木材的物理性质

一、木材含水率

1．含水率的计算与测定

木材含水率是指木材中所含水分的质量占其烘干质量的百分率，可按下式计算：

w＝ m1 . m0 ×100（2.3.1） m0

式中 w ——木材含水率（％）；

m1 —— 木材烘干前的质量（ g）；

m0 —— 木材烘干后的质量（ g）。

木材含水率通常用烘干法测定，即将需要测定的木材试样，先行称量，得 m1；然而放入烘箱内，以 103±2℃的温度烘 8小时后，任意抽取2－3个试样进行第一次试称，以后每隔两小时将上述试样称量一次；最后两次质量之差不超过 0.002g时，便认为已达全干，此时木材的质量即为木材烘干后的质量 m0。将所得 m1和 m0代入式（2.3.1）计算即得木材的含水率。采用此法测得的含水率比较准确，但费时间，并需一定的设备，适用于要求较精确的情况。

还有采用根据含水率与导电性的关系制成的水分测定仪进行快速测定含水率的方法。使用这种测定仪时，先接通电源，将水分测定仪的插针插入被测的木材，打开开关，在刻度盘上即可读出该木材的含水率。这种仪器有多种，一般适用于木材纤维饱和点以下的含水率测定，并以测定薄板为主。其优点是简便迅速，便于携带，测定时不破坏木材；适于在工地或贮木场大批测定木材含水率时使用。

2．纤维饱和点

潮湿木材放在空气中干燥，首先蒸发细胞腔中的自由水，当自由水蒸发完毕，而细胞壁中的吸着水尚在饱和状态时，称为纤维饱和点。这时的木材含水率，称为纤维饱和点含水率。纤维饱和点的含水率因树种、气温和湿度而异，一般在空气温度为20℃与空气湿度为100％时，纤维饱和点的含水率在23－31％之间，平均约为30％。

纤维饱和点是木材物理力学性质变异的转折点。当木材含水率在纤维饱和点以上变化时（例如木材含水率由50％降到40％），木材强度不因含水率的变化而改变；但木材含水率在纤维饱和点以下变化时（例如木材含水率由25％降到10％），木材强度随含水率的降低而增加或随含水率的增加而减少。同样，木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材没有膨胀、收缩的变化；当木材含水率在纤维饱和点以下变化时，木材随含水率的减少而产生收缩或随含水率的增加而发生膨胀。

3．平衡含水率

木材长期放置于一定的温度和一定的相对湿度的空气中，会达到相对恒定的含水率。此时的木材含水率称为平衡含水率。若当木材的实际含水率小于平衡含水率时，木材产生吸湿；若当木材实际含水率大于平衡含水率时，则木材蒸发水分，称为解湿。木材因吸湿和解湿而生产膨胀和收缩。

木材的平衡含水率主要随空气的温度和湿度的改变而变化（其中以相对湿度的影响较大）。因此，随地区和季节的不同，木材的平衡含水率有所不同（附录三）。其他如树种、心材和边材、木材尺寸大小、锯制方向等因素，对木材平衡含水率变异的影响较小。在生产中一般要求木材达到平衡含水率再使用，才能使木材较少发生开裂和变形。

二、木材的干缩性

木材的干缩性是指木材从湿材变化到气干或全干状态时，其尺寸（纵向或横向）或体积随含水率的降低而不断缩小的性能。

木材干缩的程度通常用干缩率表示。干缩率是指湿材（其含水率高于纤维饱和点）变化到干材，干燥前、后尺寸之差对于湿材尺寸的百分比。木材的干缩率分为气干和全干两种；二者又都分为体积干缩率、纵向线干缩率（顺木纹方向）、弦向线干缩率和径向线干缩率（横木纹方向）几种。体积干缩率影响木材的密度。木材的纵向干缩率很小，一般为 0.1％左右，弦向干缩率为6－12％，径向干缩率为 3－6％，径向与弦向干缩率之比一般为 1﹕2。径向与弦向干缩率的差异是造成木材开裂和变形的重要原因之一。

