土木工程材料-第12章-木材课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十二章 木材,第一节,木材的分类与构造,第二节,木材的物理性质及力学性质,第三节,木材的防腐和防火处理,第四节,木材的主要产品及应用,第十二章 木材第一节 木材的分类与构造,1,第一节 木材的分类与构造,一、木材的分类木材产自木本植物中的乔木，,1.按其,树叶的外观形状,可将木材分为,针叶树材,和,阔叶树材,两大类:,（1）针叶树材材质较软，易于加工，纹理直顺，强度较高，胀缩变形较小，耐腐蚀性强，广泛用做承重构件。,第一节 木材的分类与构造一、木材的分类木材产自木本植物,2,（2）阔叶树材材质较硬，较难加工，易翘曲开裂，通直部分较短，木纹美观，有很好的装饰作用，适于做装饰装修材料。,（2）阔叶树材材质较硬，较难加工，易翘曲开裂，通直部分较,3,一、木材的分类,（2）按,树木生长的状况,分为,外长树木材,和,内长树木材,。,外长树的树干是通过向外生长而逐渐由细变粗的，且成长情况因季节气候的不同而有所不同，所以在横切面上有明显的年轮。,内长树的树干是通过内部木质的充实而逐渐由细变粗的。热带的树木几乎都是内长树。,一、木材的分类（2）按树木生长的状况分为外长树木材和内长树木,4,二、木材的宏观构造,木材的宏观构造是指用肉眼或借助放大镜能观察到的构造特征。由于木材是非均质材料，所以其宏观构造通常从树干的,横切面,（即垂直于树轴的切面）、,径切面,（即通过树轴的纵切面）和,弦切面,（即平行于树轴的切面）三个主要切面来剖析（见图12-1）。,髓心,木质部,树皮,二、木材的宏观构造木材的宏观构造是指用肉眼或借助放大镜能观察,5,二、木材的宏观构造,从横切面可以看到,木材是由树皮、木质部和髓心三部分组成的,。树皮是木材外表面的整个组织，由外皮、软木组织和内皮组成，起保护树木的作用。树皮与髓心之间的部分称为木质部，是木材利用的主要部分。一般,木质部的外层部分颜色较浅，称为边材，而内层颜色较深部分称为心材,，心材较边材的利用价值大。髓心也称树心，是树干中心的松软部分。髓心是木材使用时的缺陷，影响木材的力学强度。,二、木材的宏观构造 从横切面可以看到木材是由树皮、,6,木材还具有以下宏观构造特征：,(1)年轮,树木生长呈周期性，在温带气候一年仅有一度的生长。在同一生长年中，春季生长的部分称为,春材或早材,，由于春天细胞分裂速度快，形成的细胞腔大，且细胞壁薄，所以构成的木质较硫松，颜色较浅；夏秋两季生长的部分称为,夏材或晚材,，由于夏秋两季细胞分裂速度比春季慢，形成的细胞腔小，且细胞壁厚，构成的木质较致密，颜色较深。,在横切面上，可以见到多个围绕髓心、深浅相间的同心环，它们就是一年中形成的春材和夏材构成的,，称为,年轮,。,木材还具有以下宏观构造特征：(1)年轮,7,土木工程材料-第12章-木材课件,8,木材还具有以下宏观构造特征：,(2),木射线,木射线又称为髓线，在横切面上，木射线以髓心为中心，呈放射状分布；从径切面上看，木射线为横向的带条。木射线是由横行的薄壁细胞组成的，其功能为横向传递和储存养分。,(3),树脂道和导管,树脂道是大部分针叶树种所特有的构造。它是由泌脂细胞围绕而成的孔道，富含树脂。在横切面上呈棕色或浅棕色的小点，在纵切面上呈深色的沟漕或浅线条。,导管仅存在于阔叶树中，它是一串纵行细胞复合生成的管状构造，起输送养分的作用。,木材还具有以下宏观构造特征：(2)木射线 木射线又称为,9,三、木材的微观结构,在显微镜下所见到的木材组织称为木材的微观构造。通过显微镜观察可知，木材是由无数纵向排列的管状细胞紧密结合而成的（只有极少数呈横向排列），,每个细胞由细胞壁和细胞腔两部分组成，细胞腔位于细胞中央,。