第3章 木材特性(1 / 3)

1.密度和水——木材的物理性質

木材的物理性質主要包括木材密度、木材含水率、木材的濕脹與幹縮三個方麵。

(1)木材密度

木材密度是指單位體積木材的重量,其取決於它的含水率,即不同的含水率對應不同的密度。通常,木材的重量和體積都受含水率影響。一般,人們把木材試樣的烘幹重量與它飽和水分時的體積、烘幹後的體積及烘幹時的體積之比,分別稱為基本密度、絕幹密度和爐幹密度。此外,木材在氣幹後的重量與氣幹後的體積之比為木材的氣幹密度。

木材的平均密度為1.55克/立方厘米。一般,木材的表觀密度與木材的孔隙率、含水率以及其他一些因素的變化有關,可分為氣幹表觀密度、絕幹表觀密度和飽水表觀密度等。

通常來說,木材的表觀密度愈大,其濕脹幹縮率也愈大,此外,木材的表觀密度因樹種不同差異也很大,樹種不同,表觀密度也不同。如我國台灣省的二色輕木為0.186克/立方厘米,東北的水曲柳為0.686克/立方厘米,河南的泡桐為0.283克/立方厘米,廣西的蜆木為1.128克/立方厘米。不過,值得一提的是,即使同一樹種,木材的表觀密度也會因產地、生長條件、樹齡等不同而不同,如外層的密度大於內層的密度,樹幹部分的密度大於樹尾部的密度。如絕幹的馬尾鬆木密度為0.42~0.45克/立方厘米,比水還輕;而新砍的馬尾鬆木能沉入水中,密度相差很大。此外,還有密度接近鋼鐵的鐵木、峴木等等。一般情況下,大多數木材的氣幹密度約為0.3~0.9克/立方厘米。通常,密度大的木材,其力學強度較高。

(2)木材含水率

木材含水率是指木材中水重占烘幹木材重的百分數。由於纖維素、半纖維素、木質素的分子均具有較強的親水力,所以木材很容易從周圍環境中吸收水分。通常,人們根據木材中所含水的存在形式可分為三類:吸附水、自由水、化合水。

①吸附水存在於木材細胞胞壁內,它的含量是影響木材強度和脹縮變形的主要原因。

②自由水存在於木材的細胞腔和細胞間隙之間,它的含量影響木材的表觀密度、燃燒性和抗腐蝕性。

③化合水是一類由木材化學組成的結合水,它在常溫下不變化,對木材的性質一般無影響。

當木材中無自由水,而細胞壁內吸附水達到飽和時,這時的木材含水率稱為“纖維飽和點”。一般情況下,木材的纖維飽和點隨樹種而各不相同,介於25%~35%,通常取其平均值,約為30%。我們知道,纖維飽和點是木材物理力學性質發生變化的轉折點。當含水率大於纖維飽和點時,水分對木材性質的影響很小。當含水率自纖維飽和點降低時,木材的物理和力學性質隨之而變化。

通常,木材中所含的水分是隨著環境的溫度和濕度的變化而改變的。其中,我們把木材在大氣中能吸收或蒸發水分,與周圍空氣的相對濕度和溫度相適應而達到恒定的含水率,稱為平衡含水率,一般,木材平衡含水率隨地區、季節及氣候等因素而變化,約在10%~18%之間。可以說,它是木材幹燥時的重要指標。

(3)木材的濕脹與幹縮

所謂濕脹幹縮效應是指,當木材由潮濕狀態幹燥到纖維飽和點時,尺寸不變;繼續幹燥時,吸附水開始蒸發,木材發生體積收縮。也就是說,木材從潮濕狀態幹燥至纖維飽和點時,木材的尺寸基本不變,僅容重減小。當幹燥至纖維飽和點以下時,細胞壁中吸附水開始蒸發,木材發生收縮;反之呢,幹燥的木材吸濕發生體積膨脹,直至含水率達到纖維飽和點為止,此後木材含水量繼續增加,體積基本上不再發生變化。

木材的濕脹與幹縮是木材本身所固有的特性,即木材吸收水分後體積膨脹,喪失水分就會收縮。可以說,這一性質會對木材大小、尺寸的不穩定帶來不利影響,可使木材產生裂縫或翹曲變形,以致引起木結構的接合鬆弛或突起、裝修部件的破壞等。因此,了解木材這一性質,對於保證木材製品的質量相當重要,在日常生活中,人們為避免木材這一效應所帶來的裂縫或翹曲變形等現象,通常都會在木材製作加工前將其進行幹燥處理,使木材幹燥至平衡含水率。