第六章木材密度和水分 e(The Density and Water in Wood)
第六章 木材密度和水分 (The Density and Water in Wood)
第一节木材密度 CThe Density in Wood) 一、木材密度的概念( concept)和种类(kind) (一)木材密度的概念( the concept of wood density) 木材密度(木材容积重或容重):单位体积的 木材质量密度=物的(g/Cm) 木材是一种多孔性材料,其组成成分如下: 主要成分一细胞壁 次要成分—抽提物、灰分 木材十空隙一胞壁内的微细空隙和细胞腔等粗大空隙 水分一水蒸气和水 .木材重量=主要成分+次要成分+水分重量
第一节 木材密度 (The Density in Wood) 一、木材密度的概念（concept ）和种类（kind ） （一）木材密度的概念（the concept of wood density） 木材密度（木材容积重或容重）：单位体积的 木材质量。 木材是一种多孔性材料，其组成成分如下： 主要成分— 细胞壁 次要成分—抽提物、灰分 木材 空隙— 胞壁内的微细空隙和细胞腔等粗大空隙 水分— 水蒸气和水 ( / ) 3 该物质的体积 g cm 密度 某一物质的质量 = 木材重量 = 主要成分 +次要成分 + 水分重量
对于给定的试件,主、次成分一定,但水分随 周围环境而变。故木材的密度和比重应标明其体积 测量时的木材含水率。 木材的比重( specific gravity)木材密度与同体 积4℃水的密度之比。 (二)木材密度的种类 根据木材含水率的不同,木材密度可分为: 1.生材密度(pn)( (green density) 生材一刚伐倒的新鲜材。 生材密度pg=材(g/cm3) 在实验室条件下,用水浸泡使木材达到形体不 变,此时测得的体积即为生材体积。 2气干材密度(pw)(air- dried density) 气干材一长期贮存于大气中自然干燥的木材
对于给定的试件，主、次成分一定，但水分随 周围环境而变。故木材的密度和比重应标明其体积 测量时的木材含水率。 木材的比重(specific gravity)—木材密度与同体 积4℃水的密度之比。 （二）木材密度的种类 根据木材含水率的不同，木材密度可分为： 1.生材密度（ρg）(green density) 生材—刚伐倒的新鲜材。 在实验室条件下，用水浸泡使木材达到形体不 变，此时测得的体积即为生材体积。 2.气干材密度（ρw）(air-dried density) 气干材—长期贮存于大气中自然干燥的木材， ρ ( / ) 3 g 生材体积 g cm 生材密度 生材重量 =
其含水率平均约为15% 气干材密度p=气材(g/cm3) 3全干材密度(po)( oven-dried density) 全干材(绝干材)一当木材在温度103±2℃的 烘箱内干燥到重量不变为止(即理论上含水率为零 时)。 全干材密度p。=林颗(g/cm3) 4其本密度(py)( basic density) 基本密度一单位生材体积或含水最大体积时所 含木材的实质重。 =基本密度p、= 全干材重量 试材水分饱和态体积(生材体积) (g/cm') 通常:基本密度<全干材密度<气干材密度<生材密度 以上四种密度值,以基本密度和气干材密度为 常用。基本密度用于比较不同树种的材性
其含水率平均约为15% 。 3.全干材密度（ρo）(oven-dried density) 全干材（绝干材）— 当木材在温度103±2 ℃的 烘箱内干燥到重量不变为止（即理论上含水率为零 时）。 4.基本密度（ρy）(basic density) 基本密度—单位生材体积或含水最大体积时所 含木材的实质重。 通常:基本密度 < 全干材密度 < 气干材密度 < 生材密度 以上四种密度值，以基本密度和气干材密度为 常用。基本密度用于比较不同树种的材性。 ρ ( / ) 3 w 气干材体积 g cm 气干材密度 气干材重量 = ρ ( / ) 3 o 全干材体积 g cm 全干材密度 全干材重量 = ρ ( / ) 3 y 试材水分饱和态体积（ 生材体积） g cm 基本密度 全干材重量 =
