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1、木 材 木本植物习惯上又可分为乔木、灌木和木质藤本三种类型。 乔木通常是指具有 单一主干 ，树高可达 6米以上的木本植物，即通常 所说的树木。而灌木较矮小，通常具有多个茎，木质藤本植物则为 攀援的木质藤蔓，有许多热带雨林的特征。 木材主要来源于乔木树种。 其中只有银杏和松、杉类的树木属于乔木。 9.1木材的构造 树木的分类 树木一般按树叶形状分为针叶树和阔叶树两大类。 针叶树 树叶细长，成针状，多为 常绿树 ； 纹理顺直 ，木质较软，强度较高， 表观密度小；耐腐蚀性较强，胀缩变形小，又称软木材。 红松 习惯上把银杏和松、杉 类的树木称为针叶树。 用作承重构件门窗。 常用树种有松、杉、柏等。 杉
2、木 银杏 阔叶树 树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶树；木质较硬，加工较难； 表观密度大，胀缩变形大，常用作内部装饰、次要的承重构件和 胶合板 ，有榆树、桦树、水曲柳等。 榆树 榆木家具 水曲柳 柞木 桦木 桦木 木材的构造 宏观构造 用肉眼或低倍放大镜所看到的木材组织称为宏观构造。 树皮 年轮 髓心 形成层 心材 边材 木质部 1 树皮； 2 木质部； 3 年轮； 4 髓线)边材、心材 在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为 心材 。 心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强； 外面部分颜色较浅，称为 边材 。 边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形， 抗蚀性也
3、不如心材 (2)年轮、春材、夏材 横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为 年轮 。 年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列 疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为 春材 (早材 )；深色部分是树木 在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚 实，颜色较深，称为 夏材 (晚材 )。每一年轮内就是树木一年的生长 部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。 第一年轮组成的初生木质部分称为 髓心 (树心 )。 从髓心成放射状横穿过年轮的条纹，称为 髓线 。 髓心材质松软，强度低，易腐朽开裂。 髓线与周围细胞联结软弱，在干燥过程中，木材易沿髓线开裂。 由于木材在各个切
4、面上的构造不同，因此，木材具有 各向异性 。 微观构造 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 在显微镜下观察，可以看到木材是由无数管状细胞紧密结合而成， 它们大部分为纵向排列，少数横向排列（如髓线）。每个细胞又 由细胞壁和细胞腔两部分组成，细胞壁又是由细纤维组成，所以 木材的细胞壁越厚，细胞腔越小，木材越密实，其表观密度和强 度也越大，但胀缩变形也大。 细胞壁的结构 1 细胞腔； 2 初生层； 3 细胞间层 1 管胞； 2 髓线 髓线 木纤维； 木材的主要性质 木材的物理性质 木材的含水率 (1)木材中的水分
5、 自由水：存在于木材细胞腔和细胞间 隙中的水分 吸附水：吸附在细胞壁内细纤维之间 的水分 结合水：形成细胞化学成分的化合水 (2)木材的纤维饱和点 木材受潮时，首先形成吸附水，吸附 水饱和后，多余的水成为自由水；木材干 燥时，首先失去自由水，然后才失去吸附 水。 当吸附水处于饱和状态而无自由水存 在时，此时对应的含水率称为木材的纤维 饱和点。 纤维饱和点随树种而异，一般为 23%33%，平均为 30%。木材的纤维饱和 点是木材物理、力学性质的转折点。 (3)木材的平衡含水率 木材的含水率是随着环境温度和湿度 的变化而改变的。当木材长期处于一定温 度和湿度下，其含水率趋于一个定值，表 明木材表面
