第10章-木材--清华版土木工程材料

清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS（第十章木材）主讲人：×××安徽工业大学本科生课程清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS教学目标※掌握：木材的主要种类、力学性质和应用。※熟悉：木材的物理性质、木材的防护。※了解：木材的构造（宏观构造和微观构造）。教学重点※木材的物理性质※木材的力学性质※木材的防护处理（防腐、防蛀与防火等）本章主要教学内容与要求清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS本章目录木材的分类和构造木材的物理和力学性质木材的防护木材的应用本章知识归纳清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS比强度大，轻质高强；弹性、韧性好，抗冲击、抗振动；导电性和导热性低，能够隔热、绝缘；易于加工，无毒性；纹理美观，色调温和，装饰性能好；木材是土木工程三大材料之一，是人类最早使用的天然材料，木结构是中国古代建筑的主要结构类型和重要特征。▲木材的优点概述清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS木材纹饰木材易于加工木建筑轻质高强▲木材的优点清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS构造不均匀，呈各向异性；干缩湿涨，易翘曲、变形；易腐朽，霉烂和虫蛀；天然缺陷多，影响其使用性能；易燃烧，耐火性能差。▲木材的缺点木材天然缺陷木材易燃木材易腐朽、虫蛀清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS木结构建筑木结构节点▲木结构图示清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS五台山南禅寺大殿清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS木材家具木门窗及装饰清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS种类特点用途树种针叶树阔叶树一、木材的分类第一节木材的分类与构造树干直而高大;木质较软，易于加工;强度较高;表观密度小;胀缩变形小。承重构件，门窗、地板材料。松树、杉树、柏树树干通直部分较短;木质较硬，加工困难;表观密度大;易于胀缩、翘曲、开裂;板面美观。内部装修、家具制作，胶合板。榆树、水曲柳、柞木、杨树、桦树、柳树清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS红松柏木针叶树清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS柞树桦树阔叶树清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、木材的构造1.木材的宏观构造宏观构造是指用肉眼或在放大镜下能观察到的木材的组织形式。一般从树干的三个不同切面观察木材，即横切面、径切面、弦切面垂直于树干主轴的切面与树干平行的切面，与横切面垂直和树轴平行与年轮相切的切面。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、木材的构造1.木材的宏观构造木材的宏观结构1—横切面；2—径切面；3—弦切面；4—树皮；5—木质部；6—年轮；7—髓线；8—髓心清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS树皮、木质部、髓心；年轮、早材（春材）、晚材（夏材）；心材、边材；髓线；二、木材的构造1.木材的宏观构造清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、木材的构造2.木材的微观构造微观构造是指在显微镜下才能观察到的木材组织。在显微镜下，可以看到木材是由无数管状细胞紧密结合而成。每个细胞分为细胞壁和细胞腔两个部分，细胞壁由若干层纤维组成。细胞之间纵向联结比横向联结牢固，造成细胞纵向强度高，横向强度低。细胞之间有极小的空隙，能吸附水和渗透水分。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS图9.2显微镜下松木的横切片示意图1—细胞壁；2—细胞腔；3—树脂流出孔；4—木髓线二、木材的构造2.木材的微观构造清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS第二节木材的物理和力学性能一、木材的物理性质1.密度与表观密度木材的密度基本相等，平均值约为1.555g/m3，木材的表观密度较小，其大小与木材种类及含水率有关，一般约为300-800kg/m3。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2、含水率木材中的水分：自由水、吸附水、化合水。一、木材的物理性质自由水：存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分，影响木材的表观密度、耐腐蚀性、燃烧性和干燥性。吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间的水分，影响木材强度和湿胀干缩性能。化合水：是木材化学成分中的结合水，它在常温下不变化，故其对木材的性质无影响。（1）木材中的水分清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2、含水率纤维饱和点：吸附水处于饱和状态而又无自由水存在的含水率（25％-35％），是木材物理、力学性质随含水率而变化的转折点。一、木材的物理性质（2）木材的纤维饱和点清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2、含水率平衡含水率：木材中的含水率与空气中的湿度达到平衡时的含水率（12％－20％）。达到平衡含水率的木材，其性能保持相对稳定。一、木材的物理性质（3）木材的平衡含水率木材的平衡含水率。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2、含水率一、木材的物理性质（4）木材的标准含水率在评定和比较木材的体积、表观密度和强度性能时，需要规定一个含水率标准，称为标准含水率，国家标准规定其为12%。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS木材含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，将引起木材体积产生膨胀（湿胀）；随着含水率的减小，木材体积产生收缩（干缩）。