,木材的细胞壁愈厚，细胞腔愈小，则木材愈密实，强度也愈大，但胀缩变形也愈大。,不同树种的构成细胞不同，且细胞的功能也不相同,.,三、木材的微观结构在显微镜下所见到的木材组织称为木材的微观构,10,第二节 木材的物理性质和力学性质,一、木材中的水分及含水率,二、木材与含水量有关的体积变形（湿胀与干缩）,三、木材的强度,四、木材的装饰性,第二节 木材的物理性质和力学性质一、木材中的水分及含水率,11,第二节 木材的物理性质和力学性质,一、木材中的水分及含水率,木材纤维中含有大量的羟基（-OH），有很强的亲水性，容易从周围环境中吸收水分。,木材中的含水量以含水率表示，即木材中所含水的质量占干燥木材质量的百分率。,新伐树木称为生材，其含水率常大于35%，气干状态木材的含水率因地而异，南方约为15,20，北方约为10,15。经干燥窑处理过的木材含水率约在4,12。,第二节 木材的物理性质和力学性质 一、木材中的水分及含,12,1木材中的水分和纤维饱和点含水率,按水存在的形式分为,化学结合水，吸附水和自由水,三类。,化学结合水是指木材化学组织中的结构水,。它在常温下不变化，对木材的性能无影响。,吸附水是指被吸附在细胞壁内细小纤维间的水,。水分进入木材后首先被吸入细胞壁，所以吸附水直接影响木材的强度和体积变化，是影响木材强度和胀缩的主要因素。,自由水是指存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分,。自由水影响木材的表观密度、保存性、抗腐蚀性和燃烧性。,1木材中的水分和纤维饱和点含水率按水存在的形式分为化学结合,13,纤维饱和点含水率,纤维饱和点,:在干燥环境下，木材首先蒸发的是自由水，当自由水蒸发完后，吸附水开始蒸发。当自由水蒸发完毕而吸附水尚处于饱和时的状态，称为纤维饱和点。,纤维饱和点含水率,:达到纤维饱和点时的木材含水率称为纤维饱和点含水率，其值通常介于2333。它是木材许多性质受含水率影响而发生变化的转折点。,在纤维饱和点之上，含水率变化是自由水含量的变化，木材强度和体积的变化甚微；在纤维饱和点之下，含水率变化是吸附水含量的变化，木材强度和体积将随含水率的变化而发生较大的变化。,纤维饱和点含水率 纤维饱和点:在干燥环境下，木材首先蒸发的是,14,2木材的平衡含水率,木材的含水率与所处环境的温度和相对湿度有关，当木材长时间处于一定温度和相对湿度的空气中时，其水分的蒸发和吸收会逐渐达到动态平衡状态，此时的含水率相对稳定，称为,平衡含水率,。木材平衡含水率随周围空气的温度和相对湿度而变化(见图12-3)。,2木材的平衡含水率木材的含水率与所处环境的温度和相对湿度有,15,二、木材与含水量有关的体积 变形（湿胀与干缩）,木材在纤维饱和点以下干燥时，随着含水率的降低，吸附水减少，细胞壁的厚度减小，因而细胞外表尺寸缩减，这种现象称为“,木材干缩,”。反之，干燥木材吸湿时将发生体积膨胀，直到含水量达到纤维饱和点时为止。,木材的细胞壁愈厚，则胀缩变形就愈大,。所以表观密度大、夏材含量多的木材会发生较大的胀缩变形。,由于木材的构造具有不均匀性，所以在相同条件下，同一木材中不同方向、不同部位的胀缩数值不同，,边材的胀缩大于心材,。一般新伐木材经过完全干燥后，弦向收缩率为612，径向收缩率为36，纵向收缩率为0.10.3，体积收缩率为914，即,弦向最大，径向次之，纵向最小，弦向收缩与径向收缩比率通常为21,。,二、木材与含水量有关的体积 变形（湿胀与干缩）,16,由于复杂的构造原因，木树干燥时其横截面的不同部位也会发生不同的变形（见图12-4），所以不均匀干缩会使板材发生翘曲(包括顺弯、横弯、翘弯)和扭弯等变形(见图12-5)。,由于复杂的构造原因，木树干燥时其横截面的不同部位也会发生不同,17,木材湿胀干缩特性对其实际使用具有显著的影响。