木材
[拼音]:mucai
[外文]:timber,wood
工程中所用的木材主要取自樹木的樹干部分。木材因取得和加工容易,自古以來就是一種主要的建筑材料。
木材的種類
木材可分為針葉樹材和闊葉樹材兩大類。杉木及各種松木、云杉和冷杉等是針葉樹材;柞木、水曲柳、香樟、檫木及各種樺木、楠木和楊木等是闊葉樹材。中國樹種很多,因此各地區(qū)常用于工程的木材樹種亦各異。東北地區(qū)主要有紅松、落葉松(黃花松)、魚鱗云杉、紅皮云杉、水曲柳;長江流域主要有杉木、馬尾松;西南、西北地區(qū)主要有冷杉、云杉、鐵杉。
木材的構(gòu)造
樹干由樹皮、形成層、木質(zhì)部(即木材)和髓心組成。從樹干橫截面的木質(zhì)部上可看到環(huán)繞髓心的年輪。每一年輪一般由兩部分組成:色淺的部分稱早材,是在季節(jié)早期所生長,細胞較大,材質(zhì)較疏;色深的部分稱晚材,是在季節(jié)晚期所生長,細胞較小,材質(zhì)較密。有些木材,在樹干的中部,顏色較深,稱心材;在邊部,顏色較淺,稱邊材。針葉樹材主要由管胞、木射線及軸向薄壁組織等組成,排列規(guī)則,材質(zhì)較均勻。闊葉樹材主要由導(dǎo)管、木纖維、軸向薄壁組織、木射線等組成,構(gòu)造較復(fù)雜。由于組成木材的細胞是定向排列,形成順紋和橫紋的差別。橫紋又可區(qū)別為與木射線一致的徑向;與木射線相垂直的弦向。針葉樹材一般樹干高大,紋理通直,易加工,易干燥,開裂和變形較小,適于作結(jié)構(gòu)用材。某些闊葉樹材,質(zhì)地堅硬、紋理色澤美觀,適于作裝修用材。
木材的缺陷
也稱疵病,可分為三大類:
(1)天然缺陷。如木節(jié)、斜紋理以及因生長應(yīng)力或自然損傷而形成的缺陷。木節(jié)是樹木生長時被包在木質(zhì)部中的樹枝部分。原木的斜紋理常稱為扭紋,對鋸材則稱為斜紋。
(2)生物為害的缺陷。主要有腐朽、變色和蟲蛀等。
(3)干燥及機械加工引起的缺陷。如干裂、翹曲、鋸口傷等。缺陷降低木材的利用價值。為了合理使用木材,通常按不同用途的要求,限制木材允許缺陷的種類、大小和數(shù)量,將木材劃分等級使用。腐朽和蟲蛀的木材不允許用于結(jié)構(gòu),因此影響結(jié)構(gòu)強度的缺陷主要是木節(jié)、斜紋和裂紋。
木材的物理性質(zhì)
木材的主要物理性質(zhì)有:
(1)密度。指單位體積木材的重量。木材的重量和體積均受含水率影響。木材試樣的烘干重量與其飽和水分時的體積、氣干時的體積及爐干時的體積之比,分別稱為氣干密度、基本密度及爐干密度。木材密度隨樹種而異。大多數(shù)木材的氣干密度約為0.3~0.9克/厘米3。密度大的木材,其力學(xué)強度一般較高。
(2)木材含水率。指木材中水重占烘干木材重的百分數(shù)。木材中的水分可分兩部分,一部分存在于木材細胞胞壁內(nèi),稱為吸附水;另一部分存在于細胞腔和細胞間隙之間,稱為自由水(游離水)。當吸附水達到飽和而尚無自由水時,稱為纖維飽和點。木材的纖維飽和點因樹種而有差異,約在23~33%之間。當含水率大于纖維飽和點時,水分對木材性質(zhì)的影響很小。當含水率自纖維飽和點降低時,木材的物理和力學(xué)性質(zhì)隨之而變化。木材在大氣中能吸收或蒸發(fā)水分,與周圍空氣的相對濕度和溫度相適應(yīng)而達到恒定的含水率,稱為平衡含水率。木材平衡含水率隨地區(qū)、季節(jié)及氣候等因素而變化,約在10~18%之間。
(3)脹縮性。木材吸收水分后體積膨脹,喪失水分則收縮。木材自纖維飽和點到爐干的干縮率,順紋方向約為0.1%,徑向約為3~6%,弦向約為 6~12%。徑向和弦向干縮率的不同是木材產(chǎn)生裂縫和翹曲的主要原因。
木材的力學(xué)性質(zhì)
木材有很好的力學(xué)性質(zhì)(見表)。但木材是有機各向異性材料,順紋方向與橫紋方向的力學(xué)性質(zhì)有很大差別。木材的順紋抗拉和抗壓強度均較高,但橫紋抗拉和抗壓強度較低。木材強度還因樹種而異,并受木材缺陷、荷載作用時間、含水率及溫度等因素的影響,其中以木材缺陷及荷載作用時間兩者的影響最大。因木節(jié)尺寸和位置不同、受力性質(zhì)(拉或壓)不同,有節(jié)木材的強度比無節(jié)木材可降低30~60%。在荷載長期作用下木材的長期強度幾乎只有瞬時強度的一半。
木材加工、處理和應(yīng)用
除直接使用原木外,木材都加工成板方材或其他制品使用。為減小木材使用中發(fā)生變形和開裂,通常板方材須經(jīng)自然干燥或人工干燥。自然干燥是將木材堆垛進行氣干。人工干燥主要用干燥窯法,亦可用簡易的烘、烤方法。干燥窯是一種裝有循環(huán)空氣設(shè)備的干燥室,能調(diào)節(jié)和控制空氣的溫度和濕度。經(jīng)干燥窯干燥的木材質(zhì)量好,含水率可達10%以下。使用中易于腐朽的木材應(yīng)事先進行防腐處理(見竹材和木材的耐久性)。用膠合的方法能將板材膠合成為大構(gòu)件,用于木結(jié)構(gòu)、木樁等。木材還可加工成膠合板、碎木板、纖維板等。
在古建筑中木材廣泛應(yīng)用于寺廟、宮殿、寺塔以及民房建筑中。中國現(xiàn)存的古建筑中,最著名的有山西五臺山佛光寺東大殿,建于公元857年;山西應(yīng)縣木塔,建于公元1056年,高達67.31米。在現(xiàn)代土木建筑中,木材主要用于建筑木結(jié)構(gòu)、木橋、模板、電桿、枕木、門窗、家具、建筑裝修等。
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