本節(jié)主要介紹木材的分類(lèi)、構(gòu)造及物理力學(xué)性質(zhì),簡(jiǎn)要介紹木材的應(yīng)用。通過(guò)學(xué)習(xí)了解木材的特點(diǎn)。

　　一、木材的分類(lèi)及構(gòu)造

　　(一)木材的分類(lèi)

　　木材可以按樹(shù)木成長(zhǎng)的狀況分為外長(zhǎng)樹(shù)木材和內(nèi)長(zhǎng)樹(shù)木材。外長(zhǎng)樹(shù)形成年輪;內(nèi)長(zhǎng)樹(shù)則無(wú),熱帶地區(qū)木材幾乎全為內(nèi)長(zhǎng)樹(shù)木材。

　　由樹(shù)葉的外觀形狀可將木材分為針葉樹(shù)木材和闊葉樹(shù)木材。針葉樹(shù)樹(shù)干通直高大,木質(zhì)較軟,又稱(chēng)軟木,在工程中廣泛用作承重構(gòu)件。常用樹(shù)種有松木、杉木、柏木等。闊葉樹(shù)樹(shù)干通直部分較短,材質(zhì)較硬,又稱(chēng)硬木,常用作尺寸較小的構(gòu)件及裝修材料。常用樹(shù)種有榆木、作木、水曲柳等。

　　按木材的用途和加工的不同,可以分為原條、原木、普通鋸材和枕木四類(lèi)。

　　(二)木材的構(gòu)造

　　木材的性質(zhì)主要由木材的構(gòu)造所決定,木材的構(gòu)造分為宏觀構(gòu)造和微觀構(gòu)造。

　　1.木材的宏觀構(gòu)造

　　將木材切成3個(gè)切面,即橫切面、徑切面、弦切面。

　　從弦切面上可以看到,樹(shù)木是由髓心、木質(zhì)部和樹(shù)皮等部分組成。髓心部分強(qiáng)度低,易腐朽,一般不用,重要的木構(gòu)件都要避開(kāi)髓心。從髓心向外的輻射線(xiàn)稱(chēng)為髓線(xiàn),木材干燥時(shí)易沿髓線(xiàn)開(kāi)裂。木質(zhì)部是木材使用的主要部分�？拷鼧�(shù)中心顏色較深的部分稱(chēng)為心材;靠近邊緣顏色較淺的部分稱(chēng)為邊材。心材比邊材含水率低,變形小,抗蝕性好。樹(shù)皮一般無(wú)大的用處,可用作造紙?jiān)�料�?/p>

　　從橫切面上可看到木質(zhì)部具有深淺相同的同心圓環(huán),即為年輪。同一年輪內(nèi),色淺而質(zhì)松的部分是春季生長(zhǎng)的,稱(chēng)春材;色深而質(zhì)密的部分是夏秋季生長(zhǎng)的,稱(chēng)為夏材。同一樹(shù)種,年輪越密越均勻,木質(zhì)越好,夏材部分越多,木材強(qiáng)度越高。從弦切面可看到木材的紋理,體現(xiàn)除木材的裝飾性。

　　2.木材的微觀構(gòu)造

　　微觀構(gòu)造是從顯微鏡下觀察到的木材組織。在顯微鏡下可觀察到木材是由無(wú)數(shù)管狀空腔細(xì)胞緊密結(jié)合而成,絕大部分管狀細(xì)胞縱向排列,少數(shù)橫向排列(如髓線(xiàn))。每個(gè)細(xì)胞由細(xì)胞壁和細(xì)胞腔組成。與春材相比,夏材的細(xì)胞壁較厚,細(xì)胞腔較小,所以夏材的構(gòu)造比春材密實(shí)。
　　二、木材的物理力學(xué)性質(zhì)

　　(一)密度與表觀密度

　　木材的密度各樹(shù)種相差不大,一般在1.48-1.56g/cm3之間。木材的表觀密度則隨木材孔隙率、含水量及其他一些因素的變化而不同,一般有氣干表觀密度、絕干表觀密度和飽水表觀密度之分。木材的表觀密度越大,其濕脹干縮率也越大。處于氣干狀態(tài)下的木材表觀密度平均約為500kg/m3。

　　(二)含水率和吸濕性

　　木材的含水率是指木材所含水的質(zhì)量占干燥木材質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。含水率的大小對(duì)木材的濕脹干縮性和強(qiáng)度影響很大。新伐木材的含水率常在35%以上;風(fēng)干木材的含水率為15%-25%;室內(nèi)干燥木材的含水率為8%-15%。

