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第11章 木材
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木材的分类与构造
木材的性质
土木工程中常用木材及木质材料制品
木材的防腐与防火
思考题
本章内容
木材是一类来自木本植物的天然材料,为了区别于人造木材,也有称为天然木材的。木材广泛地应用于国民经济的各个部门,是当今重要土木工程材料之一。木材经过物理加工和化学处理,可以生产出改性木材、木质人造材料和木质复合材料等性能差异悬殊的木质材料。
一、木材的分类
木材树种很多,从外形上分为针叶树和阔叶树两大类。大部分针叶树纹理平直、材质均匀、木质较软、易加工、变形小,建筑上广泛用作承重构件和装修材料,如杉树、松树等。大部分阔叶树质密、木质较硬、加工较难、易翘裂、纹理美观,适用于室内装修,如水曲柳、枫木等。
二、木材的构造
木材的构造分为宏观构造和显微构造。木材的宏观构造是指在肉眼或扩大镜下所能看到的构造,它与木材的颜色、气味、光泽、纹理等构成区别于其他材料的显著特征。显微构造是指用显微镜观察到的木材构造,而用电子显微镜观察到的木材构造称为超微构造。
1. 木材的宏观构造
木材是由无数不同形态、不同大小、不同排列方式细胞所组成。要全面地了解木材构造,必须在横切面、径切面和弦切面三个切面上进行观察()。
(1) 横切面是指与树干主轴或木纹相垂直的切面。可以观察到各种轴向分子的横断面和木射线的宽度。
(2) 径切面是指顺着树干轴线、通过髓心与木射线平行的切面。在径切面上,可以观察到轴向细胞的长度和宽度以及木射线的高度和长度。年轮在径切面上呈互相平行的带状。
木材的分类与构造
(3) 弦切面是顺着木材纹理、不通过髓心而与年轮相切的切面。在弦切面上年轮呈“V”字形。
从木材三个不同切面观察木材的宏观构造,可以看出,树干由树皮、木质部、髓心组成。一般树的树皮覆盖在木质部外面,起保护树木的作用。髓心是树木最早形成的部分,贯穿整个树木的干和枝的中心,材性低劣,易于腐朽,不适宜作结构材。土木工程使用的木材均是树木的木质部分,木质部分的颜色不均,一般接近树干中心部分,含有色素、树脂、芳香油等,材色较深,水分较少,对菌类有毒害作用,称为心材。靠近树皮部分,材色较浅,水分较多,含有菌虫生活的养料,易受腐朽和虫蛀,称为边材。
每个生长周期所形成的木材,在横切面上所看到的,围绕着髓心构成的同心圆称为生长轮。温带和寒带地区的树木,一年只有一度生长,故生长轮又可称为年轮。但在有干湿季节之分的热带地区,一年中也只生一圆环。在同一年轮内,生长季节早期所形成的木材,胞壁较薄、形体较大、颜色较浅、材质较松软称为早材(春材)。到秋季形成的木材,胞壁较厚、组织致密、颜色较深、材质较硬称为晚材(秋材)。在热带地区,树木一年四季均可生长,故无早、晚材之别。相同树种,年轮越密而均匀,材质越好;晚材部分愈多,木材强度愈高。
木材的分类与构造
2. 木材的显微构造
木材的微观构造是指借助光学显微镜观察的结构。各种木材的显微构造是各式各样的。
针叶树显微构造()简单而规则,它主要由管胞、木薄壁组织、木射线、树脂道组成。管胞是组成针叶材的主要分子,占木材体积90%以上。木射线是以髓心呈辐射状排列的细胞,占木材体积7%左右,细胞壁很薄,质软,在木材干燥时最易沿木射线方向开裂而影响木材利用。木薄壁组织是一种纵行成串的砖形薄壁细胞,有的形成年轮的末缘,有的散布于年轮中。树脂道系木薄壁组织细胞所围成的孔道,树脂道降低木材的吸湿性,可增加木材的耐久性。
木材的分类与构造
木材的三个切面
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阔叶树材的显微构造()较复杂,其细胞主要有导管、阔叶树材管胞、木纤维、木射线和木薄壁组织、树胶道等。导管是由一连串的纵行细胞形成的无一定长度的管状组织,构成导管的单个细胞称为导管分子,导管分子在横切面上呈孔状,称为管孔。木纤维是阔叶材的主要组成分子之一,占木材体积50%以上,主要起支持树体和承受机械力作用,与木材力学性质密切相关。木纤维在木材中含量愈多,其密度和强度相应增加,胀缩也较大。
阔叶树材组成的细胞种类比针叶树材较多,且比较进化。最显著的是针叶树材组成的主要分子——管胞既有输导功能,又有对树体的支持机能;而阔叶树材则不然,导管起输导作用,木纤维则起支持树体的机能。针叶树材与阔叶树材的最大差异(除极少数树种例外),是前者无导管,而后者具有导管,有无导管是区分绝大多数阔叶材和针叶材的重要标志。此外,阔叶树材比针叶树材的木射线宽、列数也多;薄壁组织类型丰富、且含量多。
木材的分类与构造
木材的分类与构造
枫香显微构造立体图
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