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天然木材的构造、密度及疵病对强度的影响

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:图1.58木材的构造心材和边材木质部靠近髓心部分颜色较深,称为心材;靠近外围部分颜色较浅,称为边材。年轮内侧颜色较浅部分是春天生长的木质,组织疏松,材质较软,称为春材(早材)。密度和表观密度木材的密度一般为1.48~1.56 g/cm3,表观密度一般为400~600 kg/m3。木材的天然疵病会明显降低木材强度。

天然木材的构造、密度及疵病对强度的影响

1)木材的结构

从外观看,树木主要分为3部分:树干、树冠和树根。树干是由树皮、形成层木质部和髓心4个部分组成。木质部是树干最主要的部分,也是木材主要使用的部分。髓心是位于树干中心的柔软薄壁组织,其松软、强度低、易干裂和腐朽。

图1.58 木材的构造

(1)心材和边材 木质部靠近髓心部分颜色较深,称为心材;靠近外围部分颜色较浅,称为边材。边材含水高于心材,容易翘曲,如图1.58所示。

(2)年轮、春材和夏材 从横切面上看到的深浅相同的同心圆,称为年轮。年轮内侧颜色较浅部分是春天生长的木质,组织疏松,材质较软,称为春材(早材)。年轮外侧颜色较深部分是夏、秋两季生长的,组织致密,材质较硬,称为夏材(晚材)。树木的年轮越均匀、密实,材质越好。夏材所占比例越多,木质强度越高。

2)木材的性质

木材具有轻质高强,弹性、韧性好,耐冲击、振动,保温性好,易着色和油漆,装饰性好,易加工等优点。但其存在内部构造不均匀,易吸水、吸湿,易腐朽、虫蛀,易燃烧,天然瑕疵多,生长缓慢等缺点。

(1)密度和表观密度 木材的密度一般为1.48~1.56 g/cm3,表观密度一般为400~600 kg/m3。木材的表观密度越大,其湿胀干缩变化也越大。

(2)含水率 木材细胞壁内充满吸附水,达到饱和状态,而细胞腔和细胞间隙中没有自由水时的含水量,称为纤维饱和点,一般在25%~35%。它是木材物理力学性质变化的转折点。

(3)湿胀与干缩 当木材含水率在纤维饱和点以上变化时,木材的体积不发生变化;当木材的含水率在纤维饱和点以下时,随着干燥,体积收缩;反之,干燥木材吸湿后,体积将发生膨胀,直到含水率达到纤维饱和点为止。一般表观密度大、夏材含量多的,胀缩变形大。由于木材构造的不均匀性,造成各方向的胀缩值不同,其中纵向收缩小,径向较大,弦向最大。

(4)吸湿性 木材具有较强的吸湿性,木材在使用时其含水率应接近或稍低于平衡含水率,即木材所含水分与周围空气的湿度达到平衡时的含水率。长江流域一般为15%。

(5)力学性质 当含水率在纤维饱和点以下,木材强度随含水率增加而降低。木材的天然疵病会明显降低木材强度。

3)木材的分类(www.xing528.com)

(1)按加工程度和用途分 木材按照加工程度和用途的不同分为原条、原木、锯材和枕木4类(图1.59)。

①原条:指除去皮、根、树梢、树桠等,但尚未加工成材的木料,用于建筑工程的脚手架、建筑用材、家具等。

②原木:指已加工成规定直径和长度的圆木段,用于建筑工程(如屋架、檩、椽等)、桩木、电杆、胶合板等加工用材。

③锯材:指经过锯切加工的木料。截面宽度为厚度的3倍或3倍以上的称为板材,不足3倍的称为枋材。

④枕木:指按枕木断面和长度加工而成的成材,用于铁道工程。

(2)按树叶不同分 树木按树叶形状分为针叶树和阔叶树两大类。木材的微观构造如图1.60所示。

图1.59 木材

(a)原条;(b)原木;(c)锯材;(d)枕木

图1.60 木材的微观构造

(a)软木的显微构造(马尾松);(b)硬木的显微构造(柞木)

①针叶树:树干通直高大,纹理顺直,材质均匀、较软、易加工,又称为“软木材”。其表观密度和胀缩变形小,耐腐蚀性好,是主要的建筑用材,用于各种承重构件、门窗、地面和装饰工程。常用的树种有红松、马尾松、兴安落叶松华山松油松云杉冷杉等。

②阔叶树:树干通直部分短,密度大,材质硬,难加工,又称为“硬木材”。其胀缩和翘曲变形大,易开裂,建筑上常用作尺寸小的构件,如制作家具、胶合板等。常用的树种有卜氏杨、红桦、枫杨、青冈栎、香樟、紫椴、水曲柳、泡桐、柳桉等。

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