由于各地区木材平衡含水率及气干程度的不同, 不同树种间气干密度的比较,均应换算成含水率为 12%时的值。 p12=p[1-0.01(1-k)v-12) 式中:p12—含水率为12%时的气干材密度(gm); pw含水率为w时的木材密度(gm3); w一试样含水率(%); k试样体积干缩系数 木材密度的测定方法 (test method of wood density) 已知木材重量和体积,即可算出密度值。其中, 重量易于求得,而精确地测定木材体积则较难,其 测定方法有: (一)直接测量法 对于尺寸较大和形体规则的试样,可直接测量 试样的尺寸并计算其体积
由于各地区木材平衡含水率及气干程度的不同， 不同树种间气干密度的比较，均应换算成含水率为 12%时的值。 式中： ρ12—含水率为12%时的气干材密度(g/cm3 ); ρw—含水率为w时的木材密度（ g/cm3 ）； w— 试样含水率（%）； k— 试样体积干缩系数。 二、木材密度的测定方法 （test method of wood density） 已知木材重量和体积，即可算出密度值。其中， 重量易于求得，而精确地测定木材体积则较难，其 测定方法有： （一）直接测量法 对于尺寸较大和形体规则的试样，可直接测量 试样的尺寸并计算其体积。 ρ ρ [1 0.01(1 )( 12)] 12 = w − − k w−
(二)水银测容器法( apparatus for determination of density by immersion in mercury) 使用于测定不规则试样的体积。利用水银测容 器,测定试样的体积。(详见115页) (三)排水法( release water method) 此法尤为适合测定不规则试样的体积。当测定 气干材或全干材体积时,需在试样入水前涂上石蜡 薄层,防止试样吸水而影响精度。(具体过程详见 116页图62) 、木材的实质密度和空隙度( density of cell wall and porosity) (一)木材的实质密度( cell wall density)指构成木 材细胞壁物质的密度。 木材细胞壁物质的主要成分为纤维素、半纤 维素和木素,由于各树种细胞壁的主要成分比大致 相同,所以各树种的实质密度非常接近。 木材的实质密度范围:1.50~1.56g/cm3,常取 为1.53g/cm
（二）水银测容器法（apparatus for determination of density by immersion in mercury） 使用于测定不规则试样的体积。利用水银测容 器，测定试样的体积。（详见115页） （三）排水法（release water method） 此法尤为适合测定不规则试样的体积。当测定 气干材或全干材体积时，需在试样入水前涂上石蜡 薄层，防止试样吸水而影响精度。（具体过程详见 116页图6—2） 三、木材的实质密度和空隙度（density of cell wall and porosity） （一）木材的实质密度(cell wall density)— 指构成木 材细胞壁物质的密度。 木材细胞壁物质的主要成分为纤维素、半纤 维素和木素，由于各树种细胞壁的主要成分比大致 相同，所以各树种的实质密度非常接近。 木材的实质密度范围：1.50~1.56 g/cm3 ，常取 为1.53 g/cm3
实质密度的测定方法一流体介质置换法,即将 木材研磨成粉末状,在比重瓶中用流体介质置换法 测其体积,再用试样绝干重除以体积。 置换的介质有:水、氦和苯。 (二)木材的空隙度(空隙率)( porosity of wood):分 为体积空隙度和表面空隙度。 1体积空隙率( volume porosi ty)(木材空隙度)一 木材在绝干状态时其空隙体积占总体积的百分率。 2表面空隙度( surface porosity)一横切面上空隙面 积占总面积的百分率 C=1oO(1一 式中:C一木材空隙度(%); po——木材绝干密度(g/m3) pcw木材实质密度(gcm3)。 当取pw=1.53g/m时,C=1004-06356) 木材的密度越大,则其空隙度越小,二者呈负相关
