8.第八章木材详解课件.ppt

土木工程材料第八章 木材w第第2 2节节 木材的物理力学性质木材的物理力学性质w 木木材材的的物物理理力力学学性性质质主主要要有有含含水水率率、、湿湿胀胀干干缩缩、、强强度度等等性性能能，，其其中中含含水水率率对对木木材材的的湿胀干缩性和强度影响很大湿胀干缩性和强度影响很大w1. 1. 木材的含水率木材的含水率w木木材材的的含含水水率率是是指指木木材材中中所所含含水水的的质质量量占占干干燥燥木木材材质质量量的的百百分分数数木木材材中中主主要要有有三三种种水水，，即即自自由由水水、、吸吸附附水水和和结结合合水水自自由由水水是是存存在在于于木木材材细细胞胞腔腔和和细细胞胞间间隙隙中中的的水水分分，，吸吸附附水水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分w（（1 1）木材的纤维饱和点）木材的纤维饱和点w 当当木木材材中中无无自自由由水水，，而而细细胞胞壁壁内内吸吸附附水水达达到到饱饱和和时时，，这这时时的的木木材材含含水水率率称称为为纤纤维饱和点维饱和点w（（2 2）木材的平衡含水率）木材的平衡含水率w木木材材中中所所含含的的水水分分是是随随着着环环境境的的温温度度和和湿湿度度的的变变化化而而改改变变的的，，当当木木材材长长时时间间处处于于一一定定温温度度和和湿湿度度的的环环境境中中时时，，木木材材中中的的含含水水量量最最后后会会达达到到与与周周围围环环境境湿湿度度相相平平衡衡，，这这时木材的含水率称为平衡含水率。

时木材的含水率称为平衡含水率w2. 2. 木材的湿胀与干缩变形木材的湿胀与干缩变形w 木木材材具具有有很很显显著著的的湿湿胀胀干干缩缩性性，，其其规规律律是是：：当当木木材材的的含含水水率率在在纤纤维维饱饱和和点点以以下下时时，，随随着着含含水水率率的的增增大大，，木木材材体体积积产产生生膨膨胀胀，，随随着着含含水水率率减减小小，，木木材材体体积积收收缩缩；；而而当当木木材材含含水水率率在在纤纤维维饱饱和和点点以以上上，，只只是是自自由由水水增增减减变变化化时时，，木木材材的的体体积积不不发发生生变变化化纤维饱和点是木材发生湿胀干缩的转折点纤维饱和点是木材发生湿胀干缩的转折点w 由由于于木木材材为为非非匀匀质质构构造造，，故故其其胀胀缩缩变变形形各各向向不不同同，，其其中中以以弦弦向向最最大大，，径径向向次次之之，，纵向（即顺纤维方向）最小纵向（即顺纤维方向）最小 第三节第三节 木材的强度木材的强度w1. 1. 木材的力学强度木材的力学强度w在在建建筑筑结结构构中中，，木木材材常常用用的的强强度度有有抗抗拉拉、、抗抗压压、、抗抗弯弯和和抗抗剪剪强强度度。

由由于于木木材材的的构构造造各各向向不不同同，，致致使使各各向向强强度度有有差差异异，，为为此此木木材材的的强强度度有有顺顺纹纹强强度度和和横横纹纹强强度度之之分分木木材材的的顺顺纹纹强强度度比比其其横横纹纹强强度度要要大大得得多多，，所所以以工工程程上上均均充充分分利利用用它它们们的的顺顺纹纹强强度度从从理理论论上上讲讲，，木木材材强强度度中中以以顺顺纹纹抗抗拉拉强强度度为为最最大大，，其其次次是是抗抗弯弯强强度度和和顺顺纹纹抗抗压压强度，但木材的顺纹抗压强度最高强度，但木材的顺纹抗压强度最高w 当当以以顺顺纹纹抗抗压压强强度度为为１１时时，，木木材材理理论论上上各各强度大小关系如表强度大小关系如表8-18-1所示 木材的强度检验是采用无疵病的木材制成标准试件，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》进行测定试验时，木按《木材物理力学试验方法》进行测定试验时，木材在各向上受不同外力时的破坏情况各不相同，其中材在各向上受不同外力时的破坏情况各不相同，其中顺纹受压破坏是因细胞壁失去稳定所致，而非纤维断顺纹受压破坏是因细胞壁失去稳定所致，而非纤维断裂。

