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木材

&Nbsp;   木材是人类生活中必不可少之材料,具备质轻,有较高强度,容易加工之优点,且某些树种纹理美观;但也有容易变形,易腐,易燃,质地不均匀,各方向强度不一致,并且常有天然缺陷,故认识木材重要性,才能正确使用木材。
一、木材的树种和分类
  树木分为针叶树阔叶树两大类,针叶树理直、木质较软、易加工、变形小。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。

  木材的树种和分类
分类标准
分类名称
说明
主要用途
按树种
分类
针叶树
树叶细长如针,多为常绿树,材质一般较软,有的含树脂,故又称软材,如:红松落叶松、云杉、冷杉杉木柏木等,都属此类
建筑工程,木制包装,桥梁,家具,造船,杆,坑木,枕木,桩木,机械模型等。
阔叶树
树叶宽大,叶脉成网状,大部分为落叶树,材质较坚硬,故称硬材。如:樟木、水曲柳青冈柚木山毛榉、色木等,都属此类。也有少数质地稍软的,如桦木、椴木、山杨、青杨等,都属此类
建筑工程,木材包装,机械制造,造船,车辆,桥梁,枕木,家具,坑木及胶合板
按材质
分类
系指已经除去皮、根、树梢的木料,但尚未按一定尺寸加工成规定的材类
建筑工程的脚手架,建筑用材,家具装潢等
系指已经除去皮、根、树梢的木料,并已按一定尺寸加工成规定直径和长度的木料
1.直接使用的原木:用于建筑工程(如屋梁、檩、掾等)、桩木、电杆、坑木等
2.加工原木:用于胶合板、造船、车辆、机械模型及一般加工用材等
系指已经加工锯解成材的木料,凡宽度为宽度的三倍或三倍以上的,称为板材,不足三倍的称为方材
建筑工程、桥梁、木制包装、家具、装饰等
枕木
系指按枕木断面和长度加工而成的成材
道工程
  二、木 材 的 性 质
 1.木材强度

  质地不均匀,各方面强度不一致是木材之重要特点,也是其缺点。木材沿树干方(习惯叫顺纹)之强度较垂直树干之横向(横纹)大得多。例图为松木与杂木三方向之抗压强度。各方面强度之大小,可以从管形细胞之构造、排列之方面找到原因。木纤维纵向联结最强,故顺纹抗拉强度最高。木材顺纹受压,每个细胞都好象一根管柱,压力大到一定程度细胞壁向内翘曲然后破坏。故顺纹抗压强度比顺纹抗拉强度小。横纹受压,管形细胞容易被压扁,所以强度仅为顺纹抗压强度之1/8左右,弯曲强度介于抗拉,抗压之间。
  木材顺纹抗拉强度最高,是指用标准试件作拉力试验得出数值,实际上,木材常有木节、斜纹、裂缝等“疵病”,故抗拉强度将降低很多,强度值不稳定,一般木材多用作柱、桩、斜撑、屋架上弦等顺纹受压构件,疵病对顺纹抗压强度影响不是很大,强度值也较稳定。木工师傅常说“立木顶千斤”,很好地达了木材顺纹抗压较强之特点。木材也用作受弯构件,如梁、板。对受弯构件之木材须严格挑选,避免疵病之影响。
  2.木材含量对强度,干缩之影响

  木材之另一特性是含水量大小值直接影响到木材强度和体积,木材含水量即木材所含水分之重量与木材干重之比,亦称为含水率,取一块木材称一下重量,假定是4.16Kg,把它烘干到绝对干燥状态,再称重量是3.4Kg,则此木材之干重为3.4Kg,所含水分之重量为4.16-3.4=0.76Kg。这块木材之含水率为:

