建筑材料-----木材 第九章 木材 内容： 1.木材的构造 2.木材的物理力学性质 3.木材的腐朽与防止

建筑材料-----木材 学习目的与要求 通过本章的学习，认识到木材构造的不均匀性；木材的物理力学的方向性。了解木材的分类、及两大树种的特点，了解组成、结构等基本知识及木材的腐朽与防止。掌握木材的物理力学性质与应用。

第九章 木材 建筑材料-----木材 优点：纹理的装饰性好 木材轻质高强， 易于加工， 有较高的弹性和韧性，能承受冲击与振动作用 热容量大，导 电与导热性能低， 缺点：各向异性,吸湿后物理力学性能改变大， 天然 缺陷较多， 易吸湿，干缩湿胀，易腐朽、易燃及易受虫蛀 应用：衍架、梁，柱，门窗地 板，脚手架，混凝土模板及 室内墙面装饰等。

第九章 木材 建筑材料-----木材 木材按树种分针叶树和阔叶树两大类 针叶树树：干通直高大，材质较软，易加 工，表 观密度和胀缩变形均较小，强度较高， 耐 腐性较强，广泛用作承重构件和装 修材料。 阔叶树树：干通直部分较短，材质坚硬，木纹美 丽，适用 于室内装修和胶合板等。

9.1 木材的构造 建筑材料-----木材 一、宏观构造 三个切面 横切面：垂直主轴的切面 径切面：通过髓心且平行 主轴的纵平面 弦切面：不通过髓心而平 行主轴的纵平面 从横切面观察树木： 树皮： 髓心： 木质部：心材：颜色深 髓线 ： 边材：颜色浅

建筑材料-----木材 髓心：是木材第一年生的，由质地最弱的细胞组成，位于树干的 中心，易腐蚀、易虫蚀。 髓线：从髓心向外的辐射线，与周围木质结合较差，干燥 时易开裂 木质部是髓心和树皮之间的部份，木材使用的主要部分 心材：靠近园心颜色较深的部分，含水量较少，不易翘曲变形。 边材：靠近横切面外部、颜色较浅的部分，含水量较多，易翘 曲，抗腐蚀性较心材差，但力学性能上与心材无显著差别。 春材(或早材)：是木材在春季和初夏生长的，细胞大．壁薄，且 组织松软，色浅，强度低。 夏材(或晚材)：是木材在夏秋季生长的，木材生长迟缓，细胞小 、 壁厚、组织紧密坚实，色深，强度高。 年轮：在横切面上形成深浅相间的同心圆。 相同树种，夏材所占比例越多，木材强度越高； 年轮密而均匀，材质好。

木材的细胞壁越厚，细胞腔越小，体积密度和强度越大，但胀缩变形也大。 建筑材料-----木材 树皮：起保护树木作用，建筑上用途不大。 二、微观结构 木材是由无数管状细胞结合而成。除 少数细胞横向排列外(髓线)，绝大部 分细胞沿树干纵向排列。 细胞壁：由细纤维组成 细胞腔 ： 细胞 木材的细胞壁越厚，细胞腔越小，体积密度和强度越大，但胀缩变形也大。

建筑材料-----木材 三、木材构造与木材性质的关系 木材具有许多孔隙，孔隙绝大部分是细胞腔，其次是细胞之间的间隙。因此木材质轻、易于加工、隔热、隔声和电绝缘，并具有较高的弹性和韧性，在受动荷载和冲击荷载时，即使超过弹性极限范围，也能吸收相当部分的能量，木材横纹受力时此种特性尤其显著。 由于多孔隙，木材吸水率很大，同时因含对真菌和昆虫营养的成分，真菌和昆虫容易生长活动。 木材的多孔性使木材易于进行化学加工，如制桨和水解、防腐和干燥处理，以及木材改性等。 由于木材组织显现三维结构、使木材的强度、导热性和导电性、以及变形性质等在各个方面存在较大的差别，因此对木材的加工和使用，都要考虑选择合适的方向。

