第8章 木材
本章学习指导
    本章共3个知识点。本章学习目标是一般性了解木材物理力学性能及其应用。重点是木材物理力学性能及其对土木工程应用的影响。难点是木材的湿胀干缩性与防腐。                                                                                                       
历史的启迪
    应县木塔建于辽清宁二年（公元１０５６年），至今已有近千年，是我国现存最高最古的一座木结构塔式建筑。应县木塔之所以千年不倒，除精巧的结构和当地易于木材保存的独特气候外，对建筑材料的精心选择也是一个关键。
    学习本章，就能更深刻地 了解木材的性能及应用。
应县木塔千年不倒之谜
基础知识
8.1 木材的分类与构造
8.1.2 木材的结构
8.1.1 木材的分类
8.1.1 木材的分类
    木材产自木本植物中的乔木，分为针叶树和阔叶树两大类。大部分针叶树纹理直、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。大部分阔叶树质密、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。
8.1.2 木材的结构
1. 木材的宏观构造
2. 木材的微观构造
    从木材三个不同切面观察木材的宏观构造可以看出（右图），树干由树皮、木质部、髓心组成。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。在髓心周围部分，材色较深，水分较少，称为心材。
1. 木材的宏观构造
2. 木材的微观构造
    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。针叶树显微构造简单而规则，其木射线一般较细且在肉眼下不可见，年轮界明显，早、晚材区别明显。阔叶树的显微构造较复杂，其细胞主要有导管、木纤维、木射线和轴向薄壁组织等。
观察与讨论
8.1 木材的分类与构造
两种木材的结构与用途
    请观察图A和图B所示的A、B两种木材的纹理，何为针叶树？何为阔叶树？并请讨论它们的用途。
两种木材的结构与用途
    A木属针叶树，纹理顺直，材质均匀，且其通直高大，易得大材，木质较软且易加工，胀缩变形较小，在土木工程中可作承重构件。B木属阔叶树，纹理图案较多，材质坚硬，通直部分较短，强度高，胀缩变形较大，宜作小尺寸的装修、装修构件或家具。
工程实例分析
8.1 木材的分类与构造
客厅木地板的选用
    某客厅采用白松实木地板装修，使用一段时间后多处磨损。
客厅木地板的选用
    白松属针叶树材，木质软，硬度低。虽受潮后不易变形，但用于走动频繁的客厅则不妥。可考虑改用质量好的复合木地板，其板面坚硬耐磨，可防高跟鞋、家具的重压、磨刮。
8.2 木材的性能及应用
8.2.2 木材及其制品的应用
8.2.1 木材的性能
基础知识
8.2.1 木材的性能
1. 密度
2. 含水率
3. 湿胀干缩性
4. 强度
1. 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 1.50～1.56 g／cm3，各材种之间相差不大，实际计算和使用中常取1.53 g/cm3。  
2. 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。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、吸附水和化学结合水。
    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。
3. 湿胀干缩性
    木材具有显著的湿胀干缩性。木材含水率在纤维饱和点以下时吸湿具有明显的膨胀变形现象，解吸时具有明显的收缩变形现象。
    木材具有各向异性，各个方向的干缩率不同。木材弦向干缩率最大。木材在干燥的过程中会产生变形、翘曲和开裂等现象，木材的干缩湿胀变形还随树种不同而异。
4. 强度
    工程上常利用木材以下几种强度：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％。　
    木材强度的影响因素主要有含水率、环境温度、负荷时间、表观密度、疵病等。
观察与讨论
8.2.1 木材的性能
木材的干缩变形
    观察湿木材不同位置的干缩变形情况，讨论产生干缩变形的原因。木材为非匀质构造，边材干缩大于心材。
工程实例分析
8.2.1 木材的性能
木地板拼缝不严
    某住宅4月份雨季时铺地板，完工后尚满意。但半年后发现部分木地板拼缝不严。
木地板拼缝不严
    雨季时木板的含水率较高，至秋季木板干缩，而其干缩程度随方向有明显差别，故会出现部分木板拼缝不严。此外，若芯材向下，裂缝就更为明显。
