木材的含水率,即木材中水分质量占其烘干质量的百分比,是衡量木材物理状态的指标,对木材(包括原木桩)的质量有着深刻且多方面的影响:
1. 尺寸稳定性(收缩与膨胀): 这是含水率直接的影响。木材是一种吸湿性材料,其尺寸会随着含水率的变化而变化。当含水率高于纤维饱和点(通常约25-30%,此时细胞壁吸满水分,细胞腔无水)时,木材尺寸基本不变。但当含水率降至纤维饱和点以下时,随着水分从细胞壁散失,木材开始收缩(干缩);反之,吸湿时膨胀(湿胀)。这种变化会导致:
* 开裂(干裂): 干燥过快或干燥应力过大时,木材外部已收缩而内部仍湿润,巨大的内应力会导致木材出现表面裂纹甚至内部开裂。
* 翘曲变形: 木材不同部位(如径切面与弦切面)的收缩率不同,或木材本身纹理不规则,导致干燥后发生弯曲、扭曲、瓦翘、弓弯等变形,严重影响使用性能和外观。
* 结合部位松动: 如果木构件在较高含水率状态下结合(如榫卯、钉接),干燥收缩后可能导致结合部位松动、间隙变大。
2. 力学强度: 木材的绝大多数力学强度(如抗弯强度、抗压强度、顺纹抗拉强度、弹性模量等)在纤维饱和点以下时,会随着含水率的降低而显著增加。这是因为水分充当了木材细胞壁物质(纤维素、半纤维素、木质素)间的“润滑剂”,含水率越高,分子间结合力越弱,木材强度越低。反之,含水率低时,分子间结合紧密,强度提高。因此,过高的含水率会显著降低木材的承载能力和结构稳定性。
3. 加工性能:
* 锯切、刨削: 含水率过高时,木材较软,锯切时容易起毛、撕裂,刨削表面粗糙。含水率过低(过于干燥)则木材变硬、变脆,加工时刀具磨损加剧,也易崩茬。
* 胶合与涂饰: 过高含水率会影响胶黏剂的渗透和固化,降低胶合强度,也易导致胶层鼓泡。涂饰时,水分可能被封在涂层下,日后挥发造成漆膜起泡、剥落。含水率过低则木材可能吸胶过快或影响涂层附着。通常需要在适宜的平衡含水率下进行胶合和涂饰。
4. 生物耐久性(腐朽、虫蛀): 木材腐朽主要由真菌引起,而真菌的繁殖需要水分、空气和适宜温度。木材含水率长期高于20%(尤其是接近或高于纤维饱和点时),为木腐菌的生长繁殖提供了理想条件,大大加速木材的腐朽进程。同样,某些蛀虫也偏好潮湿环境。因此,控制含水率(使其长期低于20%)是防止生物侵害的关键。
结论:
含水率是决定原木桩质量和适用性的因素。过高的含水率会导致严重的尺寸不稳定(开裂、变形)、力学强度下降、加工困难、易受生物侵害等问题。而过低的含水率虽能提高强度和稳定性,但可能增加加工难度和脆性。理想状态是使木材达到与终使用环境相平衡的平衡含水率,以确保其在使用过程中的尺寸稳定性和性能表现。因此,在木材生产、加工、储存和使用过程中,科学地控制和管理含水率至关重要。