9.2 木材的物理力学性质 建筑材料-----木材 一、 木材的物理性质 (一)含水率 1.木材中的水 （1）自由水：存在于细胞腔和细胞间隙中。 只与体积密度、燃烧性有关，与干缩 湿胀、力学性质无关。 木材干燥时，自由水首先蒸发。 （2）吸附水：存在于细胞壁内。不仅与体积密度、燃烧性有关， 而且与干缩湿胀、力学性质有关。木材受潮时，水首先进入细胞 壁内。 （3）化合水：化学成分中的结合水(量少)

建筑材料-----木材 木材中的水分大部分为自由水和吸附水，而化合水很少。木材干燥时首先是自由水跑掉，而后是吸附水跑掉。木材受潮时，先是细胞壁吸水．细胞壁吸水达到饱和后，自由水才开始吸 入。 2.木材的纤维饱和点：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。通常25％～35％ 纤维饱和点这个概念，对于我们研究木材性能很有实用价值。当木材含水量在纤维饱和点内变动时，木材的许多物理力学性能也随之改变，达到纤维饱和后这些性质的改变也自行停止。

建筑材料-----木材 3.木材的平衡含水率 平衡含水率:在一定温度和湿度环境中，木材中的含水量达到与周围环境湿度相平衡时含水率。 北方：12％ 南方：18％ 长江流域：15％ 达到相平衡时含水率的木材，性能相对比较稳定，因此平衡含水率是木材加工、使用时的控制点。以免使用时由于含水量变化而引起木材各性能的改变。 4.标准含水率：15%

建筑材料-----木材 （二）吸湿性 干缩：木材含水量在纤维饱和点以内进行干燥时，则产生线 向与体积的缩小，即干缩。 湿胀：木材含水量在纤维饱和点以内受到潮湿时，则产生线 向与体积的增大，即湿胀。 木材含水率大于纤维饱和点时，表示木材的含水量除吸附水达到饱和外，还有一定数量的自由水，此时木材如受到干燥或遇到潮湿，只是自由水在改变，它不影响木材的变形，因为 自由水是在细胞腔和细胞间的孔隙中。但在纤维饱和点以内时，则表明水分都吸附在细胞壁的纤维上，它的增加或减少才能引起体积的增大或缩小，即只有吸附水的改变才影响木材的变形。

建筑材料-----木材 干缩湿胀条件：木材的含水率在小于纤维饱和点 的范围内，含水率的变化会引起干缩湿胀。 纤维饱和点是木材物理力学性能随含水率发生变化的转折点。 由于木材为非匀质构造，故其胀缩变形各向不同， 弦向＞径向＞纵向

建筑材料-----木材 弦向 弦锯板 径向 径锯板

确定木材体积密度时，含水率为15％情况下进行。 3.木材的导热系数 建筑材料-----木材 体积密度 的大小与木材种类及含水率有关 2.木材的密度、表观密度 平均密度约为1.55g／cm3。 常用木材的气干体积密度平均为500kg／m3。 确定木材体积密度时，含水率为15％情况下进行。 3.木材的导热系数 木材的导热系数随其体积密度成正比增大，径向和弦向的导热系数大致相同，但纵向导 热系数较横向大约高1倍。木材的导热系数也随含水率的提高而增大，一般 气干材，在室温(15~30℃)下的导热系数在0.088~0.180w／(m·K)的范围内。

建筑材料-----木材 二、木材的力学性能 构造各向异性→强度各向异性 顺纹强度（力∥纵向纤维） 横纹强度 横纹方向，弦向不同于径向 当斜纹受力时，强度随力与木纹交角的增大 而降低。 ＞ 实际上使用时多用木材的顺纹抗弯、抗压强度。 顺纹方向 f拉 f弯 f压 f剪 ＞