木材含水率大于纤维饱和点时，木材如受潮或变干，只是自由水在改变，它不影响木材的变形。弦向干缩率最大（约6％-12％）；径向次之（约3％-6％）；纤维方向干缩率最小（约0.1%-0.35%）；表观密度大、夏材含量多的木材，湿胀变形较大。干缩会造成木结构拼缝不严、翘曲开裂等，而湿胀又会使木材产生凸起变形。减少木材干缩湿涨影响的方法是将木材干燥至平衡含水率。3、湿胀与干缩一、木材的物理性质清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、木材的力学性质1.木材的强度由于木材中的细胞大多是纵向排列的，木材的顺纹强度比横纹强度大很多，工程上均充分利用顺纹强度。木材强度有：抗压、抗拉、抗弯和抗剪四种强度。木材构造的各向异性决定了它的各项强度都具有明显的方向性，因而抗拉、抗压、抗剪强度都有顺纹（力作用方向与纤维方向平行）和横纹（力作用方向与纤维方向垂直）之分，这两种强度有很大的差别。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS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横纹切断11/10～1/32～31/20～1/31.5～21/7～1/31/14～1/61/2～1木材的各强度之间关系二、木材的力学性质1.木材的强度清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2.影响木材强度的主要因素二、木材的力学性质(1)纤维组织的影响厚壁细胞数量细胞壁厚度表观密度夏材含量则木材的强度↑↑↑↑↑清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2.影响木材强度的主要因素二、木材的力学性质(2)含水率的影响当木材含水率小于纤维饱和点时，随着含水率↑，强度↓；当木材的含水率超过纤维饱和点时，含水率的变化不影响木材的强度；清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2.影响木材强度的主要因素二、木材的力学性质(2)含水率的影响含水量对木材强度的影响1-顺纹受拉；2-弯曲；3-顺纹受压；4-顺纹受剪对顺纹抗拉强度影响最小含水率对顺纹抗压强度和抗弯强度的影响较大对顺纹抗剪强度影响较小清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2.影响木材强度的主要因素二、木材的力学性质(2)含水率的影响我国木材试验标准规定，以标准含水率(即含水率12%)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。121w12W清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2.影响木材强度的主要因素二、木材的力学性质(3)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得多，一般为极限强度的50%-60%，设计木结构时，通常以持久强度为依据清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS2.影响木材强度的主要因素二、木材的力学性质(4)环境温度的影响环境温度↑，木材强度↓。环境温度长期超过50℃的建筑物，不宜采用木结构。(5)木材缺陷的影响木材中的缺陷，如木节、斜纹、裂纹、虫蛀、腐朽等，会造成木材构造的不连续性和不均匀性，影响力学性能，在装饰工程中更会给装饰效果带来不良的影响。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS木材最大的缺点就是易腐蚀、虫蛀和易燃，所以必须采取防腐、防蛀和防火等措施一、木材的腐蚀与虫蛀第三节木材的防护木材的腐蚀主要是由真菌侵害所致，真菌有三种：霉菌、变色菌和腐朽菌。霉菌、变色菌破坏作用很小，而腐朽菌破坏作用大。木材蛀虫主要是白蚁和甲虫。木材被昆虫蛀蚀后形成或大或小的虫眼，这些虫眼破坏了木材的完整性，也降低了木材的力学性能。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、木材的防腐与防蛀★干燥木材、表面进行刷漆或涂料。★将防腐剂涂刷在木材表面或浸渍木材，起到杀菌杀虫作用三、木材的防火防火处理方法是用防火剂浸渍木材；或将防火涂料涂刷或喷洒在木材表面，以阻止木材着火燃烧。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS一、木材的种类和规格原条：原木：锯材：是指去根、除皮、修枝，但尚未按尺寸加工成规定长度和直径的木料。是指除去树皮、根、树梢后截成规定直径和长度的木材。是指已经按一定尺寸加工锯解成的木材。第四节木材的应用清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS原条锯材原木一、木材的种类和规格清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS胶合板：二.木制品及其利用1.人造板材一组单板通常按相邻层木纹方向互相垂直组坯胶合而成的板材纤维板：刨花板、木丝板和木屑板：纤维板也称密度板，是利用木材加工后剩下的碎料、树枝、树皮等废料或加入其它植物纤维．经热压成型、干燥处理而成的人造板材。是利用木材加工过程中产生的刨花、木丝、木屑等为原料，经过干燥、胶结、热压而成的板材。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、木制品及其利用1.人造板材刨花板纤维板胶合板构造示意图胶合板清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS二、木制品及其利用2.木质地板条木地板复合地板清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS本章知识归纳（I）木材分为针叶树和阔叶树两大类。针叶树树干通直高大，材质均匀且较软，又称软木材；阔叶树树干通直部分一般放短，木质较硬，又称硬木材。木材呈各向异性，不同方向的强度差异很大。木材的横纹抗压强度比顺纹抗压强度低得多；顺纹抗拉强度是木材最高的强度指标，而横纹抗拉强度很小；木材的抗弯强度很高，仅次于顺纹抗拉强度；木材的抗剪强度中，横纹切断强度最大，顺纹剪切强度次之，横纹剪切强度最小。木材的湿胀干缩和含水率对木材的性质影响较大。干缩会造成木结构拼缝不严、翘曲开裂，而湿胀又会使木材产生凸起变形。含水率对木材的强度影响较大，当含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率降低，木材强度增高。含水率对各强度的影响程度不一样，对顺纹抗压强度和抗弯强度的影响较大，对顺纹抗剪强度影响较小，影响最小的是顺纹抗拉强度。清华大学出版社TSINGHUAUNIVERSITYPRESS本章知识归纳（II）使木材