6、的蒸气压与周围空气的压力达 到平衡，此时的含水率称为平衡含水率。 根据周围空气的温度和相对湿度可求 出木材的平衡含水率。 木材的平衡含水率 湿胀干缩 木材细胞壁内 吸附水的变化 而引起木材的变形，即湿胀干缩。 由于木材构造的不均匀性， 在不同的方向干缩值不同。 顺纹 方向 (纤维方向 )干缩值最小 ，平均 为 0.1%0.35%； 径向较大 ，平均 为 3%6%； 弦向最大 ，平均为 6%12%。 一般来讲，表观密度大、夏 材含量多的木材，湿胀变形较大。 木材的密度 不同树种的密度相差不大，平均约为 1.55g/cm3。 表观密度 木材表观密度的大小随木材的孔隙率、含水量以 及其他一些因素的变
7、化而不同。因此确定木材的表观 密度时，应在含水率为标准含水率情况下进行。 木材的力学性质 木材的强度 弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、 抗弯强度、 抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、抗 扭强度、硬度和耐磨性等。 木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标 准试件，按 木材物理力学试验方法 进行测定。 木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤 维方向的不同，可分为顺纹剪切、横纹剪切和横 纹切断三种。 与一般钢材、混凝土及石材等材料不同，木材属生物 材料，其构造的各向异性导致其力学性质的 各向异性 。因此， 木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向之分。 木材受剪切作用时，由于作用力对于木材纤维方向的不
8、同， 可分为顺纹剪切、横纹剪切和横纹切断三种。 木材的剪切 (a)顺纹剪切； (b)横纹剪切； (c)横纹切断 木材顺剪强度较小，平均只有顺纹抗压强度的 10 30。 纹理较斜的木材，如交错纹理、涡纹、乱纹等 ,其顺剪强 度会明显增加。 阔叶树材顺剪强度平均比针叶树材高出 1/2。阔叶树材弦 面抗剪强度较径面高出 10 30，如木射线越发达，这 种差异更加明显。 针叶树材，其径面面的抗剪强度大致相同。 木材各种强度间的关系 抗压 抗拉 抗弯 抗剪 顺纹 横纹 顺纹 横纹 顺纹 横纹 1 1/101/3 23 1/ 31/20 1.52 1/71/3 1 抗拉强度 木材 顺纹抗拉强度 ，是指
9、木材沿纹理方向承受拉力荷 载的最大能力。木材的顺纹抗拉强度较大，各种木材 平均约为 117.7 147.1MPa，为顺纹抗压强度的 2 3倍。 木材在使用中 很少出现因被拉断而破坏 。 木材的 横纹拉力 比顺纹拉力低得多，一般只有顺纹拉 力的 l/30 1/40。 抗压强度 顺纹抗压强度 木材顺纹抗压强度是指木材沿纹理 方向承受压力荷载的最大能力，如 木结构支柱和家具中的腿构件所承 受的压力。 木柱有长柱与短柱之分。当长度与 最小断面 的直径之比 11时为短柱， 大于 11时为长柱，长柱亦称 欧拉柱 。 长柱以材料刚度为主要因素，受压 不稳定，其破坏不是单纯的压力所 致，而是纵向上会发生弯曲、
10、产生 扭矩，最后导致破坏，它不属于顺 纹抗压的范畴。 木材横纹抗压强度测定试样与受力方向 1-径向全部抗压 2-径向局部抗压 抗弯强度 指木材承受逐渐施加弯曲荷载的最大能力，可以用曲 率半径的大小来度量。它与树种、树龄、部位、含水 率和温度等有关。 木材抗弯强度亦称 静曲强度 ，或弯曲强度，是重要的 木材力学性质之一，主要用于家具中各种柜体的横梁、 建筑物的桁架、地板和桥梁等易于弯曲构件的设计。 静力荷载下，木材弯曲特性主要 决定于顺纹抗拉和顺 纹抗压强度之间的差异 。因为木材承受静力抗弯荷载 时，常常因为压缩而破坏，并因拉伸而产生明显的损 伤。对于抗弯强度来说，控制着木材抗弯 比例极限的 是
11、顺纹抗压比例极限时的应力 ，而不是顺纹抗拉比例 极限时应力。 当梁承受中央荷载弯曲时，梁的变形是上凹下凸，上 部纤维受压应力而缩短，下部纤维受拉应力而伸长， 其间存在着一层纤维既不受压缩短也不受拉伸长，这 一层长度不变的纤维层称为 中性层 。中性层与横截面 的交线称为中性轴。受压和受拉区应力的大小与距中 性轴的距离成正比，中性层的纤维承受水平方向的顺 纹剪力。由于顺纹抗拉强度是顺纹抗压强度的 2 3倍， 随着梁弯曲变形的增大，中性层逐渐向下位移，直到 梁弯曲破坏为止。 木材的硬度 指木材抵抗其它刚体压入的能力。木材的硬度与木材的 密度密切相关，密度大其硬度则高，反之则低。 树种 密度 端面硬度