建筑材料-----木材 (一)抗压强度 顺纹抗压强度是木材各种力学性质中的基本指标，在建筑工程中使用最广，如柱、桩、斜撑及析架等。木材顺纹受压破坏是细胞壁丧失稳定性的结果，而非纤维断裂，因此木材顺纹抗压强度很高(30~70MPa)，仅次于木材的顺纹抗拉强度及抗弯强度，而且受疵病的影响较小。 横纹抗压强度远小于顺纹抗压强度，通常只有顺纹抗压强度的10％~20％。。木材横纹受压破坏主要是因为细胞被挤紧、压扁，产生较大的变形，而非纤维断裂。所以，木材的横纹抗压强度以使用中所限制的变形量来决定，通常取其比例极限作为横纹抗压强度指标。

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建筑材料-----木材 (二)抗拉强度 木材的各项力学强度中，顺纹抗拉强度最大，为顺纹抗压强度的2~3倍。但由于木材的各种疵病如木节、斜纹等对木材顺纹抗拉强度影响很大，而木材本身又多少都有一些缺陷，因此木材实际的顺纹抗拉能力反较顺纹抗压为低。另外，木材受抗时杆件节点处应力分布复杂，易局部首先破坏，所以木材的抗拉强度往往不易发挥，也不稳定，较少被利用。 木材的横纹抗拉强度是各项力学强度中最小的，约为顺纹抗拉强度的1/20~1/40，这主要是由于木材细胞横向连接很弱，所以应避免木材受到横纹拉力作用。

建筑材料-----木材 (三)抗弯强度 木材具有良好的抗弯性能，抗弯强度约为顺纹抗压强度的1.5~2倍。因此在建筑工程 中常用作受弯构件，如梁、衍架、脚手架、地板等。木梁受弯时，上部产生顺纹压力，下部产生顺纹拉力。上部首先达到强度极限，出现细小的皱纹，但不马上破坏，继续加力时，下部受拉部分也达到强度极限，这时构件破坏。

木材的抗剪强度因作用力与纤维方向不同，可分为三种：顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断，见图。 建筑材料-----木材 (四)抗剪强度 木材的抗剪强度因作用力与纤维方向不同，可分为三种：顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断，见图。 (1)顺纹抗剪 ： 为剪力方向与木材纤维平行。 木材顺纹受剪时，绝大部分纤维本身并不破坏，只破坏了受剪面中纤维的联结。所以木材的顺纹抗剪强度很小，通常是顺纹抗压强度的l／7~1／3。

建筑材料-----木材 木材横纹抗剪强度比顺 纹抗剪强度还低。实际 工程中一般不出现横纹 受剪破坏。 (2)横纹抗剪：为剪力方向与木纤维方向垂直，受剪面与纤维平行。 木材横纹抗剪强度比顺 纹抗剪强度还低。实际 工程中一般不出现横纹 受剪破坏。 (3)横纹切断 为剪力方向、受剪面均与木纤维垂直。 横纹切断即是将木纤维横向切断，因此木材横纹切断强度较高，约为顺纹抗剪强度的4~5倍。

当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度不改变。 建筑材料-----木材 影响木材强度的主要因素 (１) 含水率 含水率对其强度的影响规律是： 当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大；反之，木纤维相互间的联结力减弱，细胞壁软化，则强度减小。 当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度不改变。

建筑材料-----木材 我国木材试验标准规定，测定木材强度时，应以其标准含水率（即含水率为15％）时的强度测值为准，对于其它含水率时的强度值，应换算成标准含水率时的强度值。 顺纹抗拉 强度极限（MPa） 抗弯强度 顺纹抗压 顺纹抗剪 含水率（％） 含水率对强度的影响

建筑材料-----木材 式中 σ:含水率为15％时的木材强度(MPa）； σW : 含水率为Ｗ(%)时的木材强度(MPa)； Ｗ——试验时的木材含水率 α——木材含水率校正系数。 α随作用力和树种不同而异，如顺纹抗压所有树种均为 0.05；顺纹抗拉时阔叶树为0.015，针叶树为０；抗弯所有树种为0.04；顺纹抗剪所有树种为0.03。

t↑，f↓，这是由于木材在外力作用下产生等速蠕滑，经过长时间以后，最后达到急剧产生大量连续变形而致。 建筑材料-----木材 (２) 负荷时间（t） t↑，f↓，这是由于木材在外力作用下产生等速蠕滑，经过长时间以后，最后达到急剧产生大量连续变形而致。 持久强度：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。 一般为极限强度的 50％～60％。 木材持久强度

