第10章木材10.1木材的構造10.2木材的主要技術性質10.3木材的應用及防護 10.1木材的構造

10.1.1樹木的分類

建筑工程中的木材是由樹木加工而成的，樹木的種類很多，一般按樹葉可分為針葉樹和闊葉樹兩大類。

針葉樹樹葉細長呈針狀，多為常綠樹，樹干通直高大，易得大材，其紋理順直，材質均勻，木質較軟，易于加工，常稱為軟木材；針葉樹材強度較高，表觀密度小，脹縮變形小，耐腐蝕性較強，包括松樹、杉樹和柏樹等樹種。針葉樹是建筑工程中主要應用的木材品種，主要用作結構材料，如梁、柱、樁、屋架、門窗等。闊葉樹樹葉寬大呈片狀，多為落葉樹，樹干通直部分較短，不易得大材，其木質較硬，加工較困難，常稱為硬木材；闊葉樹材強度高，表觀密度較大，脹縮變形大，易翹曲開裂，包括樟木、櫸木、柚木、水曲柳、柞木、樺木、檀木等眾多樹種。由于闊葉樹大部分具有美麗的天然紋理，故特別適于室內裝修或制造家具及膠合板、拼花地板等裝飾材料。10.1.2木材的構造

1．木材的宏觀構造

宏觀構造是用眼睛和放大鏡觀察到的木材的構造。通常通過三個不同的鋸切面來進行分析，即橫切面（垂直于樹軸的面）、徑切面（通過樹軸的縱切面）和弦切面（平行于樹軸的縱切面）。

從橫切面上觀察，木材由樹皮、木質部和髓心三個部分組成(圖10.1)，其中木質部是木材的主體。木質部顏色不均一，一般而言，靠近樹皮的色淺部分稱為邊材；靠近髓心的色深部分稱為心材。邊材含水量較多，易翹曲變形，耐腐蝕性較差；心材含水量較少，不易翹曲變形，耐腐蝕性較強。一般心材比邊材利用價值要大一些。圖10.1木材橫切面圖

從橫切面上可看到木質部有深淺相間的同心圓，稱為年輪，即樹木一年中生長的部分。在同一年輪中，春季生長的部分，色較淺，材質較軟，稱為春材(或早材)；夏秋季生長的部分，色較深，材質較硬，稱為夏材(或晚材)。

從橫切面上還可看到從髓心向四周輻射的線條，稱為髓線。樹種不同，髓線寬細不同，髓線寬大的樹種易沿髓線產生干裂。

2．木材的微觀構造

在顯微鏡下觀察到的木材組織稱為微觀構造。

從顯微鏡下觀察，可看到木材是由無數的管狀細胞組成，大多數細胞為縱向排列，少數橫向排列（如髓線）。每個細胞又由細胞壁和細胞腔兩部分組成。細胞壁由細纖維組成，細胞壁的厚薄對木材的表觀密度、強度、變形都有影響。細胞壁愈厚，木材的表觀密度愈大、強度愈高，濕脹干縮變形也愈大。

一般闊葉樹細胞壁比針葉樹厚，夏材比春材厚。

木材細胞的種類有管胞、導管、樹脂道、木纖維等。髓線由聯系很弱的薄壁細胞所組成。針葉樹主要由管胞和木纖維組成，闊葉樹主要由導管、木纖維及髓線組成。 10.2木材的主要技術性質

10.2.1木材的含水率

1.含水率

木材的含水量用含水率表示，指木材所含水的質量占木材干燥質量的百分比。

木材吸水的能力很強，其含水量隨所處環境的濕度變化而異，所含水分由自由水、吸附水、結合水三部分組成。吸附水存在于細胞壁中，自由水存在于細胞腔和細胞間隙中，結合水存在于化學成分中。自由水的變化只與木材的表觀密度、保水性、干燥性等有關，而吸附水的變化是影響木材強度和脹縮變形的主要因素，結合水在常溫下不變化，故其對木材性質無影響。