12、 (Mpa) 产地 泡桐 杉木 紫椴 香樟 水曲柳 柞木 槭木 黄檀 蚬木 0.283 0.376 0.451 0.535 0.643 0.748 0.880 0.923 1.128 19.5 26.5 34.4 40.2 59.9 72.9 108.8 112.4 142.3 河南 湖南 黑龙江 安徽 黑龙江 黑龙江 安徽 浙江 广西 同一树种，其端面硬度 大于径面面硬度， 径面与弦面相差不大。 针叶树材平均高出 35， 阔叶树材高出 25左右。 紫椴 影响 木材强度的因素 ( ) 含水量的影响 木材的强度受含水率的影响很大，其规律是：当木 材的含水率在纤维饱和点以下时，随含水率降低，即
13、 吸附水减少，细胞壁趋于紧密，木材强度增大，反之， 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 12）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。其换算经验公式如下： 式中 12:含水率为 12时的木材强度 (MPa）； W : 含水率为 (%)时的木材强度 (MPa)； 试验时的木材含水率 木材含水率校正系数。 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
14、.03。 )12(112 Ww 含水率对松木力学强度的影响 A 横向抗弯； B 顺纹抗压； C 顺纹抗剪 目前长期荷载对木材强度的影响，许多国家都采用小而无疵试 样强度的 2/3(即 0.67)作为长期荷载强度的数值；若为恒载，则 用 1/2。建筑结构物大部均为恒载和活载的共同作用，故在 木 结构设计规范 中，引用的长期荷载强度折减系数 K2 0.67。 ( ) 负荷时间的影响 木材对长期荷载的抵抗能力与对暂时荷载不同。木 材在外力长期作用下，只有当其应力远低于强度极限 的某一定范围以下时，才可避免木材因长期负荷而破 坏。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
15、大量连续变形而致。 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。一切木结构都处于某 一种负荷的长期作用下，因此在设计木结构时，应考 虑负荷时间对木材强度的影响。 （ 3）温度的影响 木材强度随环境温度升高而降低。当温度由 升 到 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。 温度超过 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
16、采用木结构。 （）疵病的影响 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gogo体育。木材的疵病主要有木节、 斜纹、裂纹、腐朽和虫害等。一般木材或多或少都存 在一些疵病，致使木材的物理力学性质受到影响。 木材的防腐与防火 1. 木材的腐朽与防腐 （ 1）木材的腐朽 木材的腐朽为真菌侵害所致。真菌分霉菌、变色菌 和腐朽菌三种，前两种真菌对木材影响较小，但腐朽 菌影响很大。腐朽菌寄生在木材的细胞壁中，它能分 泌出一种酵素，把细胞壁物质分解成简单的养分，供 自身摄取生存，从而致使木材产生腐朽，并遭彻底破 坏。真菌在木材中生存和繁殖必须具备三个条件，即： 适量的水分、空气（氧气）和适宜的
17、温度。温度低于 时，真菌停止繁殖，而高于 时，线）木材防腐措施 根据木材产生腐朽的原因，通常防止木材腐朽 的措施有以下两种： a破坏真菌生存的条件 破坏真菌生存条件最常用的办法是：使木结构、 木制品和储存的木材处于经常保持通风干燥的状 态，并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。 b把木材变成有毒的物质 将化学防腐剂注入木材中，使真菌无法寄生。木材 防腐剂种类很多，一般分水溶性防腐剂、油质防腐 剂和膏状防腐剂三类。 水溶性防腐剂常用品种有氯化锌、氟化钠、硅氟酸 钠、硼铬合剂、硼酚合剂、铜铬合剂、氟砷铬合剂 等。水溶性防腐剂多用于室内木