建筑材料-----木材 （3）温度（T） 当环境温度降至0℃以下时，其中水分结冰，木材强度增大，但木质变得较脆，并且解冻后各项强度均有降低。 当环境温度升高时，木材纤维中的胶结物质处于软化状态，其强度和弹性均降低，这种现象当温度达50℃时开始明显；例如：当T由２５℃→５０℃时，针叶树抗拉强度降低10%～15%，抗压强度降低20％～24％。当木材长期处于60～100℃温度下时，会引起水分和所含挥发物的蒸发，而呈暗褐色，强度明显下降，变形增大。当T＞140℃时，木材中的纤维素发生热裂解，色渐变黑，强度显著下降。因此，长期处于高温的建筑物，不宜采用木结构。 木材的使用温度以50℃以下的正温为宜。

建筑材料-----木材 （４）疵病：木材在生长、采伐、保存过程中，所产生的内部和外部的缺陷，统称为疵病。木材的疵病主要有木节、斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。 木节使顺纹抗拉强度明显降低，而顺纹抗剪强度有所提高；斜纹使木材的抗弯强度和抗拉强度降低；疵病对木材强度的影响程度与疵病严重程度及部位有关。 完全消除木材的各种缺陷是不可能的，也是不经济的。应当根据木材的使用要求，正确地选用，减少各种缺陷所带来的影响，从而达到合理使用、节约木材的目的。

9.3 木材的防腐与防火 建筑材料-----木材 一、 木材的腐朽与防腐 （一）木材的腐朽 霉菌： 真菌 变色菌： 腐朽菌： 真菌 变色菌： 腐朽菌： 霉菌及变色菌不破坏细胞壁，只影响外观外，对强度没什么影响 只寄生在木材表面上 以细胞腔内含物为养料 能分泌出酵素，以分解细胞壁的物质作为养 料，供给自身生长和繁殖，使木材腐朽破坏。 木材的腐朽主要是由腐朽茵引起的 含水率：35～50％ 温度：25～30℃，空气 真菌腐蚀条件

建筑材料-----木材 （二）木材防腐措施 防止腐蚀办法可以采用结构措施，也可以用药物进行处理，其目的是使真菌没有适宜的生 存和繁殖条件。 1．破坏真菌生存的条件 （1）通风干燥 （2）对木结构和木制品表面进行油漆处理，油漆涂层既使木材隔绝了空气，又隔绝了水分。 在潮湿严重及虫害较 多的地方使用时，则必须采用药物防腐措施 2．药物防腐措施： 水溶性防腐剂：氯化锌、氟化钠、硅氟酸钠适于室内木结构 油质防腐剂：煤焦油、混合防腐油，色深、有恶臭，常用于室外木构件的防腐。

建筑材料-----木材 二.木材的防火 （一）木材燃烧及阻燃机理 木材在热的作用下要发生热分解反应，随着温度升高，热分解加快。当温度高至220℃以上达木材燃点时，木材燃烧放出大量可燃气体，这些可燃气体中有着大量高能量的活化基，活化基氧化燃烧后继续放出新的活化基，如此形成一种燃烧链反应，于是火焰在链状反应中得到迅速传播，使火越烧越旺，此称气相燃烧。在实际火灾中，木材燃烧温度可高达800～1300℃。 所谓木材的防火，就是将木材经过具有阻燃性能的化学物质处理后，变成难燃的材料，以达到遇小火能自熄，遇大火能延缓或阻滞燃烧蔓延，从而赢得扑救的时间。

