木材的含水率与构造,木材的基本知识

木材的基本知识

12.1.1.1　木材的分类与构造

木材按树种通常可分为针叶树材和阔叶树材两大类。

（1）针叶树　针叶树叶子细长呈针状，大多为四季常青树。树干通直且高大，纹理顺直，材质均匀，木质较软，易于加工，故称“软木材”。其强度较高，干湿变形较小，耐腐蚀性较强。针叶树广泛用于各种承重结构构件和门窗、地面用材及装饰用材。常用的树种有红松、马尾松、落叶松、冷杉、云杉、柏树等。

（2）阔叶树　阔叶树树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶树，树干通直部分较短，材质较硬，较难加工，故称“硬木材”。阔叶树木材强度高，体积密度大，胀缩变形大，易翘曲或开裂。建筑上阔叶树常用来制作尺寸较小的构件，不宜制作承重构件；有些树种纹理美观，常用作装饰用材。常用的树种有榆木、椴木、榉木、水曲柳、泡桐、柞木等。装饰中常用的国内树种及其性能见表12.1。

（3）木材的宏观和微观构造　木材的宏观构造是指用肉眼或放大镜能看到的木材组织。图12.1显示了木材的三个切面：横切面（垂直于树轴的切面）、径切面（通过树轴的纵切面）和弦切面（平行于树轴的纵切面）。木材的宏观构造主要由树皮、木质部和髓心三部分构成。

木材的微观构造是指用显微镜看到的木材组织，如图12.2所示。木材是由管状细胞紧密结合而成，管状细胞多为纵向排列，少数横向排列（如形成的骨髓线）。每个细胞由细胞壁和细胞腔两部分组成，细胞壁能吸附和渗透水分，并负责承受外力的作用。因此，细胞壁越厚的木材，其细胞腔越小，木材会越密实，密度和强度也越大，但干缩变形也越大。针叶树的微观构造简单而规则，髓线细而不明显；阔叶树的微观构造较复杂，髓线粗大而明显。因此，阔叶树的纹理比针叶树的纹理明显而丰富。

图12.1　木材的宏观构造

1-横切面；2-径切面；3-弦切面；4-树皮；5-木质部；6-髓心；7-髓线；8-年轮

图12.2　木材的微观构造

表12.1　装饰中常用的国内树种及其性能

12.1.1.2　木材的性质

（1）密度和体积密度　木材的体积密度因树种不同而不同。大多数木材的表观密度在400～600kg/m³范围内，平均为500kg/m³。木材的体积密度随其含水率的提高而增大，通常以含水率为15％（标准含水率）时的密度为准。

（2）木材的含水率　木材的含水率是指木材中所含水的质量与木材干燥后质量的百分比值。

木材中的水分可分为三种，即自由水、吸附水和化合水。

自由水是呈游离状态存在于组成木材的细胞间隙中，影响木材的表观密度、燃烧性、干燥性及渗透性。吸附水是呈吸附状态存在于细胞壁的纤维丝间的水分，是影响木材强度和胀缩变形的主要因素。化合水是含量极少的组成细胞化合成分的水分，对木材的性能无影响。

1）木材的纤维饱和点。当潮湿的木材蒸发水分时，首先蒸发的是自由水，当自由水蒸发完毕而吸附水尚在饱和状态时的含水率称为纤维饱和点。

纤维饱和点是所有木材材性变异的转折点，对木材的强度、胀缩变化、导电性有很大影响。木材的纤维饱和点随树种不同而有所差别，一般为25％～35％。

2）平衡含水率。木材与周围空气的相对湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。当周围空气的相对湿度为100％时，木材的平衡含水率与其纤维饱和点相等。

新伐木材含水率通常在35％以上，长期处于水中的木材含水率更高。为了避免木材在使用过程中含水率变化太大而引起变形和开裂，最好在木材加工使用前，将其风干至使用环境长年平均的平衡含水率。我国平衡含水率北方约为12％，南方约为18％。

（3）湿胀与干缩　木材具有显著的湿胀干缩性。当潮湿木材进行干燥时，在纤维饱和点之前，蒸发的均为自由水，不影响细胞形状，木材尺寸不变。当含水率降至纤维饱和点以下，亦即当细胞壁中吸附水蒸发时，细胞壁厚度变薄，使木材发生体积收缩。在纤维饱和点以内，木材的收缩与含水率的减少一般呈线性关系。反之，当干燥的木材吸水后，由于吸附水增加，产生体积膨胀。达到纤维饱和点时，其体积膨胀率最大。此后，即使含水率继续增加，其体积也不再膨胀。

木材的湿胀干缩大小因树种而异。一般而言，木材表观密度越大，胀缩就越大，如硬木等。木材由于构造的不均匀，使各方向胀缩不一致。以干缩为例，同一树种木材，其纵向（顺纤维方向）收缩较小（0.1％～0.2％），可以忽略不计；径向收缩较大，约为3％～6％；弦向收缩最大，约为径向的两倍左右，所以木材易沿半径方向开裂。

（4）强度　木材的强度主要有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度和抗剪强度。每一类强度根据施力方向不同又有顺纹受力与横纹受力之分。由于木材结构构造各向异性，在顺纹方向，木材的抗拉强度和抗压强度都比横纹方向高得多，而横纹方向、弦向又不同于径向。