,干缩会使木材翘曲开裂、接榫松弛、拼缝不严，湿胀则造成凸起,。这些变形将影响结构的性能。因此为了避免湿胀干缩，在木材加工制作前必须预先进行干燥处理，使木材的含水率达到与其使用环境温湿度相适应的平衡含水率，通常比使用地区平衡含水率低2,3。,木材湿胀干缩特性对其实际使用具有显著的影响。干缩会使木材翘曲,18,三、木材的强度,1木材的各种强度,由于木材构造的各向异性，所以木材在力学性质上具有明显的各向异性特点。木材的强度与外力性质、受力方向以及纤维排列的方向（顺纹和横纹）有关。,木材所受的外力主要有拉力、压力、弯曲和剪切力。,表12-2 木材各强度之间的比例关系,抗压强度,抗拉强度,抗弯强度,抗剪强度,顺纹,横纹,顺纹,横纹,顺纹,横纹,1,1/101/3,23,1/201/3,1.52,1/71/3,1/21,三、木材的强度 1木材的各种强度抗压强度抗拉强度抗弯强度,19,2木材的强度等级,按,无疵标准试件,的,弦向静曲强度,来评定木材的强度等级(见表12-3)。木材强度等级,代号中的数值为木结构设计时的强度设计值,。因为木材实际强度会受到各种因素的影响，所以设计值要比试件的实际强度值低数倍，,表12-3 木材强度等级评定标准,木材种类:针叶树材 阔叶树材,强度等级:,TC11 TC13 TC15 TC17 TB11 TB13 TB15 TB17 TB20,静曲强度,最低值（MPa）18 54 60 74 58 68 81 92 104,2木材的强度等级,20,3影响木材强度的主要因素,(1)含水率,在纤维饱和点以下时，木材的含水率对其强度影响很大(见图12-7)。随着含水率的减小，木材强度增加，其中抗弯和顺纹抗压强度提高较明显，而顺纹抗拉强度的变化最小。在纤维饱和点以上，强度基本为一恒定值。为了正确评定木材的强度和比较试验结果，应根据木材实测含水率将强度换算成标准含水率(12的含水率)时的强度值，,3影响木材强度的主要因素 (1)含水率,21,3影响木材强度的主要因素,（2）荷载作用时间,由于木材在外力作用下会产生塑性流变，使木材的强度随荷载作用时间的增长而降低（见图12-8），所以木材受到长期荷载作用后的强度比其极限强度小得多，一般为极限强度的50%60%。通常将木材在,长期荷载作用下破坏时所能承受的最大应力,，,称为木材的,持久强度,。木材在长期外力作用下，只有外加应力远小于极限强度的某一范围时，才能避免木材因长期负荷而破坏。因此，在,木结构设计时，一般以持久强度作为设计依据,。,3影响木材强度的主要因素（2）荷载作用时间,22,3影响木材强度的主要因素,(3)环境温度,木材的强度会随环境温度的升高而降低,。研究表明，温度从25升至50时，将因木纤维和木纤维间胶体的软化等原因，使木材抗压强度降低2040，抗拉和抗剪强度下降1220。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，使强度下降，变形增大。温度超过140时，木材中的纤维素发生热裂解，颜色逐渐变黑，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,。在木材加工中，常通过蒸煮的方法来暂时降低木材的强度，以满足某种加工的需要(如胶合板的生产)。,3影响木材强度的主要因素(3)环境温度,23,3影响木材强度的主要因素,(4)缺陷,木材在生长、采伐、加工和使用过程中往往会产生一些缺陷（如木节、裂纹和虫蛀等），这些缺陷影响木材材质的均匀性，破坏木材的构造，从而使木材的强度降低。缺陷对抗拉强度和抗弯强度的影响最为显著。,3影响木材强度的主要因素(4)缺陷,24,四、木材的装饰性,过去，木材是重要的结构用材，现在则因其具有很好的装饰性，主要用于室内装饰和装修。