建筑材料-----木材 （二）阻止和延缓木材燃烧的途径 （1）抑制木材在高温下的热分解。实践证明，某些含磷化合物能降低木材的热稳定性，使其在较低温度下即发生分解，从而减少可燃气体的生成，抑制气相燃烧。 （2）阻滞热传递。通过实践发现，一些盐类、特别是含有结晶水的盐类，具有阻燃作用。例如含结晶水的硼化物、含水氧化铝和氢氧化镁等，遇热后则吸收热量而放出水蒸气，从而减少了热量传递。磷酸盐遇热缩聚成强酸，使木材迅速脱水炭化，而木炭的导热系数仅为木材的1／2～1/3，从而有效地抑制了热的传递。同时，磷酸盐在高温下形成的玻璃状液体物质覆盖在木材表面，也起到了隔热层作用。

建筑材料-----木材 （3）稀释木材燃烧面周围空气中的氧气和热分解产生的可燃气体，增加隔氧作用。如采用含结晶水的硼化物和含水氧化铝等，遇热放出的水蒸汽，能稀释氧气及可燃气体的浓度，从而抑止了木材的气相燃烧，而磷酸盐和硼化物等在高温下形成玻璃状覆盖层，则阻滞了木材的固相燃烧。

9.4木材的应用 建筑材料-----木材 一、木材的规格及用途 不同的用途，要求木材采用不同的形式，我国木材供应的 形式主要有原条、原木和板枋三种。 原条：除去皮、根、树梢的木料，但尚未按一定尺寸加工 成规定的木料。 原木：原条按一定尺寸加工面成的规定直径和长度的木料。 它可直接在建筑中作木桩、伤架、搁栅、楼梯和木 枝等。 板枋：原木经锯解加工而成的木料，宽度为厚度的三倍，称为 板材 。宽度不足厚度三倍的木料，称为枋材。

建筑材料-----木材 二、木材的综合利用 木材的综合利用具有重大的现实意义。它既可节约木 材，避免浪费，以做到物尽其用；同时也可使木材在性能上 扬长避短，充分发挥其建筑功能。木材综合利用的产品主要 有：胶合板、胶合木、胶合夹心板，纤维板，木屑板、木丝 板和刨花板等。 (一)胶合板 1.定义：胶合板又称层压板，胶合板是一组单板(由旋切、半圆旋切、刨切或锯制等方法生产的薄片状木材)，按相邻 单板木纹方向互相垂直组坯,再用胶粘合，加热压制而成的 板材。 2.制作特点：胶合板的木薄片数为奇数，一般为3~13层或更多，相应地称为三合板、五合板…等。粘合时相邻两薄片的木纤维应互相垂直。

建筑材料-----木材 3.胶合板的分类： （1）按胶粘性能分为 室外用胶合板(具有耐气候、耐水和耐高湿度 的胶合板) 室内用胶合板(不具有长期经受水浸或过高湿度的胶合板) （2）按表面加工分为 砂光胶合板(板面经砂光机砂光)、 刮光胶合板 (板面经刮光机刮光)、 预饰面胶合板(板面已经处理，使用时无需再修饰)、 贴面胶合板(表面复贴装饰单板，如木纹纸、浸渍纸、塑料、树脂胶膜或金属薄片材料)。 （3）按用途分为 普通胶合板 特种胶合板

建筑材料-----木材 4.胶合板具有很多优点： (1)利用小直径的原木可制成表面花纹美观的大张无缝无节的薄板； (2)能消除由于木材各向异性而引起的不利因素，这种板变形均匀，不宜翘曲开裂，各向强度大致相等； (3)能充分利用木材，胶合板除表层采用较好木材外，内层可用质差或有缺陷的木材。 5.应用：胶合板可用作隔墙、地板、天花板、护壁板、车胎内装修板及家俱等。耐水胶合板(用合成树脂作粘结剂)可用作混凝土的模板。

建筑材料-----木材 (二)胶合木 1.定义： 用较厚的零碎木板胶合成大型木构件如工字梁及矩形梁，称为胶合木。 2. 特点：胶合木可以使小材大用，短村长用，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。 3.应用：可用于室内作承重构件。 (三)胶合夹心板 1.胶合夹心板分实心板和空心板两种。 2.特点：胶合夹心板幅面大，尺寸稳定，轻而且受 力均匀。 3.应用：多用作门板、壁板和家俱。