　　木材中所含水分可分為自由水、吸附水和結(jié)合水三種。自由水的變化只影響木材的表觀密度、燃燒性和抗腐蝕性,而吸附水的變化是影響木材強(qiáng)度和脹縮變形的主要因素,結(jié)合水在常溫下不發(fā)生變化,對(duì)木材性質(zhì)元影響。當(dāng)木材中無(wú)自由水,而細(xì)胞壁內(nèi)充滿(mǎn)吸附水并達(dá)到飽和時(shí)的含水率稱(chēng)為纖維飽和點(diǎn)。纖維飽和點(diǎn)是木材物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn),其值隨樹(shù)種不同而異,通常介于25%-35%之間,平均值約為30%。木材的吸濕性是雙向的,其含水率隨環(huán)境溫度和濕度而變化。當(dāng)木材長(zhǎng)時(shí)間處于一定溫度和濕度的環(huán)境中時(shí),其含水率會(huì)趨于穩(wěn)定,此時(shí)的含水率稱(chēng)為木材的平衡含水率。

　　(三)濕脹與干縮變形

　　木材的纖維細(xì)胞組織構(gòu)造使木材具有顯著的濕脹干縮變形特性。木材發(fā)生濕脹干縮變形的規(guī)律是:當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí),隨著含水率的增大,木材體積產(chǎn)生膨脹;相反亦然。而當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí),只是自由水增加,而木材的質(zhì)量,體積不發(fā)生改變。

　　同一木材中,弦向脹縮變形最大,徑向次之,縱向最小。

　　為避免脹縮對(duì)木材的不利影響,通常在加工前將木材進(jìn)行干燥處理,使其含水率達(dá)到與其使用環(huán)境相適應(yīng)的平衡含水率。
　　(四)木材的強(qiáng)度及其影響因素

　　由于木材是各向異性材料,因而其強(qiáng)度有順紋和橫紋之分。

　　1.抗壓強(qiáng)度

　　木材的順紋抗壓強(qiáng)度是指壓力作用方向與木材纖維方向平行時(shí)的強(qiáng)度;橫紋抗壓強(qiáng)度是指壓力作用方向與木材纖維垂直時(shí)的強(qiáng)度。順紋抗壓強(qiáng)度大大高于橫紋抗壓強(qiáng)度。

　　2.抗拉強(qiáng)度

　　順紋抗拉強(qiáng)度是指拉力方向與木材纖維方向一致時(shí)的強(qiáng)度,也是木材所有強(qiáng)度中最高的。木材橫紋抗拉強(qiáng)度很低,工程中一般只利用木材的順紋抗拉強(qiáng)度。

　　3.抗彎強(qiáng)度

　　木材受彎破壞時(shí),首先是受壓區(qū)達(dá)到強(qiáng)度極限,產(chǎn)生較大變形,但構(gòu)件仍能繼續(xù)承載,隨后抗拉區(qū)也達(dá)到強(qiáng)度極限,纖維間的連接被撕裂及纖維的斷裂導(dǎo)致最終破壞。

　　4.抗剪強(qiáng)度

　　木材受剪時(shí)分為順紋剪切、橫紋剪切和橫紋切斷三種。其中橫紋切斷強(qiáng)度最高,順紋剪切強(qiáng)度次之,橫紋剪切強(qiáng)度最低。

　　以木材的順紋抗壓強(qiáng)度為1,木材各種強(qiáng)度之間的比例關(guān)系如表1-45所示。

　　5.影響木材強(qiáng)度的主要因素

　　(1)含水量

　　木材強(qiáng)度受含水量影響很大。當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí),隨含水率降低,木材強(qiáng)度提高;反之,強(qiáng)度降低。當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上變化時(shí),強(qiáng)度不變。為便于比較,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《木材物理力學(xué)試驗(yàn)方法》(GB1927~1943-91)規(guī)定測(cè)定木材強(qiáng)度以含水率12%時(shí)的強(qiáng)度測(cè)定值作為標(biāo)準(zhǔn),其他含水率下的強(qiáng)度可按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率時(shí)的強(qiáng)度。

　　σ12=σw[l十a(chǎn)(w-12)](1-45)

　　式中σ12——含水率為12%時(shí)的木材強(qiáng)度;

　　σw一一含水率為w%時(shí)的木材強(qiáng)度;

　　w——試驗(yàn)時(shí)木材含水率;

