1园林木材.ppt
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1、2015.102015.10第第4章章 木材和竹材木材和竹材4.14.1木材木材 木材外观朴实、性能稳定,具有良好触觉效果,用木材建造的生活空间给人亲切、放松感。木材在园林中运用广泛,古建中的亭、台、楼、阁多为木结构,山西应县的木塔、蓟县独乐寺堪称木结构的杰作。还有园林设施如木栈道、木平台、木种植器、木桌椅等。蓟县独乐寺木材的主要特点:木材的主要特点:1、轻质高强,对热、声和电的传导性能比较低;2、有良好的弹性和塑性、能承受冲击和振动等作用;3、容易加工、木纹美观;4、在干燥环境或长期置于水中均有很好的耐久性;5、构造不均匀,各向异性;6、易吸湿吸水;7、易燃、易腐、天然疵病较多;8、长期处于
2、干湿交替环境中,耐久性变差。4.1.1.14.1.1.1木材的分类木材的分类(1)按树种分类 针叶树材,阔叶树材(2)按材种分类 原条,原木,锯材,枕木4.1.14.1.1木材的分类与构造木材的分类与构造(1)按树种分类种类特点用途树种针叶树(软材)树叶细长,成针状,多为常绿树;纹理顺直,木质较软,强度较高,表观密度小;耐腐蚀性较强,胀缩变形小 是建筑工程中主要使用的树种,多用作承重构件、门窗等 松树、杉树、柏树等阔叶树(硬材)树叶宽大,叶脉呈网状,大多为落叶树;木质较硬,加工较难;表观密度大,胀缩变形大 常用作内部装饰、次要的承重构件和胶合板等 榆树、桦树、水曲柳等表表1 木材按树种分类木材
3、按树种分类木材按材种不同可分为原条、原木、锯材、枕木四类。原条原条是指已经修枝、剥皮但尚未加工造材的木材。原木原木是指伐倒后,经修枝并截成规定长度的木材。原条原条原木原木(1)按材种分类锯材锯材:又称板方材,是指按一定尺寸锯解、加工成的板材和方材。由原木纵向锯成的板材和方材的统称。宽度为厚度三倍以上的称“板材”;宽度不足厚度三倍的矩形木材称“方材”。枕木枕木:是按枕木断面和长度加工而成的方材,主要用于铁道工程。方材板材表表2 木材分类规格及用途木材分类规格及用途 树木因其生长的环境不同,其构造也不同。研究木材的构造通常从宏观和微观两个层次进行。1 1、木材的宏观构造、木材的宏观构造 木材的宏观
4、构造是指用肉眼或借助放大镜能观察到的构造特征。4.1.1.2木材的构造1-横切面2-径切面3-弦切面4-树皮5-木质部6-年轮7-髓线8-髓心8 木材在各个方向上的构造是不一致的。了解木材构造必须从横切面(垂直于树轴)、径切面(重合于树轴)和弦切面(平行于树轴)三个切面进行观察。树干的三个切面树干的三个切面 早材早材形成层的活动受季节影响很大,温带和寒带树木在一年的早期形成的木材,或热带树木在雨季形成的木材,由于环境温度高,水分足,细胞分裂速度快,细胞壁薄,形体较大,材质较松软,材色浅,称为早材。晚材晚材到了温带和寒带的秋季或热带的旱季,树木的营养物质流动缓慢,形成层细胞的活动逐渐减弱,细胞分
5、裂速度变慢并逐渐停止,形成的细胞腔小而壁厚,材色深,组织较致密,称为晚材。横切面上单位长度年轮越多,分布越均匀材质越好。晚材含量越高,木材强度越大,木材质量越好。(1)年轮、早材和晚材横切面上可以看到深浅相间的同心圆,称为年轮。(2)树皮 1.树皮:是指树木木质部以外所有组织的总称。2.树皮的层次 外皮:指树皮外层已死的组织,一般颜色较浅,亦称死皮。内皮:指树皮内层活的组织,颜色较深,亦称活皮。树皮是识别木材的重要依据,在工程中应用价值不大。园林中常用松树皮做地表覆盖材料。树皮的构造树皮的构造(3)边材和心材 在木材横切面或径切面上观察,靠髓心,材色较深部分称心材心材;靠树皮材色较浅部分称边边