  含水率(w%)=(含水木材之重量-干木材之重量)/(干木材之重量) x100%=0.76/3.4x100%=22.3%

  新伐木材,细胞间隙充满水,100%含有水分,在场地堆放时,细胞腔里之水先蒸发出去,此时木材总重量减轻,但体积和强度都没有什么变化。到一定时候,细胞腔之水都蒸发完毕,可细胞壁里还充满水,此情况叫“纤维饱和”。这时含水率约为30%,为方便起见,就规定含水率30%为“纤维的饱和点”。含在细胞壁之水继续蒸发,引起细胞壁变化,这时,木材不但重量减轻,体积也开始收缩,强度开始增加。
  木材强度随含水率变化是因为细胞壁纤维间之胶体是“亲水”之故。水分蒸发后,胶体塑性减小,胶结力增加,可以和纤维共同抵抗外力之作用,含水量变化对顺纹抗拉强度影响较小,对顺纹抗压强度和弯曲强度影响较大。例如松木在纤维饱和点顺纹抗压强度约为3KN/CM2。
  木材因含水量减少引起体积收缩之现象叫作干缩,干缩也叫作“各向异性”例如从纤维饱和点降到含水率0%时,顺纹干缩甚小,为0.1~0.3%,横纹径向干缩为3.66%,弦向干缩最大竟大9.63%,体积干缩为13.8%,所以当木材纹理不直不匀,表面和内部水分蒸发速度不一致,各部分干缩程度不同时,就出现弯、扭等不规则变形、干缩不匀就会出现裂缝。
  木材强度变化和干缩,为使用木材带来诸多不便,我们不可能消除这种客观存在之不利变化,但能认识掌握其变化规律,控制此变化。木材水分可以被蒸发到空气中,空气中水分也会被吸进来,后一现象为“吸湿”,吸湿为木材之特性,主要是木材含水率达到相对饱和点,其含水率过高,或过低都会给木材基本物理性能带来不利因素。例图为空气湿度与相对湿度关系因素。