裂w2. 2. 影响木材强度的主要因素影响木材强度的主要因素w( (１１) ) 含水量的影响含水量的影响w 木木材材的的强强度度受受含含水水率率的的影影响响很很大大，，其其规规律律是是：：当当木木材材的的含含水水率率在在纤纤维维饱饱和和点点以以下下时时，，随随含含水水率率降降低低，，即即吸吸附附水水减减少少，，细细胞胞壁壁趋趋于于紧紧密密，，木木材材强强度度增增大大，，反反之之，，则则强强度度减减小小当当木木材材含含水水率率在在纤纤维饱和点以上变化时，木材强度不改变维饱和点以上变化时，木材强度不改变w 我我国国木木材材试试验验标标准准规规定定，，测测定定木木材材强强度度时时，，应应以以其其标标准准含含水水率率（（即即含含水水率率为为1212％％））时时的的强强度度测测值值为为准准，，对对于于其其他他含含水水率率时时的的强强度度测测值值，，应应换换算算成成标标准准含含水水率率时时的的强强度度值值其其换换算算经经验验公公式式如如下：下：w式中式中 σ: σ:含水率为含水率为1212％时的木材强度％时的木材强度(MPa(MPa）；）；w σσW W : : 含含水水率率为为ＷＷ(%)(%)时时的的木木材材强强度度(MPa)(MPa)；；w Ｗ－一试验时的木材含水率Ｗ－一试验时的木材含水率w α—— α——木材含水率校正系数。

木材含水率校正系数w αα随随作作用用力力和和树树种种不不同同而而异异，，如如顺顺纹纹抗抗压压所所有有树树种种均均为为 0.050.05；；顺顺纹纹抗抗拉拉时时阔阔叶叶树树为为0.0150.015，，针针叶叶树树为为００；；抗抗弯弯所所有有树树种种为为0.040.04；；顺顺纹纹抗抗剪剪所所有树种为有树种为0.030.03w( (２２) ) 负荷时间的影响负荷时间的影响w木木材材对对长长期期荷荷载载的的抵抵抗抗能能力力与与对对暂暂时时荷荷载载不不同同木木材材在在外外力力长长期期作作用用下下，，只只有有当当其其应应力力远远低低于于强强度度极极限限的的某某一一定定范范围围以以下下时时，，才才可可避避免免木木材材因因长长期期负负荷荷而而破破坏坏这这是是由由于于木木材材在在外外力力作作用用下下产产生生等等速速蠕蠕滑滑，，经经过过长长时时间间以以后后，，最最后后达达到到急剧产生大量连续变形而致急剧产生大量连续变形而致w 木木材材在在长长期期荷荷载载作作用用下下不不致致引引起起破破坏坏的的最最大大强强度度，，称称为为持持久久强强度度木木材材的的持持久久强强度度比比其其极极限限强强度度小小得得多多，，一一般般为为极极限限强强度度的的5050％％～～6060％％。