6、材材。心材含水量较少,不易翘曲变形,抗蚀性较强;边材含水量高,易干燥,也易被湿润,所以容易翘曲变形,抗蚀性也不如心材。相思木相思木第一年轮组成的初生木质部分称为髓心(树心)。从髓心成放射状横穿过年轮的条纹,称为髓线(木射线)。髓心材质松软,强度低,易腐朽开裂。髓线与周围细胞联结软弱,在干燥过程中,木材易沿髓线开裂。(4)髓心和髓线 在显微镜下所见的木材组织称为微观结构。木材是由无数管状细胞紧密结合而成。多数纵向排列,少数横向排列。每一个细胞由细胞壁和细胞腔两部分组成,细胞壁由纤维构成。木材的细胞壁愈厚,腔愈小,木材愈密实,表观密度和强度也越大。但其胀缩变形也大。针叶树针叶树管胞管胞阔叶树阔叶树
7、树脂道树脂道髓线髓线导管导管木纤维木纤维髓线髓线 2.2.木材的显微结构木材的显微结构1-管胞;2-髓线;3-树脂道马尾松的显微构造马尾松的显微构造3 31-导管;2-髓线;3-木纤维柞木的显微构造柞木的显微构造 木材细胞因功能不同可分为管胞、导管、木纤维、髓线等。管胞在树木中起支撑和输送养分的作用;木质素的作用是将纤维素、半纤维素粘结在一起,构成坚韧的细胞壁,使木材具有强度和硬度。针叶树的显微结构简单而规则,主要是由管胞和髓线组成,其髓线较细小,不明显。阔叶树的显微结构较复杂,主要由导管、木纤维及髓线组成,其髓线很发达,粗大而明显。导管是壁薄而腔大的细胞,大的管孔肉眼可见。有无导管和有无导管
8、和髓线粗细是鉴别阔叶树和针叶树的重要特征。髓线粗细是鉴别阔叶树和针叶树的重要特征。木材缺陷:我国木材标准木材缺陷:我国木材标准GB/T15787-2006GB/T15787-2006原木检验术原木检验术语语的定义是:凡呈现在原木上能降低质量、影响使用的定义是:凡呈现在原木上能降低质量、影响使用的各种缺点,称为木材缺陷。的各种缺点,称为木材缺陷。木材主要缺陷包括:木材主要缺陷包括:节子、腐朽、虫眼、裂纹、弯曲、偏枯、外夹皮等。节子、腐朽、虫眼、裂纹、弯曲、偏枯、外夹皮等。4.1.1.3木材的缺陷(1 1)节子节子定义:埋在定义:埋在 树干内部的活枝条或枯死枝条的基部称为节子。树干内部的活枝条或枯
9、死枝条的基部称为节子。节子节子的种类:的种类:(1)1)活节:活节:节子与周围木材紧密连生,质地坚硬,构造正节子与周围木材紧密连生,质地坚硬,构造正常。常。节子节子的种类:的种类:(2)2)死节:节子与周围木材大部分或全部脱离,在板材中死节:节子与周围木材大部分或全部脱离,在板材中有时脱落形成空洞的节子。有时脱落形成空洞的节子。节子节子的种类:的种类:(3)3)漏节:节子本身腐朽并已深入树干内部的腐朽。漏节:节子本身腐朽并已深入树干内部的腐朽。37节子节子对材质及加工利用的影响对材质及加工利用的影响 :(1 1)节子破坏了木材结构)节子破坏了木材结构的均匀性及完整性,使木的均匀性及完整性,使木
10、材某些强度如顺纹抗拉、材某些强度如顺纹抗拉、抗弯强度降低,不利于木抗弯强度降低,不利于木材的有效利用。材的有效利用。38节子节子对材质及加工利用的影响对材质及加工利用的影响 :(2 2)活节与死的健全节给加)活节与死的健全节给加工造成困难,如使木材纹工造成困难,如使木材纹理紊乱,增大刀具的切削理紊乱,增大刀具的切削阻力,制浆造纸时节子难阻力,制浆造纸时节子难熬煮,减慢纤维的分离过熬煮,减慢纤维的分离过程,混脏木浆,影响纸张程,混脏木浆,影响纸张颜色等。颜色等。39(2 2)腐朽腐朽概念:木材受木腐菌侵蚀后,不但颜色发生改变,而且其物理、力学性质也发生改变,最后木材结构变得松软、易碎,呈筛孔状或