  对应某一空气湿度和相对湿度,就有一个木材含水率数值,这个值称为“平衡含水率”。例:当地室内平均湿度32。,相对湿度55%。从图中查出平衡含水率为10%,家具类高档用材,一般含水率为15%,一般木材制品(含木制包装),有关部门定为18%~25%左右为达标产品,因木材在含水率18%以下,木腐菌就无法生存繁殖。
  3.木材密度之大概值
  所有木材之密度几乎相同,约为1.44~1.57,平均值为1.54,其表现密度因树种不同而稍有不同。(例表)
  不同木材之表现密度(Kg/m3)
沙木
红松
柏木
铁杉
桦木
水曲柳
柞木
樟木
楠木
麻栎
梗木
376
440
588
500
635
686
376
529
610
956
702
  三、木材特征及其定义
  异常着色(Abnormal STain)
  指因真菌而引起的任何木材变色。通常在板面上见到的是黑色线条。
  气干板材(Air-DRIed Lumber)
  指板材暴露于空气而干燥的板材,这类干燥通常在储木场进行。而且不涉及人工加热。
  树皮斑快(BarK Pocket)
  指板材表面含有树皮状斑块,但该斑块并不延伸至板材的侧面。
  木材腐朽(Decay)
  木材腐朽是指因真菌侵入而导致木材内部组成发生变化。
  木材变色(Discoloration)
  指原木过度暴露于阳光使其颜色发生变化。
  疏松树节(Encased Knot)
  当某一树节与其周围生长轮不连结在一起时,该树节被称为疏松树节。
  生材(Green Lumber)
  指刚刚锯切下的木材。
  窑干板材(Kiln-DRIed Lumber)
  指在干燥窑里用人工加热的方法而干燥的板材。
  矿物质条纹和斑点(Mineral Streaks aNd Spots)
  在硬枫和锻木中常会见到一些深色木材着色,这就是所谓的矿物质条纹和斑点。在无疵的锯切木板中,这类矿物质条纹和斑点,或类似性质的条纹和斑点是允许存在的。但是。很多树种如硬枫一等和二等及锻木主要等级对板材表面着色都有限制条款。另外。无疵的锯切木板不能有任何含树皮的矿物质条纹。
  髓心(PITh)
  髓心指位于原木中心部位疏松的小圆柱。
  干燥而引起的裂纹(Season Checks)
  指木材因干燥而产生穿越若干年轮的开裂。无疵的锯切木板里己不允许有这类裂纹存在,除非这些裂纹延伸很浅。但在坚实型锯切木板里,如果这类裂纹不影响锯切木板的强度是允许存在的。  轮裂(ShaKe)
  年轮与年轮之间而出现的开裂称为轮裂。
  结实的树节(Sound Knot)
  指不含树皮或腐朽的硬树节。
  木材开裂(Split)
  指木细胞撕开而导致的木材分裂。
  板材边角缺陷(Wane)
  该缺陷指板材边角含树皮或缺少一部分木材。
  板材变型(Warp)
  指板材表面上的各种变形,包括弓形凸起、弯曲、杯状变形、扭曲或若干种变形的组合。
  四、各种木材缺陷的名称、定义和对材质的影响
  木材缺陷的名称和定义,适用于中国所有针叶树木材的圆材、锯材和单板产品。
  1、节子 包含在树干或主枝木材中产枝条部分称为节子。
  A: 活节:由树木的活枝条所形成。节子与周围木材紧密连生,质地坚硬,构造正常。
  死节:由树木的枯死枝条所形成。节子与周围木材紧密大部或全部脱离,质地坚硬或松软,在板材中有时脱落而形成空洞。
  B: 健全节:节子材质完好,系无腐朽迹象。
  腐朽节:节子本身已腐朽,但并未透入树干内部,节子周围材质仍完好。
  漏 节:不但节子本身已经腐朽,而且深入树干内部,引起木材内部腐朽。因此漏李常成为树干内部腐朽的外部特征。
  C: 圆形节(包括椭圆形节——节子断面的长径与短径之比不足3)节子断面呈圆形或椭圆形,多表现在圆材的表面和锯材的弦切面上.
  条状节:在锯材的径面上呈长条状:节子纵截面的长径与短径或长度之比等于3或3以上,多由生散生节纵割而成.
  掌状节:呈现在锯材的径切面上,成两相对称排列的长条状。多由轮生节纵割而成。
  D: 散生节:在树干上成单个地散生,这种节子最常见。
  轮生节:围绕树干成轮状排列,在短距离内节子数目较多,常见于松、云杉等属的树种。
  群生节:两个或两个以上的节子簇生在一起,在短距离内节子数目较多。
  岔节:因分岔的稍头与主干纵轴线成锐角,而形成。在圆材上呈极长的圆形,在锯材和单板,也呈椭圆形或长带状。
  E: 材面节:节子露于宽材面上(正方形即指四个纵向面上)。
  材 节:节子露于窄材面之上。
  材棱节:节子露于边棱上。
  贯通节:在相对材面或相邻材面贯通的节子。
  节子对材质的影响:
  节子破坏木材构造的均匀性和完整性,不仅影响木材表面的美观和加工性质,更重要的是降低木材的某些强度,不利于木材的有效利用。特别是承重结构所用木材的等,与节子尺寸的大小和数量有密切关系。节子影响利用的程度,主要是根据节子的材质、分布位置、尺寸大小、密集程度和木材的用途而定。节子对顺纹抗拉强度的影响最大,其次是抗弯强度,特别是位于构件边缘的节子最明显;对顺纹抗压强度影响较小;与此相反,节子能提高横纹抗压和顺纹强度。
  2、变色 凡木材正常颜色发生改变的,即叫做变色。有化学变色和真菌性变色两种。
  A: 化学变色:伐倒木由于化学和生物化学的反应过程而引起线红棕色,褐色或橙黄色等不正常的变色,即为化学变色。其颜色一般都比较均匀,且分布仅限于表层(深达1—5毫米),经过干燥后,即褪色变淡。但也有经水运的针叶材边材部分经快速干燥后产生黄斑的现象。
  对材质的影响:化学变色对木材物理、力学性质没有影响。严重时仅损害装饰材的外观。
  1色:木材因真菌侵入而引起的变色即真茵变色。