实质密度的测定方法— 流体介质置换法，即将 木材研磨成粉末状，在比重瓶中用流体介质置换法 测其体积，再用试样绝干重除以体积。 置换的介质有：水、氦和苯。 （二）木材的空隙度（空隙率）(porosity of wood)：分 为体积空隙度和表面空隙度。 1.体积空隙率（volume porosity） （木材空隙度）— 木材在绝干状态时其空隙体积占总体积的百分率。 2.表面空隙度（surface porosity） — 横切面上空隙面 积占总面积的百分率。 式中：C— 木材空隙度（%）； ρo ——木材绝干密度（ g/cm3 ）； ρcw—木材实质密度（ g/cm3 ）。 当取ρcw=1.53 g/cm3时， 木材的密度越大，则其空隙度越小，二者呈负相关。 100(1 ) cw C o = − 100(1 0.6356 ) C = − o
四、木材密度的变异及水分对它的影响 (-)木材密度的变异( variation of wood density) 影响木材密度的本身因子有树种、抽提物和取 材部位等,外界因子有含水率 1.树种不同树种的木材其密度差异很大,如: 麻栎密度较大:0.93g/cm3;巴塞木密度较 小:0.12g/m3。 不同树种木材密度的差异原因主要是取决于木材 中所含胞壁实质物质的多少。 木材密度大—一空隙度小(胞壁物质多或壁厚) 木材密度小空隙度大(胞壁物质少或壁薄) 2抽提物含量 一般,木材在胞壁率相同的条件下,浸提物愈 多则密度愈大
四、木材密度的变异及水分对它的影响 （一）木材密度的变异（variation of wood density） 影响木材密度的本身因子有树种、抽提物和取 材部位等，外界因子有含水率。 1.树种 不同树种的木材其密度差异很大，如： 麻栎密度较大：0.93 g/cm3 ； 巴塞木密度较 小：0.12 g/cm3 。 不同树种木材密度的差异原因主要是取决于木材 中所含胞壁实质物质的多少。 木材密度大 空隙度小（胞壁物质多或壁厚）； 木材密度小 空隙度大（胞壁物质少或壁薄）。 2.抽提物含量 一般，木材在胞壁率相同的条件下，浸提物愈 多则密度愈大
对于同一树种木材而言: 心材抽提物含量>边材 心材密度>边材密度 枝梢材抽提物含量>干材 枝梢材密度>干材密度 3木材在树干中的部位 同一树种木材,因在树干上的部位不同,木材 密度也有较大的差异。 (1)沿树干高度的变化规律:通常在树干基部木材的 密度最大,自树基向上逐渐减小,在树冠部位则略 有增大。 (2)沿半径方向的变化规律: ①针叶材:髓心最小,向外随树龄增大木材密度逐渐 增大,半径方向至距树皮12处,密度达最大值,此 后又逐渐下降
对于同一树种木材而言： 心材抽提物含量>边材 心材密度 > 边材密度 枝梢材抽提物含量>干材 枝梢材密度 > 干材密度 3.木材在树干中的部位 同一树种木材，因在树干上的部位不同，木材 密度也有较大的差异。 （1）沿树干高度的变化规律：通常在树干基部木材的 密度最大，自树基向上逐渐减小，在树冠部位则略 有增大。 （2）沿半径方向的变化规律： ①针叶材：髓心最小，向外随树龄增大木材密度逐渐 增大，半径方向至距树皮1/2处，密度达最大值，此 后又逐渐下降
②阔叶材: 1)具心材的环孔材:心材密度大,年轮宽度与密度成 正相关关系,但靠近髓部及靠近树皮的部分,木材 密度则较小。 2)散孔材:自髓心向树皮方向木材密度逐渐增大。 (二)水分对木材密度的影响 1含水率在纤维饱和点以上变化时: ∵含水率变化一仅影响木材重量,而其体积不变 ∴湿材密度与含水率呈正相关。 2含水率在纤维饱和点以下变化时: 含水率变化一→重量和体积同时变化,但重量 变化率大于体积胀缩率 ∴·气干材密度随含水率的增减变化比湿材慢
②阔叶材： 1）具心材的环孔材：心材密度大，年轮宽度与密度成 正相关关系，但靠近髓部及靠近树皮的部分，木材 密度则较小。 2）散孔材：自髓心向树皮方向木材密度逐渐增大。 （二）水分对木材密度的影响 1.含水率在纤维饱和点以上变化时： 含水率变化 仅影响木材重量，而其体积不变 湿材密度与含水率呈正相关。 2.含水率在纤维饱和点以下变化时： 含水率变化 重量和体积同时变化，但重量 变化率大于体积胀缩率 气干材密度随含水率的增减变化比湿材慢。 ∵ ∴ ∵ ∴