11、粉末状等形态,这种现象称为腐朽。40腐朽腐朽对材质的影响对材质的影响 腐朽腐朽严重地影响木材的物理、力学性质,使木材重量严重地影响木材的物理、力学性质,使木材重量减轻,吸水性增大,强度和硬度降低。通常在褐腐后期,减轻,吸水性增大,强度和硬度降低。通常在褐腐后期,木材的强度基本丧失。木材的强度基本丧失。41(3 3)裂纹裂纹定义:木材纤维与纤维之间分离所形成的裂隙,叫开裂或裂纹。42裂纹裂纹对材质的影响对材质的影响 裂纹,尤其是贯通裂纹破坏了木材的完整性,降低了裂纹,尤其是贯通裂纹破坏了木材的完整性,降低了木材的强度,影响木材的利用和装饰价值。木材的强度,影响木材的利用和装饰价值。43(4)蛀孔
12、 概念概念 :昆虫或海生钻孔动物蛀蚀木材形成的孔道叫蛀孔。:昆虫或海生钻孔动物蛀蚀木材形成的孔道叫蛀孔。4.1.24.1.2木材的物理特性和力学性能木材的物理特性和力学性能一一、物理性质、物理性质二二、木材的力学性质、木材的力学性质4.1.2.1 木材的物理性质木材的物理性质1 1、密度与表观密度、密度与表观密度木材的密度密度各树种相差不大,一般为1.491.57 g/cm3。木材的表观密度表观密度则随木材孔隙率、含水量以及其他因素的变化而不同。一般有气干表观密度、绝干表观密度和饱水表观密度之分。木材的表观密度愈大,其湿胀干缩率也愈大。大多数木材的表观密度在400600kg/m3范围内,平均为
13、500kg/m3。2、吸湿率和含水率、吸湿率和含水率木材内所含的水,根据其存在形式可分为三类:自由水自由水是存在于细胞腔和细胞间隙中的水。吸附水吸附水是存在于细胞壁中的水分。化合水化合水是木材化学组成的结合水。当自由水蒸发完毕,而吸附水尚在饱和状态时,木材的含水率称为木材的“纤维饱和点纤维饱和点”。一般在25%35%之间,平均为30%.纤维饱和点的重要纤维饱和点的重要意义:它是所有木意义:它是所有木材性质的转折点。材性质的转折点。如强度、干缩湿胀如强度、干缩湿胀等。等。木材从周围的湿空气中吸收水分能力的大小称之为吸吸湿性湿性。木材的含水率将随周围空气的湿度变化而变化,直到木材含水率与周围空气的
14、湿度达到平衡时为止,此时的含水率称为平衡含水率平衡含水率。平衡含水率随周围大气的温度和相对湿度而变化。新伐木材的含水率一般在35%以上,长期处于水中的木材含水率更高,风干木材含水率为15%25%,室内干燥的木材含水率为8%15%。木材的平衡含水率木材的平衡含水率3、湿胀干缩、湿胀干缩含水量对松木胀缩变形的影响含水量对松木胀缩变形的影响木材含水率在纤含水率在纤维饱和点以内维饱和点以内进行干燥时,会产生长度和体积的收缩,即干缩干缩;而含水率在纤维饱和点以内受到潮湿时,则会产生长度和体积的膨胀,即湿胀湿胀。只有吸附水的改变才影响木材的变形。木材各向变形大小不同木材各向变形大小不同纵向纵向干缩是沿着木
15、材纹理方向干缩是沿着木材纹理方向的干缩,其收缩率数值较小,的干缩,其收缩率数值较小,仅为仅为0.10.35%,对木材的利,对木材的利用影响不大。用影响不大。径向径向干缩是横切面上沿直径方干缩是横切面上沿直径方向的干缩,其收缩率数值为向的干缩,其收缩率数值为36%;弦向弦向干缩是沿着年轮切线方向干缩是沿着年轮切线方向的干缩,其收缩率数值为的干缩,其收缩率数值为612%,是径向干缩的,是径向干缩的2倍左右。倍左右。3.1木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影响木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影响 3.1.1 变形变形木材干燥后,因为各部分的不均匀干缩而使其形状木材干燥后,因为各部分的不均匀干缩而使其形