,木材的装饰性体现在木材的颜色、光泽、纹理、花纹和结构等方面,。,木材的装饰性并不仅仅取决于某单个因素，而是由颜色、结构、纹理、图案、斑纹、光泽等综合效果及其持久性所决定的。,四、木材的装饰性过去，木材是重要的结构用材，现在则因其具有很,25,第三节 木材的防腐和防火处理,一、木材的腐朽与防腐,1腐朽,木材的腐朽是由霉菌、变色菌和木腐菌等真菌侵蚀引起的,。霉菌一般只寄生在木材表面，并不破坏细胞壁，变色菌多寄生于边材，它们对木材力学性质的影响不大，只会使木材变色，影响其外观质量。,木腐菌侵入木材,，分泌酶把木材细胞壁物质分解成其可以吸收的、供自身生长发育的养料。在侵蚀初期，木材仅颜色改变，随着真菌逐渐深入内部，木材强度开始下降；在侵蚀后期，木材呈海绵状、蜂窝状或龟裂状等，不仅颜色变化很大，而且材质变得极其松软，甚至可用手捏碎，木材完全腐朽。,第三节 木材的防腐和防火处理 一、木材的腐朽与防腐,26,1腐朽,木材除受到腐朽菌的破坏之外，还会遭受昆虫的侵蚀，如白蚁、天牛和蠧虫，它们在树皮内或木质部内产卵，孵化成幼虫，蛀蚀木材。往往木材内部已被蛀蚀一空，而外表依然完整，几乎看不出破坏的痕迹，因此危害极大。,1腐朽木材除受到腐朽菌的破坏之外，还会遭受昆虫的侵蚀，如白,27,2防腐措施,常用的木材防腐措施主要有物理处理和化学处理两种方式。,物理处理方式最常用的方法是干燥处理和涂料覆盖处理。,化学处理是将化学防腐剂或防虫剂注入木材中，使其成为对真菌和昆虫有毒害作用的物质，从而使真菌和昆虫无法寄生。,2防腐措施 常用的木材防腐措施主要有物理处理和化学处理两种,28,二、防火,木材具有可燃性，燃烧后的木材将完全失去其原有的使用性质。,木材的防火是采用具有阻燃性的化学物质对木材进行处理,，使其遇小火时能自熄，遇大火时能推迟木材的引燃过程，降低火焰在木材上蔓延的速度，延缓火焰破坏木材的速度，从而给灭火或逃生提供时间。木材防火处理的方法主要有,表面处理法和溶液浸注法,两类。,二、防火 木材具有可燃性，燃烧后的木材将完全失去其原有的使用,29,第四节 木材的主要产品及应用,一、木材初级产品及其用途,分 类,说 明,用 途,圆,材,原 条,立木伐倒后、只打去枝桠和截,去树梢，而不再锯截分段的整,个树干,房屋桁条、脚手杆架、船舶、车辆、建,筑结构料，支柱，支架,原 木,任何树种的伐倒树干、原条或,粗枝，按照材种规格要求所截,成的木段,高级建筑装修、装饰；直接作支柱，如,坑木；支架，如房屋建筑檩条用料。,锯,材,板材（宽度为,厚度的3倍或3,倍以上）,薄板：厚度1221mm,门芯板、隔断、木装修等,中板：厚度2530mm,屋面板、装修、地板等,厚板：厚度4060mm,门窗,方材（宽度小,于厚度的3倍）,小方：截面积54cm,2,以下,椽条、隔断木筋、吊顶搁栅,中方：截面积55100cm,2,支撑、搁栅、扶手、檩条,大方：截面积101225cm,2,屋架、檩条,特大方：截面积226cm,2,以上,木或钢木屋架,第四节 木材的主要产品及应用一、木材初级产品及其用途分,30,土木工程材料-第12章-木材课件,31,土木工程材料-第12章-木材课件,32,土木工程材料-第12章-木材课件,33,二、人造板材,1.,单片板,单片板是将木材蒸煮软化，经旋切、刨切或锯割成的厚度均匀的薄木片，用以制造胶合板、装饰贴面或复合板贴面等。由于单板很薄，一般不能单独使用，被认为是半成品材料。,二、人造板材1.单片板,34,二、人造板材,2.,细木工板,细木工板又称大芯板，是中间为木条拼接，两个表面胶粘一层或二层单片板而成的实心板材。由于中间为木条拼接有缝隙，因此可降低因木材变形而造成的影响。细木工板具有较高的硬度和强度，质轻、耐久、易加工，适用于家具制造、建筑装饰、装修工程中，是一种极有发展前景的新型木型材。