18、结构的防腐处理。 油质防腐剂常用的有煤焦油、混合防腐油、强化防 腐油等。油质防腐剂色深、有恶臭，常用于室外木 构件的防腐。膏状防腐剂由粉状防腐剂、油质防腐 剂、填料和胶结料（煤沥青、水玻璃等）按一定比 例混合配制而成，用于室外木材防腐。 2.木材的防火 （ 1）木材的可燃性 木材属木质纤维材料，易燃烧，它是具有火灾危险性的有 机可燃物。 （ 2）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
19、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。 根据燃烧机理，阻止和延缓木材燃烧的途径，通常可 有以下几种： A. 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。 B. 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、
20、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。 C. 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。 木材在建筑结构中的应用 桁架： 一种由杆件彼此在两端
21、用铰链连接而成的结构。 桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构， 桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料 的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和 增大刚度。 檩条： 沿屋顶长度分布的水平部件，位于主椽上，支撑次要屋椽。 古民 宅用来挑起椽子，做成屋顶的横木，是房子的主要构件之一，也叫 桁子或船儿（北方方言）。 望板： 平铺在屋顶椽子上面的木 板或薄砖。 椽子： 它是屋面基层的最底层 构件，垂直安放在檩木 之上。 斗栱： 在立柱和横梁交接处，从柱顶上的一层层探出成弓形的承重结构叫 拱，拱与拱之间垫的方形木块叫斗。两者合称斗拱。 搁栅： 指从墙到墙平行布置，放在
22、梁或大梁上来支承铺面、铺地石板或者 天花板的板条或钉板条的木条。 木材在装修装饰中的应用 条木地板 拼花木地板 护壁板 木花格 旋切微薄木 木装饰线 纤维板 通常按产品密度分非压缩型和压缩型两大类。非压缩型产品为软质纤维板 ,密度 小于 0.4克 /厘米 3；压缩型产品有中密度纤维板（或称半硬质纤维板 ,密度 0.4 0.8 克 /厘米 3）和硬质纤维板 (密度大于 0.8克 /厘米 3)。 中密度纤维板 :结构均匀，密度和强度适中，有较好的再加工性。 产品厚度范围较宽，具有多种用途，如家具用材、电视机的壳体材料等。 硬质纤维板 产品厚度范围较小，在 3 8毫米之间。强度较高 ,3 4毫米厚度
23、 的硬质纤维板可代替 9 12毫米锯材薄板材使用。多用于建筑、船舶、车辆等。 胶合板 木材中的有害物质 1.游离甲醛 又称，甲醛是一种易挥发的物质。当空气中含有少量游离甲醛时会 引起眼睛刺痛，并有流泪症状。甲醛浓度升高时，人会感到咽喉痛痒，鼻痛、 胸闷、咳嗽、呼吸困难、软弱无力和头痛等症状。长期工作或生活在高浓度 甲醛环境中，人会慢性中毒并可导致消化系统障碍，视力障碍，甚至神经麻痹、 呼吸道粘膜及眼睛结膜溃烂。 游离甲醛主要释放源来自于三个方面： 人造板材，目前主要有中密度纤维板、 刨花板、胶合板和细木工板、饰面人造板。 部分胶粘剂中含有游离甲醛。 木家具中部分的部件端面没有封边处理和剖件中有部分安装连接孔，这些部位 容易释放游离甲醛。 2.可溶性铅、镉、铬、汞等重金属元素 主要来自于产品表面色漆涂层膜中，特别是部分彩色涂料家具中，儿童家具占有 一定比例，其涂层主要是涂料的着色颜料，如红丹、铅、铬黄、铅白等。此外， 由于无机颜料通常是从天然矿物质提炼并经过一系列化学物理反应制成，难免夹 带微量的重金属。
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