　　α一一一木材含水率校正系數(shù)。

　　α隨作用力和樹(shù)種的不同而不同,如順紋抗壓所有樹(shù)種均為0.05;順紋抗拉時(shí)闊葉樹(shù)為0.015,針葉樹(shù)為0;抗彎所有樹(shù)種為0.04;順紋抗剪所有樹(shù)種為0.03。

　　(2)負(fù)荷時(shí)間

　　木材在長(zhǎng)期荷載作用下不致引起破壞的最高強(qiáng)度稱(chēng)為持久強(qiáng)度。木材的持久強(qiáng)度僅為短期極限強(qiáng)度的50%~60%。木結(jié)構(gòu)通常都處于長(zhǎng)期負(fù)荷狀態(tài),因此,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)荷時(shí)間的影響。

　　(3)環(huán)境溫度

　　木材的強(qiáng)度隨環(huán)境溫度升高而降低。長(zhǎng)期處于50℃以上的建筑物不宜采用木結(jié)構(gòu)。

　　(4)疵病

　　木材在生長(zhǎng)、采伐、保存過(guò)程中,所產(chǎn)生的內(nèi)部和外部的缺陷,統(tǒng)稱(chēng)為疵病。木材的疵病主要有木節(jié)、斜紋、裂紋、腐朽和蟲(chóng)害等。一般木材或多或少都存在一些疵病,致使木材的物理力學(xué)性能受到影響。
　　三、木材的防腐和防火

　　(一)木材的腐朽與防腐

　　1.木材的腐朽

　　木材腐朽為真菌侵害所致。真菌在木材中的生存和繁殖必須同時(shí)具備3個(gè)條件:即要有適當(dāng)?shù)乃�分、空氣和溫度。最適宜真菌繁殖的條件是:木材含水率為35%~50%,溫度為25~30°C,木材中有一定量的空氣存在。3個(gè)條件中任少一項(xiàng)真菌就無(wú)法存活。

　　2.木材的防腐與防蟲(chóng)

　　木材防腐與防蟲(chóng)常采用兩種方式。

　　第一種方式最常用的辦法是通過(guò)通風(fēng)、排濕、表面涂刷油漆等措施,保證木結(jié)構(gòu)經(jīng)常處于干燥狀態(tài),使其含水率在20%以下。

　　第二種方式通常是把化學(xué)防腐劑、防蟲(chóng)劑注入木材內(nèi),使木材成為對(duì)真菌和昆蟲(chóng)有毒的物質(zhì)。注入防腐劑、防蟲(chóng)劑的方法有以下幾種:

　　(1)常壓法:表面噴吐法、常溫浸漬法、熱冷槽浸注法。

　　(2)壓力滲注法:滿(mǎn)細(xì)胞法、空細(xì)胞法。

　　(二)木材的防火

　　木材防火處理方法有表面處理法和溶液浸注法兩種。

　　在溶液浸注法中,木材浸注等級(jí)及要求為:一級(jí)浸注:保證木材無(wú)可燃性;二級(jí)浸注:保證木材緩燃;三級(jí)浸注:在露天火源作用下,能延遲木材燃燒起火。

　　四、木材的綜合利用

　　木材應(yīng)用最常見(jiàn)的有以下幾種:

　　1.膠合板

　　膠合板又稱(chēng)層壓板,最高層數(shù)可達(dá)15層。土木工程中常用的是三合板和五合板。膠合板廣泛應(yīng)用于室內(nèi)隔墻板、護(hù)壁板、頂棚板、各種家具及室內(nèi)裝修。

　　2.膠合夾芯板

　　分實(shí)心板和空心板兩種。膠合夾芯板面寬,尺寸穩(wěn)定,質(zhì)輕且構(gòu)造均勻,多用作門(mén)板、壁板及家具。

　　3.刨花板、木絲板、木屑板

　　這類(lèi)板材表觀密度較小,強(qiáng)度較低,主要用作絕熱和吸聲材料。

　　4.纖維板

　　纖維板按成型時(shí)溫度、壓力不同,分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)3種。纖維板使木材能充分利用,構(gòu)造均勻,脹縮小,不易開(kāi)裂和翹曲。硬質(zhì)纖維板廣泛用作室內(nèi)壁板、門(mén)板、地板、家具等,軟質(zhì)纖維板主要用作絕熱和吸聲材料。

　　5.鑲拼地板

　　鑲拼地板美觀、舒適、耐用,裝飾效果好,導(dǎo)熱性小,可代替木地板使用。