  2变色:边材表面由霉菌的菌丝体和孢子体侵染所形成。其颜色随孢子和菌丝颜色以及所分泌的色素而异;有蓝、绿、黑、紫、红等不同颜色。通常呈分散的斑点状或密集的薄层。
  对材质的影响:霉菌只限于木材表面,干燥后易于清除,但有时在木材表面会残留污斑,因而损害木材外观,但不改变木材的强度性质。
  B: 变色菌变色:系伐倒木边材在变色菌作用下所形成。最常见的是青变或叫青皮。其次是其他边材色斑,有橙黄色,粉红色或浅紫色,棕褐色等。这种缺陷主要是由于干燥迟缓或缺乏保管措施所引起。
  对材质的影响:变色菌的变色,一般不影响木材的物理力学性质。但严重青变时,对木材抗冲击强度稍有降低。并增强其吸水性,损害木材外观。通常这种变色不会形成腐朽。
  腐朽菌变色:系朽菌侵入木材初期所形成。最常见的是红斑。有的呈浅红褐色、棕褐色或紫红色;有的也呈淡黄白色或粉红褐色等。所有破坏木材的真菌,在其开始活动时,都将引起木材的变色。心材红斑或其他色斑,多由于树木在生长期中木腐菌侵入初期所引志。边材红斑或其他色斑,则是伐倒木或锯材因保管不善导致木腐菌侵入初期所引起。
  对材质的影响:腐朽初期这色的木材仍保持原有的构造和硬度,其物理、力学性质基本没有变化。但有的抗冲击强度稍有降低,吸水性能略有增加,并损害外观。在不干燥或不适当的保管和使用情况下,将发展成为腐朽。

  3、腐朽 木材由于木腐菌的侵入,逐渐改变其颜色和结构,使细胞壁受到破坏,物理,力学性质随之发生变化,最后变得松软易碎,呈筛孔状或粉末状等形态,这种状态即称为腐朽。
  1白腐:即白色腐朽。主要由白腐菌破坏木素,同时也能破坏纤维素所形成。受害木材多呈白色或淡黄白色或浅红褐色或暗褐色等,具有大量浅色或白色斑点,并显露出纤维状结构;其外观多似蜂窝,状如筛孔,也叫筛孔状腐朽,或叫腐蚀性腐朽。白腐后期,材质松软,容易剥落。
  2褐腐:即褐色腐朽。主要由褐腐菌破坏纤维素所形成。外观呈红褐色棕褐色,质脆,中间有纵横交错的块状裂隙。褐腐后期,受害木材很容易捻成粉末,所以称为粉末状腐朽,或叫破坏性腐朽。
  2.1边材腐朽(外部腐朽):树木伐倒后,木腐菌自边材外表侵入所形成。因边腐产生在树干周围的边材部分,故又称外部腐朽。通常枯立木、倒木也容易引起边腐。木材保管不善是导致边材腐朽的主要原因。如遇合适条件,边腐会继续发展。
  2.2心材腐朽(内部腐朽)系立木受木腐菌侵害所形成的心材(或熟材)部分的腐朽。因在树干内部,故又称内部腐朽。多数心材腐朽在树木伐倒后,不会继续发展。心材腐朽呈空心状,空心周围材质坚硬者,称为“铁”。
  2.3根部腐朽:简称根腐。通常由木腐菌自根部的外伤侵入树干心材而形成。腐朽沿树干上升,越往上越小似楔形。
  2.4干部腐朽:简称干腐。通常由木腐菌自树枝折断处或树干外伤侵入树干心材所成。腐朽一般向上、下蔓延,状似雪茄形。
  腐朽对材质的影响:腐朽严重影响木材的物理、力学性质。使木材重量减轻,吸水量大,强度降低,特别是硬度降低较明显。通常褐腐对强度的影响最为显著;褐腐后期,强度基本上接近于0,白腐有时还能保持木材一定的完整性。一般完全丧失强度的腐朽材,其使用价值也就随消失。

  4、虫害
  因各种昆虫害而造成的缺陷称为木材虫害。
  虫眼(虫孔):各种昆虫所蛀的孔道,叫做虫孔或称虫眼。
  1表面虫眼和虫沟:指昆虫蛀蚀圆材的径向深度不足10毫米的虫眼和虫沟。
  2小虫眼:指虫孔最小直径不足3毫米的虫眼。
  3大虫眼:指虫孔最小直径自3毫米以上的虫眼。
  虫害对材质的影响;表面虫害和虫沟常可随板皮一起锯除,故对木材的利用基本上没有什么影响;分散的小虫眼影响也不大;但深度在10毫米以上的大虫眼和深而密集的小虫眼,能破坏木材的完整性,并降低其力学性质;而且虫眼也是引起边材变色和腐朽的重要通道。

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