2.含水率指標

影響木材物理力學性質和應用的最主要的含水率指標是纖維飽和點和平衡含水率。

纖維飽和點是木材僅細胞壁中的吸附水達到飽和而細胞腔和細胞間隙中無自由水存在時的含水率,是木材物理力學性質變化的轉折點，一般在25％～35％之間。

平衡含水率是指木材中的水分與周圍空氣中的水分達到吸收與揮發動態平衡時的含水率。平衡含水率因地域而異，我國西北和東北約為8%，華北約為12%，長江流域約為18%，南方約為21%。10.2.2木材的濕脹干縮與變形

木材的干濕變形較大，木材的細胞壁吸收或蒸發水分使木材產生濕脹或干縮。木材的濕脹干縮與纖維飽和點有關，當木材中的含水率大于纖維飽和點、只是自由水增減變化時，木材的體積無變化；當含水率小于纖維飽和點時，含水率降低，木材體積收縮；含水率提高，木材體積膨脹。因此，從微觀上講，木材的脹縮實際上是細胞壁的脹縮。

木材的干濕變形是各向異性的，順紋方向脹縮最小，約為0.1％～0.2％；徑向次之，約為3％～6％；弦向最大，約6％～12％，木材弦向變形最大，是因管胞橫向排列而成的髓線與周圍聯結較差所致；徑向因受髓線制約而變形較小。一般闊葉樹變形大于針葉樹；夏材因細胞壁較厚，故脹縮變形比春材大。濕脹干縮將影響木材的使用。干縮會使木材翹曲、開裂、接榫松動、拼縫不嚴。濕脹可造成表面鼓凸，所以木材在加工或使用前應預先進行干燥，使其接近于與環境濕度相適應的平衡含水率。10.2.3木材的強度

木材的強度可分為抗壓、抗拉、抗剪、抗彎強度等，木材強度具有明顯的方向性且差別很大。

抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度有順紋和橫紋之分(所謂順紋是指作用力方向與纖維方向平行，橫紋是指作用力方向與纖維方向垂直)，而抗彎強度無順紋和橫紋之分。其中順紋抗拉強度最大，可達（50～150）MPa，橫紋抗拉強度最小。若以順紋抗壓強度為1，則木材各強度之間的關系見表10－1。表10－1木材各強度之間關系

1.含水率

木材的強度受含水率的影響很大，其規律是：當木材的含水率在纖維飽和點以下時，其強度隨含水率降低而升高，即吸附水減少，細胞壁趨于緊密，木材強度增大，反之，吸附水增加，木材的強度就降低；當木材含水率在纖維飽和點以上變化時，木材強度不改變。含水率大小對木材的各種強度影響不同，如含水率對順紋抗壓及抗彎強度影響較大，而對順紋抗拉和順紋抗剪強度影響較小。

根據現行標準GB1938—1991規定，木材的強度以含水率為12％時的測定值f12為標準值，其他含水率為w％時測得的強度fw，可按下式換算成f12

f12＝fw·［1+α(ω-12)］

（10－1）

式中:f12——含水率為12％時的強度值；

fw——含水率為w％時的實測強度值；

ω——含水率；

α——含水率校正系數,其中順紋抗壓α=0.05；橫紋抗壓α=0.045；順紋抗拉α=0.015，針葉樹α=0；順紋抗剪α=0.03；抗彎α=0.04。

2.荷載作用時間

荷載作用持續時間越長，木材抵抗破壞的強度越低。木材的持久強度(長期荷載作用下不引起破壞的最大強度)一般僅為極限強度的50％～60％。

3.疵病

木材中存在的缺陷，如腐朽、木節(死節、漏節、活節)、斜紋、亂紋、干裂、蟲蛀等都會導致木材的強度降低。

4.溫度

木材不宜用于長期受較高溫度作用的環境中，因為隨溫度升高，木材中的有機膠質會軟化。實驗表明，溫度從25℃升到50℃時，木材抗壓強度降低20％～40％，抗拉和抗剪強度降低12％～20％；若長期處于40℃～60℃的環境中，會引起木材緩慢碳化；若超過100℃，則導致木質分解，使木材強度降低。 10.3木材的應用及防護