基础知识
8.2.2 木材及其制品的应用
    木材，按供应形式可分为原条、原木、板材和方材。原条是指已经除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定尺寸加工成规定木料。原木是原条按一定尺寸加工而成的规定直径和长度的木料，可直接在建筑中作木桩、格栅、楼梯和木柱等。板材和方材是原木经锯解加工而成的木材，宽度为厚度的3倍和3倍以上的为板材，宽度不足厚度的3倍者为枋材。  
1. 胶合板
2. 胶合木
3. 刨花板
4. 木屑板、木丝板、水泥木屑板
1. 胶合板
    胶合板是将一组单板按相邻层木纹方向互相垂直组坯胶合而成的板材。
2. 胶合木
    用较厚的零碎木板胶合成大型木构件，称为胶合木。胶合木可以使小材大用，短材长用，并可使优劣不等的木材放在要求不同的部位，也可克服木材缺陷的影响。可用于承重结构。
3. 刨花板
    刨花板是利用施加或未施加胶料的木质刨花或木质纤维材料（如木片、锯屑和亚麻等）压制的板材。
4. 木屑板、木丝板、水泥木屑板
    利用木材加工的木屑、木丝、刨花拌以粘结剂压制而成。用于保温绝热和吸音。
观察与讨论
8.2.2 木材及其制品的应用
胶合板构造与木材性能
    请观察胶合板的构造。讨论此对改善木材的性能有何好处。
胶合板构造与木材性能
    胶合板是由一组单板按相邻层木纹方向互相垂直组坯经垫压胶合而成的板材。它有如下特点：消除木材各向异性的缺点，避免板的翘曲，材质更均匀，强度更高。可将优质木材和劣质木材内外搭配使用，利用纹理美观的优质材作面板，普通材作芯板，增加装饰木材的出产率。能使外层板避免木节和裂缝等缺陷。用小直径的原木可制成宽幅的板。胶合板可用作搁板、地板、天花板、护壁板、家具等，耐水胶合板可用作混凝土的模板。
工程实例分析
8.2.2 木材及其制品的应用
对胶合板等装饰材料含超标有害物质的思考
  《室内装饰装修材料有害物质限量》10项强制性国家标准已于2002年正式实施。规定从2002年7月起市场上禁止出售不符合标准限量要求的产品。这10项标准涉及了人造板、内墙涂料、溶剂型木器涂料、胶粘剂、聚氯乙烯卷材地板等多种建筑材料。
    然而有关的检测人员于2002年下半年进行检查，发现问题仍相当严重。浙江省林产品质
量检测站检测人员在一次专项检查中发现，还有40％的人造板甲醛超标。
基础知识
8.3 木材的防护与防火
8.3.1 木材的腐朽与防腐
8.3.2 木材的防虫
8.3.3 木材的防火
8.3.1 木材的腐朽与防腐
1. 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，必须同时具备四个条件： ①适宜的温度；②木材含水率适当；③有足够的空气；④适当的养料。
2. 木材的防腐
    根据木材产生腐朽的原因，木材防腐有两种方法：一种是创造条件，控制温度、含水率和隔绝空气，使木材不适于真菌的寄生和繁殖；另一种方法是在木材中加入一些物质，使其不能作真菌的养料。
8.3.2 木材的防虫
    木材除受真菌侵蚀而腐朽外，还会遭受昆虫的蛀蚀。常见的蛀虫有白蚁、天牛等。
    木材虫蛀的防护方法，主要是采用化学药剂处理。木材防腐剂也能防止昆虫的危害。
8.3.3 木材的防火
    一般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。　
观察与讨论
8.3 木材的防护与防火
木材的腐朽
    下图是水中木桩腐朽最严重的一段，它发生在水面上与水交界的部位。请分析原因。
被腐蚀的木桩
    木材的腐朽是真菌在木材中寄生引起的。真菌是一种低等植物，可分为破坏性真菌和非破坏性真菌。非破坏性真菌主要以边材细胞中的淀粉、糖类为食，细胞壁并不会被削弱。破坏性真菌分解细胞壁的成分作为养分，造成木材的腐朽败坏。
    真菌在木材中生存和繁殖，必须同时具备四个条件： ①适宜的温度；②木材含水率适当；③有足够的空气；④适当的养料。真菌生长最适宜含水率在木材纤维饱和点左右。木材远离水面部分的含水率低于20％，真菌难于生长；在水下，含水率过大，空气难于流通，真菌得不到足够的氧或排不出废气，也难于生长。只有在水面上部位的木材的含水率适合真菌的生长，造成木材的腐朽。
木材的腐朽
工程实例分析
8.3 木材的防护与防火
木地板腐蚀原因分析
    某邮电调度楼设备用房于7楼现浇钢筋混凝土楼板上，铺炉渣混凝土50 mm，再铺木地板。完工后设备未及时进场，门窗关闭了1年，当设备进场时，发现木板大部分腐蚀，人踩即断裂。
木地板腐蚀原因分析
    炉渣混凝土中的水分封闭于木地板内部，慢慢浸透到未做防腐、防潮处理的木格栅和木地板中，门窗关闭使木材含水率较高，此环境条件正好适合真菌的生长，导致木材腐蚀。

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木材,真菌,含水率,构造