建筑材料-----木材 (四)纤维板 1.定义：纤维板是以植物纤维为主要原料，经破碎、浸泡、热压成型、干燥等工序制成的一种人造板材。 2.分类： （1）按纤维板的体积密度分为硬质纤维板(体积密度＞800 kg／m3)、软质纤维板(＜800 kg／m3)和中密度纤维板(500~800 kg／m3)； （2）按表面分为一面光板和两面光板； （3）按原料分为 木材纤维板和非木材纤维板。 建筑上常用的是硬质纤维板，它是以板皮、刨花、树枝等废材经粉碎、研磨等制成木纤维浆，再加入胶结料经热压而制成。它可代替木板用。

建筑材料-----木材 (五)型压板 如木丝板、刨花板和木屑板等。它是利用木材加工时的废料木丝、刨花和木屑加以胶结剂，加压成型，经热处理制成板。胶结剂可用某些合成树脂，也可用水泥、菱苦土、石膏等无机胶结材料。这些板可以用作隔热、吸音或隔墙板等，目前已用于制造家俱的面板。

建筑材料-----木材 小结 1.木材按树叶形状分为针叶材和阔叶材。针叶树树：干通直高大，材质较软，易加 工，表观密度和胀缩变形均较小，强度较高， 耐 腐性较强，广泛用作承重构件和装修材料。阔叶树树：干通直部分较短，材质坚硬，不易加 工，易开裂，木纹美丽，适用 于室内装修和胶合板等。 2.木材的组成和构造是决定木材性质的内在因素。木材的组成决定了木材的腐朽、虫害、燃烧等性质；纤维的纵向排列决定了木材的 各向异性，木材的多孔性决定了其具有明显的 吸湿性。

3.木材中的水分为自由水、吸附水和结合水。吸附水的变化影响木材的物理力学性质。 建筑材料-----木材 3.木材中的水分为自由水、吸附水和结合水。吸附水的变化影响木材的物理力学性质。 4.平衡含水率是木材加工、使用时的控制点。纤维饱和点是木材物理力学性能随含水率发生变化的转折点。 5.木材的变形和强度具有各向异性。干缩湿胀方面，弦向＞径向＞纵向，强度，顺纹方向 f拉 > f弯 > f压 > f剪。 6.木材的耐久性问题既腐朽与虫害。

建筑材料-----木材 例9-1解释以下名词： （1）纤维饱和点；（2）平衡含水率；（3）标准含水率；（4）持久强度。 解： （1）纤维饱和点：当木材中无自由水，而细胞壁内吸附水达到饱和时的木材含水率称为纤维饱和点。 （2）平衡含水率：在一定温度和湿度环境中，木材中的含水量达到与周围环境湿度相平衡时含水率称为平衡含水率。 （3）标准含水率：含水率为15％为木材的标准含水率。 （4）持久强度：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。

建筑材料-----木材 例9-2 木材含水率的变化对其强度的影响如何？ 解：木材的强度受含水率的影响很大，当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大，反之，随含水率增大，即吸附水增多，细胞壁趋于松散，木材则强度减小。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材强度不改变。 我国木材试验标准规定，测定木材强度时，应以其标准含水率（即含水率为15％）时的强度测值为准，对于其他含水率时的强度测值，应换算成标准含水率时的强度值。

例9-3 木材在吸湿或干燥过程中，体积变化有何规律？ 解： 建筑材料-----木材 例9-3 木材在吸湿或干燥过程中，体积变化有何规律？ 解： 干燥木材吸湿，含水率增加，木材出现湿胀。当达到纤维饱和点后再继续吸湿，其体积不变。湿木材在干燥脱水过程中，自由水脱出时（含水率大于纤维饱和点时）木材不变形。若继续干燥，含水率小于纤维饱和点时，随着脱水，吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材出现干缩。