16、状改变,谓之变形。改变,谓之变形。(1)板方材横断面上的变形)板方材横断面上的变形 生材或湿材干燥时,由于木材弦向干缩远大于径向生材或湿材干燥时,由于木材弦向干缩远大于径向干缩及二者干缩不一致的共同影响,促使原木解锯干缩及二者干缩不一致的共同影响,促使原木解锯后的方材、板材、圆柱等的端面发生多种形变,后的方材、板材、圆柱等的端面发生多种形变,生材状况下原木横切面上各部位下锯后板材断面形状的变化生材状况下原木横切面上各部位下锯后板材断面形状的变化 若为径切板若为径切板(包含髓心包含髓心)其两其两端干缩甚大,中间干缩较小,结端干缩甚大,中间干缩较小,结果变为纺锤状,图中果变为纺锤状,图中1 1。若
17、为径切板若为径切板(不包含髓心不包含髓心)干干缩颇为均匀,其端面近似矩形,缩颇为均匀,其端面近似矩形,图中图中2 2。若板材表面与年轮成若板材表面与年轮成4545角,角,干缩后两端收缩甚大,长方形变干缩后两端收缩甚大,长方形变为不规则形状,图中为不规则形状,图中3 3。原为正方形,年轮与上下两原为正方形,年轮与上下两边平行,干缩后,因平行于年轮边平行,干缩后,因平行于年轮方向的干缩率较大,垂直于年轮方向的干缩率较大,垂直于年轮的干缩率较小,变为矩形,图中的干缩率较小,变为矩形,图中4 4。木材端面与年轮成对角线,木材端面与年轮成对角线,干缩后,正方形变为菱形,图中干缩后,正方形变为菱形,图中5
18、 5。木材端面为圆形,干缩后,木材端面为圆形,干缩后,变为卵形或椭圆形,图中变为卵形或椭圆形,图中6 6。若为弦切板端面,干缩后,若为弦切板端面,干缩后,两侧向上翘起,图中两侧向上翘起,图中7 7。(2)板方材长度方向上纵切面的变形)板方材长度方向上纵切面的变形原木锯成板材后,如不合理干原木锯成板材后,如不合理干燥,会导致其长度方向(纵切燥,会导致其长度方向(纵切面)上发生很大的变形,表现面)上发生很大的变形,表现形式主要为弯曲,其形状与其形式主要为弯曲,其形状与其在木材横切面上的位置有很大在木材横切面上的位置有很大的关系的关系。板材纵向上变形板材纵向上变形 3.1.2 开裂开裂木材因干燥的不
19、均匀与各方干缩的差异,造成开裂,裂木材因干燥的不均匀与各方干缩的差异,造成开裂,裂缝大多垂直于年轮而平行于木射线,此乃木材纵向分子缝大多垂直于年轮而平行于木射线,此乃木材纵向分子与木射线相交之处的结合力弱所致。与木射线相交之处的结合力弱所致。木材各种开裂形式木材各种开裂形式 木材的湿胀干缩对木材的使用有严重影响,干缩使木结构构件连接处产生隙缝而致接合松弛,湿胀则造成凸起。为了避免这种情况的发生,最根本的办法是预先将木材进行干燥,使木材的含水率与构件所使用的环境湿度相适应,亦即将木材预先干燥至比地区平衡含水率低2%-3%使用。3.2减少木材干缩、湿胀的方法减少木材干缩、湿胀的方法 3.2.1 高