10.3.1木材的種類與分等

建筑用木材根據材種(按制材規定可提供的木材商品種類及加工程度)可分為原條、原木、鋸材、枕木四種形式。

原條是指已去除根、皮、梢，但尚未按一定尺寸加工成規定尺寸的木料；主要用于建筑工程的腳手架、建筑用材和家具等。

原木是指去除根、皮、梢，并按一定尺寸規格和直徑要求鋸切和分類的圓木段；可分為加工用原木、直接用原木和特級原木，主要用于建筑工程的屋架、檁條、椽木等，也可用作樁木、電桿、坑木等。鋸材是指原木經縱向鋸解加工成材的木料；凡寬度為厚度的3倍或3倍以上的木料稱為板材，凡寬度不足厚度3倍的木料稱為枋材。主要用于建筑工程、橋梁、家具、車輛、包裝箱板等。

枕木是指按枕木斷面和長度加工而成的材料，主要用于鐵道工程。

根據現行標準規定：加工用原木與普通鋸材根據各種缺陷的容許限度分為一等、二等和三等。

建筑上承重結構用木材，按受力要求分成Ⅰ級、Ⅱ級和Ⅲ級三級。I級用于受拉或受彎構件，Ⅱ級用于受彎或受壓彎的構件，Ⅲ級用于受壓構件及次要受彎構件。10.3.2人造板材

1．膠合板

膠合板亦稱層壓板。由蒸煮軟化的原木旋切成大張薄片，然后將各層纖維方向相互垂直放置，用耐水性好的合成樹脂膠黏結，再經加壓、干燥、鋸邊、表面修整而成的板材。其層數成奇數，一般為（3～13）層，分別稱為三合板、五合板等。膠合板大大提高了木材的利用率，其主要特點是：由小直徑的原木就能制得寬幅的板材；因其各層單板的纖維互相垂直，故能消除各向異性，得到縱橫一樣的均勻強度；干濕變形小；沒有木節和裂紋等缺陷，而且表面平整，有美麗花紋，極富裝飾性。膠合板廣泛用作建筑室內隔墻板，天花板、門框、門面板以及各種家具及室內裝修等。用來制作膠合板的樹種有椴木、樺木、水曲柳、櫸木、色木、柳桉木等。依膠合質量和使用膠料不同，分為四類。其名稱、特性和用途見表10－2。

膠合板的尺寸規格(單位為mm)：闊葉樹材膠合板的厚度為2.5、2.7、3.0、3.5、4、5、6、…、24，自4mm起，按1mm遞增；針葉樹材膠合板的厚度為3、3.5、4、5、6、…自4mm起，按1mm遞增；寬度有915、1220、1525三種規格；長度有915、1525、1830、2135、2440五種規格。常用的規格為：1220mm×2440mm×(3～3.5)mm。表10－2膠合板分類、特性及適用范圍

2．纖維板

纖維板是將樹皮、刨花、樹枝等廢料經破碎、浸泡、研磨成木漿，再經加壓成型、干燥處理而制成的板材。根據成型時溫度與壓力不同，可分為硬質纖維板、半硬質纖維板和軟質纖維板三種。纖維板構造均勻，完全克服了木材的各種缺陷，不易變形、翹曲和開裂，各向同性，力學性質均勻，隔聲、隔熱、電絕緣性能較好，無疵病，加工性能好。硬質纖維板密度大，強度高，可用于建筑物的室內裝修、車船裝修和制作家具，也可用于制造活動房屋及包裝箱。半硬質纖維板可作為其他復合板材的基材及復合地板。軟質纖維板密度低，吸濕性大，但其保溫、吸聲、絕緣性能好，故可用于建筑物的吸聲、保溫及裝修。表10－3纖維板常用規格

3．細木工板

細木工板是利用木材加工過程中產生的邊角廢料，經整形、刨光施膠、拼接、貼面而制成的一種人造復合板材。細木工板是由上下二層為夾板、中間為小塊木條壓擠連接作芯材復合而成。板芯一般采用充分干燥的短小木條，板面采用單層薄木或膠合板。細木工板不僅是一種綜合利用木材的有效措施，而且這樣制得的板材構造均勻、尺寸穩定、幅面較大、厚度較大。除可用作表面裝飾外，也可直接兼作構造材料。

