第一節(jié)　木材的分類和構造

一、木材的分類

木材來源于種子植物門的喬木，按植物分類系統(tǒng)，種子植物可分為裸子植物亞門和被子植物亞門。裸子植物包括四類（目），其中只有銀杏、松和杉類屬于喬木，才能生產(chǎn)木材，習慣上稱之為針葉樹材。被子植物包括單子葉植物綱和雙子葉植物綱，只有木本的雙子葉植物中的喬木才能生產(chǎn)木材，習慣上稱之為闊葉材。

1.針葉樹材

針葉樹樹干通直高大，易得大材，其紋理順直，材質(zhì)均勻，表觀密度和脹縮變形較小，耐腐性較強，一般強度較高但木質(zhì)較軟而易于加工，故又稱軟材，但并非所有針葉材都輕軟。常用樹種有紅松、落葉松、紅豆杉、云杉、冷杉、杉木、柏木等。

2.闊葉樹材

闊葉樹多數(shù)樹種其樹干通直部分較短，材質(zhì)堅硬，較難加工，故又稱硬材。闊葉樹材一般較重，強度高，脹縮和翹曲變形大，易開裂，在建筑中常用作尺寸較小的裝修和裝飾等構件，對于具有美麗天然紋理的樹種，特別適于作室內(nèi)裝修、家具及膠合板等。常用樹種有水曲柳、樺木、櫸木、榆木、柞木、樟木、櫟木、核桃木、酸棗木等。

圖11－1　木材的宏觀構造

1—橫切面；2—徑切面；3—弦切面；4—樹皮；5—木質(zhì)部；6—髓心；7—髓線；8—年輪

二、木材的構造

木材的構造是決定木材性質(zhì)的主要因素。不同樹種以及生長環(huán)境條件不同的樹材，其構造差別很大。研究木材的構造通常從宏觀和微觀兩個方面進行。

（一）木材的宏觀構造

木材的宏觀構造指用肉眼或10倍放大鏡能觀察到的特征，如圖11－1所示。

樹干由外向內(nèi)是由樹皮、形成層、木質(zhì)部和髓心等部分組成。樹皮一般占整株樹的7%～20%，對于辨別樹木品種具有重要意義，還可藥用（杜仲、合歡、槐樹、楝樹、泡桐、銀杏和梓樹等）或用于提取硬橡膠（橡膠樹、大花衛(wèi)矛等）、鞣質(zhì)（落葉松和黑荊樹等）、染料（楝木、漆木、樺木、柿木和櫟類等），還可用于制作軟木（栓皮櫟、銀杏和黃菠蘿等）、纖維（桑樹、鉤樹和青檀等）和保溫隔熱材料（黃菠蘿和栓皮櫟）。形成層位于樹皮和木質(zhì)部之間的一個很薄且連續(xù)的鞘狀層，只有1列細胞，其細胞特點是具有反復分生能力，向內(nèi)生成次生木質(zhì)部細胞，向外生成次生韌皮部細胞，是樹皮和木質(zhì)部產(chǎn)生的源泉。髓心位于樹干（橫切面）中央，是樹木最早形成的木質(zhì)部分，由軸向薄壁細胞構成，質(zhì)地松軟，力學性能很低，易于開裂和腐朽，故一般不用。土木工程使用的木材大都是木質(zhì)部，木質(zhì)部的顏色不均，一般而言，接近樹干中心者木色較深，水分較少，細胞死亡，材質(zhì)較硬，密度增大，滲透性降低，稱心材；靠近外圍的部分木色較淺，水分較多，稱邊材，心材比邊材的利用價值要大些。常見經(jīng)濟木材中，心材最大的樹種是黃菠蘿和刺槐，最小的是柿木，屬于中等的有松木、落葉松、黃連木和核桃等。

木材的構造從不同角度觀察表現(xiàn)出不同的特征，最有價值的為其中的三個切面，即橫切面（垂直于樹干主軸或木材紋理的面）、徑切面（沿著樹干長軸方向，通過髓心與木射線平行或與年輪相垂直的面）和弦切面（平行于樹軸，但不通過髓心的面）。研究樹干的三個切面上的細胞及組織的特征，可以識別木材和研究木材的性質(zhì)和用途。