20、温干燥、降低木材吸湿性高温干燥、降低木材吸湿性 高温干燥处理木材是目前减少木材干缩湿胀的主要方法,高温干燥处理木材是目前减少木材干缩湿胀的主要方法,应用广泛。应用广泛。高温干燥主要是使木材干缩微纤丝之间的距离逐渐缩小,减少非晶区纤维素分子链状分子上游离羟基数目,形成新的氢键结合;同时,半纤维素降解物与木素分子上基团聚合封闭羟基,降低木材吸湿性。3.2.2 利用径切板利用径切板木材径向干缩是弦向干缩的一半,利用径切板可比弦切木材径向干缩是弦向干缩的一半,利用径切板可比弦切板木材干缩少一半。板木材干缩少一半。3.2.3 利用胶合木利用胶合木将细木条(顺纹)用合成树脂胶粘成合木,这样不过分将细木条(
21、顺纹)用合成树脂胶粘成合木,这样不过分考虑木材的年轮方向,杂乱相胶,结果总是趋于径切板,考虑木材的年轮方向,杂乱相胶,结果总是趋于径切板,很少为弦切板。此种方式已广泛用于地板、木芯板及木很少为弦切板。此种方式已广泛用于地板、木芯板及木材工业生产。材工业生产。3.2.4 利用胶合板(机械抑制)利用胶合板(机械抑制)胶合板中将单板纵横交错用胶压合而成,这样就能以干胶合板中将单板纵横交错用胶压合而成,这样就能以干缩极小的纵向,机械地抑制横纹干缩,将胀缩减小到最缩极小的纵向,机械地抑制横纹干缩,将胀缩减小到最小。同时木材横纹方向强度小,顺纹方向木材强度高,小。同时木材横纹方向强度小,顺纹方向木材强度高
22、,可以弥补木材横纹方向强度小的特点,使材料趋于均匀可以弥补木材横纹方向强度小的特点,使材料趋于均匀一致。一致。胶合木胶合木胶合板胶合板3.2.5 表面涂饰油漆表面涂饰油漆利用涂料、油漆涂刷木材表面,减少木材与湿空气接触,利用涂料、油漆涂刷木材表面,减少木材与湿空气接触,阻碍水分的渗入,从而使纤维表面包裹起来,可以降低阻碍水分的渗入,从而使纤维表面包裹起来,可以降低木材对大气湿度变化敏感性,延缓木材吸湿速度,减少木材对大气湿度变化敏感性,延缓木材吸湿速度,减少胀缩。胀缩。3.2.6 综合树脂处理综合树脂处理利用综合树脂浸渍薄木,再将薄木重叠在高温高压下而利用综合树脂浸渍薄木,再将薄木重叠在高温高
23、压下而成,称为木材的层积塑料。不但可防止木材的收缩,而成,称为木材的层积塑料。不但可防止木材的收缩,而且可以增加木材的强度和坚固性。且可以增加木材的强度和坚固性。4、其他物理性质、其他物理性质木材的导热系数随其表观密度的增加而增大。顺纹方向的导热系数大于横纹方向。干木材具有很高的电阻。当木材的含水量提高或温度升高时,木材电阻会降低。木材还具有较好的吸声性能。4.1.2.2、木材的力学性质、木材的力学性质木材力学性质的各向异性木材力学性质的各向异性(材料力学的基本假设)(材料力学的基本假设)与一般钢材、混凝土及石材等材料不同,木材属生物与一般钢材、混凝土及石材等材料不同,木材属生物 材料,其构造
24、的各向异性导致其力学性质的各向异性。材料,其构造的各向异性导致其力学性质的各向异性。因此,木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向因此,木材力学性质指标有顺纹、横纹、径向、弦向 之分。之分。学习木材力学性质的意义学习木材力学性质的意义 掌握木材的特性,合理选才、用材。掌握木材的特性,合理选才、用材。前述木材物理性质(干缩性、热、电、声学等)构造性前述木材物理性质(干缩性、热、电、声学等)构造性质各向异性,同样木材力学性质亦存在着各向异性。木质各向异性,同样木材力学性质亦存在着各向异性。木材大多数细胞轴向排列,仅少量木射线径向排列。木材材大多数细胞轴向排列,仅少量木射线径向排列。木材为中空的管状
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