細木工板按制作方法可分為熱壓和冷壓兩種。冷壓是芯材和夾板膠合，只經過重壓，所以表面夾板易翹起；熱壓是芯材和夾板經過高溫、重壓、膠合等工序制作而成，板材不易脫膠，比較牢固。細木工板按面板材質和加工工藝質量，分為一、二、三3個等級，其常用尺寸為2440mm×1220mm×16mm。

細木工板具有較大的硬度和強度，質輕，耐久且易加工，適用于制作家具底材或飾面板，也是裝修木作工程的主要材料。但若采用質量較差的細木工板，則空隙太大，費工較多，容易變形。因此，使用時應謹慎選用。

4．刨花板

刨花板是將木材加工后的木屑、木刨花或木質纖維料等，經切碎、篩選后拌入膠料、硬化劑、防水劑等經成型、熱壓而成的一種人造板材。

刨花板具有板面平整挺實、材質均勻、密度小、強度高、板幅大、質輕、保溫、較經濟、加工性能好等特點。如經過特殊處理后，還可制得防火、防霉、隔聲等不同性能的板材。

刨花板常用規格為2440mm×1220mm×(6、8、10、13、16、19、22、25、30、…)mm等。

刨花板適用于保溫、吸聲或室內裝飾及制作各種木器、家具等，使用時不宜用釘子釘，因刨花板中木屑、木片、木塊結合疏松，易使釘孔松動。因此，在通常情況下，應采用木螺絲或小螺栓固定。

5．木絲板

木絲板是將木材碎料刨鋸成木絲，經化學處理，用水泥、水玻璃膠結壓制而成，表面木絲纖維清晰，有凹凸，呈灰色。

木絲板具有質輕、隔熱、吸聲、隔音、韌性強、美觀、可任意粉刷、噴漆、調配色彩，耐用度高，不易變質腐爛，防火性能好，施工簡便，價低等特點。

木絲板規格尺寸為：長（1800～3600）mm，寬（600～1200）mm，厚（4、6、8、10、12、16、…）mm，自12mm起，按4mm遞增。

木絲板主要用于：天花板、壁板、隔斷、門板內材、家具裝飾側板、廣告或浮雕底板等。

6．中密度纖維板(MDF)

中密度纖維板是以木質粒片在高溫蒸汽熱力下研化為木纖維，再加入合成樹脂，經加壓、表面砂光而制得的一種人造板材。

中密度纖維板具有密度均勻、結構強、耐水性高等特點。規格有：2440mm×1220mm，1830mm×1220mm，2135mm×1220mm，2135mm×915mm，1830mm×915mm等；厚度有（3.6、6、9、10、12、15、16、18、19、25）mm。

中密度纖維板主要用于隔斷、天花板、門扇、浮雕板、踢腳板、家具、壁板等，還可用作復合木地板的基材。10.3.3木材的防護

1．腐朽與防腐

木材在適合的條件下，有良好的耐久性，但處于干濕交替環境中，木材會產生腐朽。俗語說：“干千年，濕千年，干干濕濕兩三年”。這就說明環境條件對木材的影響很大。木材的腐朽是由于真菌腐蝕所致，影響木材的真菌有霉菌和腐朽菌。霉菌以細胞腔內物質為養料，對木材無影響；腐朽菌則以細胞壁為養料，是造成木材腐朽的主要原因。腐朽菌在木材中生存和繁殖必須具備三個條件，即：水分、適宜的溫度和空氣中的氧。所以木材完全干燥和完全浸入水中（缺氧）都不易腐朽。當木材處于含水率15％～50％、溫度為25℃～30℃，又有足夠的空氣的條件下，腐朽菌最易生存和繁殖，木材也最易腐朽。木材防腐的途徑是破壞腐朽菌生存和繁殖條件。通常防止木材腐朽的措施有以下兩種：

（1）是破壞真菌生存