一一切切木木结结构构都都处处于于某某一一种种负负荷荷的的长长期期作作用用下下，，因因此此在在设设计计木木结结构构时时，，应应考考虑虑负负荷荷时时间间对对木材强度的影响木材强度的影响w（（3 3）温度的影响）温度的影响w 木木材材强强度度随随环环境境温温度度升升高高而而降降低低当当温温度度由由２２５５℃℃升升到到５５００℃℃时时，，针针叶叶树树抗抗拉拉强强度度降降低低10%10%～～15%15%，，抗抗压压强强度度降降低低2020％％～～2424％％当当木木材材长长期期处处于于6060～～100℃100℃温温度度下下时时，，会会引引起起水水分分和和所所含含挥挥发发物物的的蒸蒸发发，，而呈暗褐色，强度明显下降，变形增大而呈暗褐色，强度明显下降，变形增大w温温度度超超过过140℃140℃时时，，木木材材中中的的纤纤维维素素发发生生热热裂裂解解，，色色渐渐变变黑黑，，强强度度显显著著下下降降因因此此，，长长期期处处于于高高温温的的建建筑物，不宜采用木结构筑物，不宜采用木结构 w（４）疵病的影响（４）疵病的影响w 木木材材在在生生长长、、采采伐伐、、保保存存过过程程中中，，所所产产生生的的内内部部和和外外部部的的缺缺陷陷，，统统称称为为疵疵病病。

木木材材的的疵疵病病主主要要有有木木节节、、斜斜纹纹、、裂裂纹纹、、腐腐朽朽和和虫虫害害等等一一般般木木材材或或多多或或少少都都存存在在一一些些疵疵病病，，致致使使木木材材的的物物理理力力学学性性质质受受到影响w第四节第四节 木材的防腐与防火木材的防腐与防火w1. 1. 木材的腐朽与防腐木材的腐朽与防腐w （（1 1）木材的腐朽）木材的腐朽w 木木材材的的腐腐朽朽为为真真菌菌侵侵害害所所致致真真菌菌分分霉霉菌菌、、变变色色菌菌和和腐腐朽朽菌菌三三种种，，前前两两种种真真菌菌对对木木材材影影响响较较小小，，但但腐腐朽朽菌菌影影响响很很大大腐腐朽朽菌菌寄寄生生在在木木材材的的细细胞胞壁壁中中，，它它能能分分泌泌出出一一种种酵酵素素，，把把细细胞胞壁壁物物质质分分解解成成简简单单的的养养分分，，供供自自身身摄摄取取生生存存，，从从而而致致使使木木材材产产生生腐腐朽朽，，并并遭遭彻彻底底破破坏坏真真菌菌在在木木材材中中生生存存和和繁繁殖殖必必须须具具备备三三个个条条件件，，即即：：适适量量的的水水分分、、空空气气（（氧氧气气））和和适适宜宜的的温温度度：：温温度度低低于于５５℃℃时时，，真真菌菌停停止止繁繁殖，而高于６０殖，而高于６０℃℃时，真菌则死亡。

时，真菌则死亡w（（2 2）木材防腐措施）木材防腐措施w 根根据据木木材材产产生生腐腐朽朽的的原原因因，，通通常常防防止止木材腐朽的措施有以下两种：木材腐朽的措施有以下两种：w a a．破坏真菌生存的条件．破坏真菌生存的条件w破破坏坏真真菌菌生生存存条条件件最最常常用用的的办办法法是是：：使使木木结结构构、、木木制制品品和和储储存存的的木木材材处处于于经经常常保保持持通通风风干干燥燥的的状状态态，，并并对对木木结结构构和和木木制制品品表表面面进进行行油油漆漆处处理理，，油油漆漆涂涂层层既既使使木木材材隔隔绝绝了空气，又隔绝了水分了空气，又隔绝了水分wb b．把木材变成有毒的物质．把木材变成有毒的物质w 将将化化学学防防腐腐剂剂注注入入木木材材中中，，使使真真菌菌无无法法寄寄生生木木材材防防腐腐剂剂种种类类很很多多，，一一般般分分水水溶溶性性防防腐腐剂剂、、油油质质防防腐腐剂剂和和膏膏状状防防腐腐剂剂三三类类水水溶溶性性防防腐腐剂剂常常用用品品种种有有氯氯化化锌锌、、氟氟化化钠钠、、硅硅氟氟酸酸钠钠、、硼硼铬铬合合剂剂、、硼硼酚酚合合剂剂、、铜铜铬铬合合剂剂、、氟氟砷砷铬铬合合剂剂等等。

