木材小知識 / Wood knowledge
木材中的水分對木材強度影響是好還是壞?

在判定該樹種木材的強度時,有一很重要的參考值或是關鍵條件,就是要知道該木材在當時的含水率。

一般在木作設施的設計與施工時,考量到木材的天然材質變異性及加工缺點會影響強度品質,多會要求確認所選定的該樹種木材強度必須達到所設定的標準。在判定該樹種木材的強度時,有一很重要的參考值或是關鍵條件,就是要知道該木材在當時的含水率。

部分不熟悉木材材料者,會依既有概念,認為建材越沉重其強度越佳,而木材的水分增加會提高木材的容積重量,但此既有概念在木材的水分上是容易產生誤導的。

木材內部的水分含量變化在長時間下,大致上與周圍環境的溫濕度達到平衡;此時的水分含量通常以平衡含水率表示,也是木材氣乾狀態下的氣乾含水率,在台灣地區的環境多在12~15%左右,在木構造建築物設計及施工技術規則則建議所使用的結構用木材含水率應在19%以下。

當木材在纖維體充滿水分,但纖維空腔無水分的狀態下,稱為纖維飽和點,其值因樹種不同而異,大致是在28~30%。值得注意的是在纖維飽和點以下的木材,其強度大幅受到含水率變化的影響,在設計選擇與現場驗收判定時應予重視。

一般而言,從木材氣乾到纖維飽和點之間,所使用的木材隨著含水率的提高,其強度會下降,且不同的木材強度性質會有不同的下降幅度,直到纖維飽和點後才維持一定的低值。

就抗彎性質而言每提高1%含水率,抗彎強度會降低2%,抗彎彈性模數會降低4%。另外每提高1%含水率,木材縱向抗壓強度會降低6%,橫向抗壓比例限度應力降低5.5%,縱向引張強度會降低1%,橫向引張強度會降低1.5%,剪斷強度會降低3%。

舉例來說如果木材在含水率12%時測定得到的抗彎強度值為1000 kgf/cm(98 MPa),在含水率上升至19%時,可概估為860 kgf/cm2 (84 MPa)。因此在判定一特定樹種木材的強度時,為求客觀同時避免誤判,建議一定要附有當時之木材含水率值。

另外值得注意的現象,就是木材在環境中要達到平衡含水率,使木材中心部與近外側有相同的含水率,需要很長的時間,在國內製材的產品最常見的現象,就是木材近外側較為乾燥,在木材內部中心是高含水率而形成木材剖面的水分呈梯度分布。

在大斷面木材僅僅量測近表面的含水率數值是不具代表性的。

另外在離木材近端的水分,因散逸較快也會有較低的水分,不能代表該構材真實的含水率。

因此較客觀的判斷木材含水率,宜採用適當的取樣部分並以平均值表示之。

同時,值得注意的是,這種水分梯度現象若沒有妥當控制,通常是造成木材劈裂及面裂等各項缺點的主因,尤其是在快速烘乾木材的不當處理下更是不妥。

文章提供:葉民權教授


 

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