木材干缩率的测定，一般采用木材的含水率从湿材到规定的气干状态，或从湿材到全干状态这样两种情况进行实测后，按下列公式计算：

1．线干缩率：

气干干缩率βw＝ lmax lmax lw ×100 （2.3.2）βmax＝ lmax lmax . l0 ×100 （2.3.3）式中：βw —— 木材弦向或径向气干干缩率，以％计；βmax —— 木材弦向或径向全干干缩率，以％计；lmax —— 湿材时木材在弦向或在径向的长度，以mm计；lw —— 气干时木材在弦向或在径向的长度，以mm计；l0—— 全干时木材在弦向或在径向的长度，以 mm计。

2．体积干缩率：

气干干缩率

βvw＝ Vmax －Vw×100 （2.3.4）

Vmax

全干干缩率

βvmax＝ Vmax －V0 ×100 （2.3.5）

Vmax

式中：βvw—— 木材气干体积干缩率，以％计；

βvmax —— 木材全干体积干缩率，以%计；

Vmax —— 湿材时木材的体积，以 mm3计；

Vw—— 气干时木材的体积，以mm3计；

V0—— 全干时木材的体积，以mm3计；

一般说来，在含水率相同的情况下，木材密度大者，横纹（径向、弦向）收缩大，密度小者，横纹收缩小，纵向收缩则相反。在同一树种中，弦向收缩最大，径向次之，纵向最小。

三、木材密度

木材的密度是指木材单位体积的质量，通常分为气干密度、全干密度和基本密度三种。

气干密度ρw按下式计算：

ρw＝ mW （2.3.6）

Vw

式中：

ρw—— 木材的气干密度，以 g/mm3计；

mw—— 木材气干时的质量，以g计；

Vw—— 木材气干时的体积，以mm3计。

全干密度ρ0

按下式计算

ρ0＝ Vm0

（2.3.7）

式中: ρ0—— 木材的全(0) 干密度,以g/mm3计；

m0—— 木材全干时的质量，以 g计；

V0—— 木材全干时的体积，以mm3计。

基本密度ρY按下式计算:

ρY＝ m0 （2.3.8）

Vmax

式中：

ρY—— 木材的基本密度,以 g/mm3计；

Vmax —— 木材饱和水分时的体积， mm3计。

基本密度为实验室中判断材性的依据，其数值比较固定、准确。气干密度则为生产上计算木材气干时质量的依据。密度随木材的种类而有不同，是衡量木材力学强度的重要指标之一。一般说来，密度大的，力学强度亦大，密度小的，力学强度亦小。

四、木材的变形和开裂

木材含水率变化时，会引起木材的不均匀收缩，致使木材产生变形。由于木材在径向和在弦向的干缩有差异以及木材截面各边与年轮所成的角度不同而发生不同形状的变化，。锯成的板材总是背着髓心向上翘曲的。

1－弓形收缩后成橄榄核形；2、－瓦形反翘；3－两头缩小成纺锤形；4－圆形收缩后成椭圆形；5－方形收缩后成菱形；

6－正方形收缩后成矩形、7－长方形收缩后成瓦形；8－长方形收缩后成不规则状态；9－长方形收缩后成矩形。

木材发生开裂的主要原因是，由于木材沿径向和沿弦向干缩的差异以及木材表层和里层水分蒸发速度的不均匀，使木材在干燥过程中因变形不协调而产生横木纹方向的撕拉应力超过了木材细胞间的结合力所致。

根据云南松和落叶松的使用经验，方木和原木裂缝的位置与髓心的位置有密切关系，一般具有下列规律性：

1）凡具有髓心的方木和板材，一般开裂严重，无髓心的开裂较轻微；

2）在具有髓心的方木和原木中，裂缝的开口位置一般发生在距离髓心最近的材面上；

3）原木的裂缝一般总是朝向髓心，当木材构造均匀时，裂缝多而细；构造不均匀时，则裂缝少而粗；

4）原木或具有髓心的方木中存在扭转纹时，裂缝会沿扭转纹而发展成为斜裂。