水水溶溶性性防防腐腐剂剂多多用用于于室室内内木木结结构构的的防防腐腐处处理理油油质质防防腐腐剂剂常常用用的的有有煤煤焦焦油油、、混混合合防防腐腐油油、、强强化化防防腐腐油油等等油油质质防防腐腐剂剂色色深深、、有有恶恶臭臭，，常常用用于于室室外外木木构构件件的的防防腐腐膏膏状状防防腐腐剂剂由由粉粉状状防防腐腐剂剂、、油油质质防防腐腐剂剂、、填填料料和和胶胶结结料料（（煤煤沥沥青青、、水水玻玻璃璃等等））按按一一定定比比例例混合配制而成，用于室外木材防腐混合配制而成，用于室外木材防腐w2. 2. 木材的防火木材的防火w2.12.1木材的可燃性木材的可燃性w 木木材材是是国国家家建建设设和和人人民民生生活活中中重重要要物物质质资资源源之之一一木木材材属属木木质质纤纤维维材材料料，，易易燃燃烧烧，，它它是是具具有有火火灾灾危危险险性性的的有机可燃物有机可燃物w2.22.2木材燃烧及阻燃机理木材燃烧及阻燃机理w 木木材材在在热热的的作作用用下下要要发发生生热热分分解解反反应应，，随随着着温温度度升升高高，，热热分分解解加加快快当当温温度度高高至至220℃220℃以以上上达达木木材材燃燃点点时时，，木木材材燃燃烧烧放放出出大大量量可可燃燃气气体体，，这这些些可可燃燃气气体体中中有有着着大大量量高高能能量量的的活活化化基基，，活活化化基基氧氧化化燃燃烧烧后后继继续续放放出出新新的的活活化化基基，，如如此此形形成成一一种种燃燃烧烧链链反反应应，，于于是是火火焰焰在在链链状状反反应应中中得得到到迅迅速速传传播播，，使使火火越越烧烧越越旺旺，，此此称称气气相相燃燃烧烧。

在在实实际际火火灾灾中中，，木木材材燃燃烧烧温温度度可可高高达达800800～～1300℃1300℃所所谓谓木木材材的的防防火火，，就就是是将将木木材材经经过过具具有有阻阻燃燃性性能能的的化化学学物物质质处处理理后后，，变变成成难难燃燃的的材材料料，，以以达达到到遇遇小小火火能能自自熄熄，，遇遇大大火火能能延缓或阻滞燃烧蔓延，从而赢得扑救的时间延缓或阻滞燃烧蔓延，从而赢得扑救的时间w根根据据燃燃烧烧机机理理，，阻阻止止和和延延缓缓木木材材燃燃烧烧的的途途径径，，通通常常可有以下几种：可有以下几种：w （（1 1））抑抑制制木木材材在在高高温温下下的的热热分分解解实实践践证证明明，，某某些些含含磷磷化化合合物物能能降降低低木木材材的的热热稳稳定定性性，，使使其其在在较较低低温温度度下下即即发发生生分分解解，，从从而而减减少少可可燃燃气气体体的的生生成成，，抑抑制气相燃烧制气相燃烧w （（2 2））阻阻滞滞热热传传递递通通过过实实践践发发现现，，一一些些盐盐类类、、特特别别是是含含有有结结晶晶水水的的盐盐类类，，具具有有阻阻燃燃作作用用例例如如含含结结晶晶水水的的硼硼化化物物、、含含水水氧氧化化铝铝和和氢氢氧氧化化镁镁等等，，遇遇热热后后则则吸吸收收热热量量而而放放出出水水蒸蒸气气，，从从而而减减少少了了热热量量传传递递。

