木材含水率

第五章木材物理性质[本章重点与难点]：木材中的吸着水、纤维饱和点、吸着滞后现象和平衡含水率慨念及其生产上指导意义；木材干缩湿胀发生规律、原因及其对木材利用的影响；木材密度种类及其意义；木材物理学特性与人类居住环境特性间的关系等。

5.1 木材中的水分

5.2 木材的干缩与湿胀

5.3 木材密度

5.4 木材的热学性质

5.5 木材的电学性质

5.6 木材的声学性质

5.7 木材的环境学特性及其对人类居住环境的影响

补充阅读材料：木材物理性质和木材环境学特性

木材物理性质是指不涉及木材化学变化和不破坏试样的完整性条件下测得的性质，也是人们日常生活使用中所接触到和感受到的。本章对木材中水分、干缩和湿胀、木材密度等进行了祥细的阐述，对于木材热学、电学、声学和木材环境学特性作了慨要性的叙述，可参阅木材物理性质和环境特性方面的教材与著作。

5.1 木材中的水分研究木材与水分的关系，必须先了解木材中水分来源、水分存在的状态、它的分布规律、以及木材中水分的测定和计算方法，这是研究木材与水分关系的基础和起点，现代木材处理技术或理论研究，很大程度上都与水分有关。

树木中水分使细胞壁处于膨胀状态以支持其自身的重量和避免自然界风力的变化而造成的破坏。树木通过叶片光合作用进行生长，其生长过程离不开水、二氧化碳和各类矿质营养元素。树木体内的水分是处于连续不断的状态，根系从土壤中吸收含有矿物营养的水分，通过边材输送到树木各个器官；同时，树叶光合作用产生的碳水化合物通过韧皮部向下输送到根系和树干各部位。树木中水分以液体形式出现，是矿物质和有机质的混合液，其水分含量随着树种、季节和部位及不同的生长环境的变化而有差异。因此刚采伐的树木（伐倒木）体内有很高的含水率。伐倒木中水分含量与不仅与树种和树干部位有关，不同季节采伐对其体内含水量有很大的影响。伐倒木造材的产品——原木及其解锯后制成的板方材在存放和储运过程中，其水分含量都会发生变化。木材是由木质细胞组成多孔性的材料，干燥的木材具有一定的吸湿性，对于液态水和水蒸汽均具有亲和力，这也会导致木材及其产品含水量的变化。日常生活中，木质门窗水湿后会关闭不上、盆桶失水后会产生缝隙、有暖气房间地面所铺实木地板间产生的缝隙及潮湿吸水产生的局部隆起、实木家具在使用过程中出现的结合部件松动脱落及木材使用过程中出现的虫蛀和腐朽等现象与问题都与木材中的水分含量不合理有很大的关系。水分对木材本身性质、木材储运保存、木材使用性能及以木质材料为基材的人造板性能和加工工艺等均有很大的影响，因此掌握理解木材中水分对木材的合理加工与利用有着重要意义。

5.1.1 木材含水率及其测定5.1.1.1 木材中水分存在的状态木材中的水分按其存在的状态可分自由水（毛细管水）、吸着水和化合水三类。

（1）自由水自由水是指以游离态存在于木材细胞的胞腔、细胞间隙和纹孔腔这类大毛细管中的水分，包括液态水和细胞腔内水蒸汽两部分；理论上，毛细管内的水均受毛细管张力的束缚，张力大小与毛细管直径大小成反比，直径越大，表面张力越小，束缚力也越小。木材中大毛细管对水分的束缚力较微弱，水分蒸发、移动与水在自由界面的蒸发和移动相近。自由水多少主要由木材孔隙体积（孔隙度）决定，它影响到木材重量、燃烧性、渗透性和耐久性，对木材体积稳定性、力学、电学等性质无影响。

（2）吸着水吸着水是指以吸附状态存在于细胞壁中微毛细管的水，即细胞壁微纤丝之间的水分。木材胞壁中微纤丝之间的微毛细管直径很小，对水有较强的束缚力，除去吸着水需要比除去自由水要消耗更多的能量。吸着水多少对木材物理力学性质和木材加工利用有着重要的影响。木材生产和使用过程中，应充分关注吸着水的变化与控制。

（3）化合水化合水是指与木材细胞壁物质组成呈牢固地化学结合状态的水。这部分水分含量极少，而且相对稳定，是木材的组成成份之一。一般温度下的热处理是难以将木材中的化合水除去，如要除去化合水必须给与更多能量加热木材，此时木材已处于破坏状态，不属于木材的正常使用范围。因此化合水对日常使用过程中的木材物理性质没有影响。

5.1.1.2 木材含水率种类与测定方法（1）木材含水率种类木材干与湿主要取决于其水分含量的多少，通常用含水率来表示。木材中水分的重量和木材自身重量之百分比称为木材的含水率。木材含水率分为绝对含水率和相对含水率二种。以全干木材的重量为基准计算含水率称为绝对含水率，以湿木材的重量为基准计算的含水率称为相对含水率。其计算式为：

绝对含水率式中，绝干重量是固定不变的，其结果确定、准确可以用于比较；因此生产和科学研究中，木材含水率通常以绝对含水率来表示。

相对含水率式中，是以含水木材重量为基数，木材初期重量是变化的，增减相同重量水分时，其含水率的变化并不相等，计算出的结果也不确定，生产上用得较少，仅在造纸工业和纤维板工业及计算木材燃料水分含量时作为参考。

（2）木材含水率测定方法木材含水率的测定有干燥法，蒸馏法及导电法三种，以烘干法和导电法应用最为广泛。

①干燥法干燥法又名重量法，是将欲测含水率的木材称其初重（Gw）后放入烘箱，先在60℃低温下烘干2小时，之后将温度调至103±2℃，连续烘干8－10h后至重量（G0）不变。其间，每隔２h试称一次，至最后两次称重之差极小（不超过0.3%），即可认为达到全干。按上式即可计算出木材的含水率。此法时间较长，对树脂等挥发性物质含量高的树种木材，测定出来的结果稍为偏大。但此法操作简便，结果准确，广泛应用。

②蒸馏法对于树脂含量较高的树种木材或经油剂浸注处理后的木材，使用烘干法测定含水率，树脂或油类会因温度升高而随水分一起蒸发，导致出现水分量增大的假象而使结果误差较大。为了较准确地测定此类木材的含水率，可以利用蒸馏法。

测定装置如图5-1，将注有二甲苯的三角瓶与带刻度的受器，冷却器互相连接，然后将2~3mm 厚度的碎木置于三角瓶中，在水浴锅中加热蒸馏；水蒸汽与二甲苯蒸汽进入冷却器，经冷凝的液体即流入受器中，于是水分重沉至下部，多余的二甲苯则沿侧管返回瓶中，二甲苯约灌至瓶容积的3/4，蒸馏速度为每秒钟流至受器中2—4滴，蒸发至水分的体积测至精确度0.1cm3，因0.1cm3的水重1g，故蒸发出的水分以立方厘米表示时，即表示克重(Gq)。

含水率按下式计算：