造，将树木切成3个不同的切面，如图9.1所示。 　　横切面——垂直于树轴的切面； 　　径切面——通过树轴的切面； 　　弦切面——和树轴平行与年轮相切的切面。 　　在宏观下，树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。而木材主要使用木质部。 (1)边材、心材 　　在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材。心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强；外面部分颜色较浅，称为边材。边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如心材 (2)年轮、春材、夏材 　　横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为年轮。年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材(早材)；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，称为夏材(晚材)。每一年轮内就是树木一年的生长部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。 9.2 木材的主要性质 (1)木材中的水分 　　自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分 　　吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分 　　结合水：形成细胞化学成分的化合水 (2)木材的纤维饱和点 　　木材受潮时，首先形成吸附水，吸附水饱和后，多余的水成为自由水；木材干燥时，首先失去自由水，然后才失去吸附水。 当吸附水处于饱和状态而无自由水存在时，此时对应的含水率称为木材的纤维饱和点。 　纤维饱和点随树种而异，一般25%~35%，平均为30%。木材的纤维饱和点是木材物理、力学性质的转折点。 (3)木材的平衡含水率 　　木材的含水率是随着环境温度和湿度的变化而改变的。当木材长期处于一定温度和湿度下，其含水率趋于一个定值，表明木材表面的蒸气压与周围空气的压力达到平衡，此时的含水率称为平衡含水率。 　　它与周围空气的温度、相对湿度的关系如图9.4所示。根据周围空气的温度和相对湿度可求出木材的平衡含水率。 1、密度　　不同树种的密度相差不大，平均约为1.55g/cm3。 2、表观密度 木材表观密度的大小随木材的孔隙率、含水量以及其他一些因素的变化而不同。因此确定木材的表观密度时，应在含水率为标准含水率情况下进行。 　　当以木材的顺纹抗压强度为1时，木材理论上各强度大小关系见表9.2。 (1)含水率 　　当含水率在纤维饱和点以上变化时，仅仅是自由水的增减，对木材强度没有影响；当含水率在纤维饱和点以下变化时，随含水率的降低，细胞壁趋于紧密，木材强度增加。如图9.7所示。 　　我国木材试验标准规定，以标准含水率(即含水率15%)时的强度为标准值，其他含水率时的强度，可按下式换算成标准含水率时的强度。 (2)负荷时间的影响 　　木材在长期荷载作用下，只有当其应力远低于强度极限的某一范围时，才可避免木材因长期负荷而破坏。 　　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50%~60%，如图9.8所示。 (3)环境温度 　　温度对木材强度有直接影响。当温度由25℃升至50℃时，将因木纤维和其间的胶体软化等原因，使木材抗压强度降低20%~24%，抗拉和抗剪强度降低10%~15%；当温度在100℃以上时，木材中部分组织会分解、挥发，木材变黑，强度明显下降。因此，长期处于高温环境下的建筑物不宜采用木结构。 (4)木材的缺陷 　①节子 节子能提高横纹抗压和顺纹抗剪强度。 　②木材受腐朽菌侵