,二、人造板材2.细木工板,35,二、人造板材,细木工板按其结构可分为芯板条不胶拼和胶拼两种；按其表面加工状况可分为一面砂光细木工板、两面砂光细木工板、不砂光细木工板；按使用的胶合剂不同可分为I类细木工板、类细木工板；按材质和加工工艺质量可分为一、二、三等。,细木工板要求排列紧密、无空洞和缝隙，选用软质木料，以保证有足够的持钉力，且便于加工。细木工板尺寸规格见表12-7。,二、人造板材细木工板按其结构可分为芯板条不胶拼和胶拼两种；按,36,二、人造板材,3.胶合板,胶合板又称为层压板，它是由一组单片板按相邻层木纹方向互相垂直叠放组坯，用胶粘剂胶合后经热压而成的板材，通常按奇数层组合，并以层数取名，如三夹板、五夹板和七夹板等，最高层数可达15层。图l2-9是胶合板构造的示意图。胶合板多数为平板，也可经一次或几次弯曲处理制成曲形胶合板。胶合板的分类、性能及应用见表12-10。,二、人造板材3.胶合板,37,二、人造板材,4.纤维板,纤维板是用木材废料制成木浆，再经施胶、热压成型、干燥等工序而制成的板材。纤维板具有构造均匀、无木材缺陷、胀缩性小、不易开裂和翘曲等优良特性。若在浆料里施加或在湿板坯表面喷徐耐火剂或防腐剂，制成的纤维板还具有耐燃性和耐腐性。纤维板能使木材的利用率达到90%以上。,二、人造板材4.纤维板,38,二、人造板材,成型时的温度和压力不同，纤维板的密度就不同，按其密度大小分为,硬质纤维板、中密度纤维板和软质纤维板,。,硬质纤维板密度大、强度高，主要用于代替木材制作壁板、门板、地板、家具和室内装修等。中密度纤维板主要用于家具制造和室内装修。软质纤维板密度小、吸声性能和绝热性能好，可作为吸声或绝热材料使用。,二、人造板材成型时的温度和压力不同，纤维板的密度就不同，按其,39,二、人造板材,5.刨花板、木丝板和木屑板,刨花板、木丝板和木屑板是利用刨花碎片或短小废料刨制的木丝和木屑，经干燥、拌合胶料、热压成型等工序而制成的板材。所用胶料可为有机材料（如动物胶、合成树脂等）或无机材料（如水泥、石膏和菱苦土等）。采用无机胶料时，板材的耐火性可显著提高。,这类板材表观密度较小、强度较低，主要作为绝热和吸声材料，表面喷以彩色涂料后，可以用于天花板等。其中热压树脂刨花板和木丝板，在其表面可粘贴装饰单板或胶合板做饰面层，使其表现密度和强度提高，且具有装饰性，可用于制作隔墙、吊顶、家具等。,二、人造板材5.刨花板、木丝板和木屑板,40,二、人造板材,6.重组装饰材,重组装饰材俗称,科技木,，是以人工林速生材或普通木材为原料，在不改变木材天然特性和物理结构的前提下，,采用仿生学原理和计算机设计技术，对木材进行调色、配色、胶压层积、整修、模压成型后制成的一种性能更加优越的全木质的新型装饰材料,。,科技木可仿真天然珍贵树种的纹理，并保留了木材隔热、绝缘、调湿、调温的自然属性。科技木原材料取材广泛，只要木质易于加工，材色较浅即可，可以多种木材搭配使用，大多数人工林树种完全符合要求。,二、人造板材6.重组装饰材,41,土木工程材料-第12章-木材课件,42,三、木材装饰制品,（1）木质地板,木质地板具有纹理美观、导热系数小、弹性好、耐磨、脚感舒适、易于清洁和保养，主要用于室内地面及门窗格芯装饰。,（2）木线条,木线条用机械加工而成，它光滑挺直，通过棱线和弧面的变化可产生各种装饰效果。在室内装饰中，木线条主要用于室内空间的立体勾勒装饰和各种交接面的封边藏拙。,（3）木雕,木雕用作建筑装饰在我国已有数千年的历史，通常在内外檐下、门窗、屏罩、吊顶等显眼部位的非承重构件施以雕饰。对一些木构件的端部如梁头和枋尾进行雕饰处理，既藏拙又增美。,木雕的题材很广泛，有几何图形、福禄寿喜富贵荣华等文字、花卉、飞禽走兽以及传说、戏剧中的情景、人物等。,三、木材装饰制品（1）木质地板,43,