磷磷酸酸盐盐遇遇热热缩缩聚聚成成强强酸酸，，使使木木材材迅迅速速脱脱水水炭炭化化，，而而木木炭炭的的导导热热系系数数仅仅为为木木材材的的1 1／／2 2～～1/31/3，，从从而而有有效效地地抑抑制制了了热热的的传传递递同同时时，，磷磷酸酸盐盐在在高高温温下下形形成成的的玻玻璃璃状状液液体体物物质质覆覆盖盖在在木木材材表表面面，，也也起起到到了了隔隔热热层层作作用w（（3 3））稀稀释释木木材材燃燃烧烧面面周周围围空空气气中中的的氧氧气气和和热热分分解解产产生生的的可可燃燃气气体体，，增增加加隔隔氧氧作作用用如如采采用用含含结结晶晶水水的的硼硼化化物物和和含含水水氧氧化化铝铝等等，，遇遇热热放放出出的的水水蒸蒸汽汽，，能能稀稀释释氧氧气气及及可可燃燃气气体体的的浓浓度度，，从从而而抑抑止止了了木木材材的的气气相相燃燃烧烧，，而而磷磷酸酸盐盐和和硼硼化化物物等等在在高高温温下下形形成成玻玻璃璃状状覆盖层，则阻滞了木材的固相燃烧覆盖层，则阻滞了木材的固相燃烧w解释以下名词：解释以下名词：w （（１１））自自由由水水；；（（２２））吸吸附附水水；；（（３３））纤纤维维饱饱和和点点；；（（４４））平衡含水率；（５）标准含水率；（平衡含水率；（５）标准含水率；（6 6）持久强度。

持久强度w解解w（（1 1）自由水：自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分自由水：自由水是存在于木材细胞腔和细胞间隙中的水分w（（2 2）吸附水：吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分吸附水：吸附水是被吸附在细胞壁内细纤维之间的水分w（（3 3））纤纤维维饱饱和和点点：：当当木木材材中中无无自自由由水水，，而而细细胞胞壁壁内内吸吸附附水水达达到到饱和时的木材含水率称为纤维饱和点饱和时的木材含水率称为纤维饱和点w（（４４））平平衡衡含含水水率率：：在在一一定定温温度度和和湿湿度度环环境境中中，，木木材材中中的的含含水水量量达到与周围环境湿度相平衡时含水率称为平衡含水率达到与周围环境湿度相平衡时含水率称为平衡含水率w（５）标准含水率：含水率为（５）标准含水率：含水率为1212％为木材的标准含水率％为木材的标准含水率w（（6 6））持持久久强强度度：：木木材材在在长长期期荷荷载载作作用用下下不不致致引引起起破破坏坏的的最最大大强强度，称为持久强度度，称为持久强度w木木材材的的纤纤维维饱饱和和点点，，是是指指木木材材的的细细胞胞壁壁中中吸吸附附水水达达饱饱和和状状态态，，而而细细胞胞腔腔及及细细胞胞间间隙隙中中不不含含自自由由水水时时的的含含水水率率。

是是木木材材变变形形、、强强度度等等主要性质受含水变化影响的转折点主要性质受含水变化影响的转折点w 平平衡衡含含水水率率是是指指在在一一定定温温、、湿湿度度环环境境下下，，木木材材内内部部含含水水率率不不再再发发生生变变化化时时，，此此时时的的含含水水率率为为平平衡衡含含水水率率即即木木材材与与环环境境进进行行湿湿度度交交换换，，达达到到平平衡衡时时的的含含水水率率在在工工程程中中，，应应使使用用达达到到平平衡衡含含水水率率的的木木材材，，以以便便使使用用中中其其性能基本保持稳定性能基本保持稳定w规规定定含含水水率率为为１１５５％％时时为为木木材材的的标标准准含含水水率率此此状状态态（（接接近近气气干干状状态态））下下的的木木材材强强度度为为标标准准强强度度以以此此进进行行木木材材强强度度的的测测定定和和比比较较与与选用，更接近实际使用状态选用，更接近实际使用状态。