從橫切面上看到木質(zhì)部具有深淺相間的同心圓環(huán)，此謂年輪，單位厘米內(nèi)年輪數(shù)目是估測木材力學性能的依據(jù)之一，一般來說，針葉材年輪寬度均勻者，強度高，環(huán)孔材年輪寬者，強度大。在同一年輪內(nèi)，春天生長的木質(zhì)，細胞壁薄，形體較大，質(zhì)較松，色較淺，稱為春材（早材），夏秋兩季生長的木質(zhì)，細胞腔小而壁厚，質(zhì)較密，色較深，稱為夏材（晚材）。一個年輪內(nèi)晚材所占的比例稱為晚材率。相同樹種，年輪越密而均勻，材質(zhì)越好；夏材部分愈多，晚材率越大，木材強度愈高。

木材橫切面上從髓心向外的輻射線，顏色較淺或略帶光澤，稱為髓線（又稱木射線），在立木中主要起橫向輸導和貯藏養(yǎng)分的作用，是木材中唯一呈射線狀的橫向排列組織。髓線與周圍組織連接較差，木材干燥時易沿此開裂，但有利于防腐劑的滲透和油漆。年輪和髓線組成了木材美麗的天然紋理。針葉材絕大多數(shù)樹種為細木射線（寬度小于0.05 mm），少數(shù)屬于中等木射線（寬度0.05～2.0 mm）；闊葉材少數(shù)為細木射線（楊木、樺木、柳木和七葉樹等），多數(shù)為中等寬度射線或?qū)捘旧渚€（寬度2.0 mm以上）。

（二）木材的微觀構造

從顯微鏡下觀察可見，木材是由無數(shù)管狀細胞緊密結合而成，大部分呈縱向排列，少數(shù)橫向排列（如髓線）。成熟的木材細胞多數(shù)為空腔的厚壁細胞，僅有細胞壁和細胞腔。細胞壁的物質(zhì)主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種成分組成。纖維素以分子鏈聚集成束和排列有序的微纖絲狀態(tài)存在于細胞壁中，起著骨架作用，相當于鋼筋水泥構件中的鋼筋。半纖維素以無定型狀態(tài)滲透到骨架物質(zhì)中，起基體黏結作用，又稱為基體物質(zhì)，相當于鋼筋水泥構件中捆綁鋼筋的細鐵絲。木質(zhì)素在細胞分化的最后階段木質(zhì)化過程中形成，滲透到纖維素和半纖維素之間，可使細胞壁堅硬，又稱為結殼物質(zhì)或硬物質(zhì)，相當于鋼筋水泥構件中的水泥。

木材的細胞壁越厚，細胞腔越小，木材越密實，其表觀密度和強度也越大，但脹縮變形也大。與春材相比，夏材的細胞壁較厚，細胞腔較小，所以夏材的構造比春材密實。

在電子顯微鏡下，細胞壁的基本組成單位是一些長短不等的鏈狀纖維素分子。這些纖維素分子鏈平行排列，有規(guī)則的聚集在一起稱為微團（基本纖絲），其寬度為3.5～5.0 nm，約包含40根纖維素分子鏈。由微團組成一種絲狀的微團系統(tǒng)統(tǒng)稱為微纖絲。

針葉樹與闊葉樹的微觀構造有較大差別，見圖11－2和圖11－3所示。

圖11－2　針葉樹馬尾松微觀構造

圖11－3　闊葉樹柞木微觀構造

針葉樹材顯微構造簡單而規(guī)則，它主要由管胞、髓線組成，松科六屬木材有樹脂道，杉科和柏科等少數(shù)樹種有少量軸向薄壁組織；其中管胞占總體積的89%～98%以上，排列整齊而均勻；其髓線多為單列，較細而不明顯，占1.5%～7%。闊葉樹材顯微構造較復雜，其細胞主要有木纖維（占50%）、導管（占20%）、髓線（占17%）和軸向薄壁組織（占13%）；它的最大特點是橫切面排列不整齊，髓線很發(fā)達，多為兩列或以上，粗大而明顯，軸向薄壁組織豐富而多樣，這是鑒別闊葉樹材的顯著特征。