木材对水分非常敏感，为了能够明智地使用木材，了解木材和水分之间相互作用的各个方面至关重要。 木细胞中的水分活树的木细胞非常多孔，含有大量的水。事实上，树木中木材的水分含量通常可以超过100%。在木材生产的各个方面所定义的含水率使用木材中水分的重量除以木材材料的干重。(与许多其他使用湿重作为分母的材料相比，这是一个不寻常的定义。)在一棵活的树里，实际上水的质量要比木头大得多! 水储存在木材中主要有两种形式: •作为血管和/或细胞中的自由水，用于在树内移动营养物质。 •作为细胞(或结合)水，它是细胞壁的一个组成部分。
木材一经砍伐，就开始失去水分。水分含量最初的减少是自由水分流失的结果。这通常发生在木材没有任何显著的尺寸变化的情况下，因为水分的损失代表了木材中空洞或容器的排水。如果环境条件有利，水分继续流失，直到所有的自由水释放到大气中。这个点称为纤维饱和点(fsp)。每块木材的纤维饱和点略有不同，但一般认为水分含量在25%至30%之间。
即使木材暴露在雨水中，在木材的小截面上，自由水的流失也会相对较快。然而，在更大的横截面上，可能需要几十年的时间才能失去所有的自由水。最初的外部干燥形成一个坚硬的“外壳”，可以作为进一步水分流失的屏障。 在所有的自由水都失去后，木材仍然含有水分，但这些水分被结合在细胞壁上。除去这些水分需要更多的能量，因为水分通过弱化学键保存在木结构中。这种水分的流失比游离水的流失要慢。它还会导致细胞壁尺寸减小，从而导致木材尺寸缩小。
木材水分木材可根据其含水率进行分类: •未干燥或“绿色”木材的水分含量高于纤维饱和点(~25% mc)。在未干燥的木材中，所有的束缚水都存在，至少一些自由水仍在木材中。未经干燥的木材摸起来“感觉”是湿的，如果很绿，钉钉子时就会渗出水来。 •干燥木材的水分含量降低到15%mc或更低，如果在受保护的环境中使用，例如在掩体下或室内，通常会失去很少的水分。从未干燥的木材过渡到干燥木材的过程中发生了一些收缩。 •部分干燥的木材水分含量在25%到15%之间。已经发生了一些收缩，但进一步的收缩将导致额外的水分损失。部分干燥木材可以来自部分干燥的未干燥木材，也可以来自在潮湿环境中使用的干燥木材，这样它就吸收了水分，含水率增加到15%mc以上。 部分干燥木材通常是未经干燥的木材，在加工过程中已经部分干燥，也被称为“未干燥”。 从木材中去除水分或干燥木材的过程被称为“调味”。 含水率变化水分可以在大气和木材之间移动，在木材和它所放置的环境之间存在适当的水分梯度。 当大气相对干燥和/或木材含有大量水分时，水分就会从木材中移动到大气中。这是一个不断调味的过程。通常情况下，如果未干燥的木材用于免受天气影响的框架(如房屋框架)，或者如果干燥的木材用于空调环境，就会发生这种情况。
如果木材已经干燥(干燥的木材)，并且它被使用在一个有很多大气水分的环境中，那么水分将沿着相反的路径——细胞将从大气中吸收水分。这个动作是调味的反面。它的使用例子可能发生在木材在温带气候中不加保护的情况下，或者用作室内游泳池围栏的一部分。
平衡含水率木材在其直接环境中失去或获得的水分与大气中的水分保持平衡。当木材及其环境的水分含量处于平衡状态时，处于这种状态的木材中的水分含量称为平衡水分含量，或emc。没有水分会进出木材，因为木材中的水分与大气中的水分是平衡的。 emc的实际值主要受环境湿度和温度的影响。它会随着物种的不同而略有不同(但这只是一个很小的影响)。由于正常湿度梯度下的湿度移动相对缓慢，因此湿度和温度的年平均条件是重要的。 内部使用的木材的电磁兼容性可能受到建筑物的加热或冷却制度的影响。加热可以使木材更快干燥，降低电磁兼容。空调对电磁兼容也有重要影响，因为空气经常非常干燥。 澳大利亚各地的外部条件也各不相同。在许多内陆干旱地区，外部条件的电磁兼容与沿海内部条件的电磁兼容相似。 为了最大限度地减少木材在使用过程中水分的进出，当木材安装在结构中时，最好使木材接近平衡水分含量。这将减少木材在使用中进一步收缩或膨胀的任何不利影响。 正是由于这个原因，最好在安装前将地板等外观分级产品存放在将要使用的房间中几周。这可以使木材在固定到位之前达到预期使用环境的平衡。 收缩当木材干燥到纤维饱和点以下时，它就会收缩。收缩是由于木材细胞壁的水分运动而导致的木材尺寸的减少。在纤维饱和点以下，所有剩余的水分都是结合水，是细胞壁的组成部分。除去这些水会对细胞壁的厚度产生微小的变化。这种减少在数千个细胞上的聚集导致木材厚度的减少。
维度上的损失在各个方向上都不相同: •纵向尺寸变化不大。实际上，与木材长度平行的收缩量是不存在的。 •径向收缩垂直于生长环。它是朝着树的中心方向的收缩 •切向收缩方向与生长环平行。它总是比径向的收缩大一点，因为径向收缩部分受到射线(垂直于生长环的纤维)的限制。
设计师很少知道哪个横截面尺寸是径向的，哪个是切向的，所以通常使用切向的数据来估计每个横截面尺寸的收缩率。 收缩不仅会导致横截面尺寸的变化，而且还会产生难看的、有时是危险的劈裂和裂缝，在许多情况下是可以避免的。在某些情况下，收缩会改变负载路径，这可能是潜在的危险或昂贵的修复。 收缩的效果取决于 •的物种, •木构件的厚度， •被砍下来的那部分木头， •初始含水量， •湿度和木材所处环境的变化率。 与软木相比，硬木的收缩问题更严重。然而，无论哪种木材，在所有木材的细节设计中都需要适当考虑收缩。对于在使用中允许干燥的未干燥木材，收缩的影响明显更显著。对于某些结构应用，可能需要使用未干燥木材的大截面。在这些情况下，需要仔细设计以限制收缩的影响，特别是在可能发生裂缝的连接处。 尽量减少收缩的不利影响: •为预期的使用环境指定适当的水分含量的木材。在澳大利亚的大多数情况下，emc将低于未干燥木材的25%，更接近于干燥木材的含水率。 •详细说明元素，使它们不受截面尺寸变化的影响。这在使用未经干燥的木材时尤其重要。连接时需要特别小心。适当的细节将最大限度地减少额外的约束，防止木材在收缩时移动。裂缝通常是在收缩运动受到抑制时产生的。 木材水分的影响有效长期使用木材的一般规则是“保持干燥”。水分会对木材产生一些不利影响: •横截面尺寸变化当水分含量低于纤维饱和点(~25%)时，吸收水分的木材会膨胀，干燥的木材会收缩。收缩和膨胀发生在木材正常使用时所经历的一定湿度范围内。然而，维度上的损失在各个方向上是不一样的。纵向尺寸变化不大。切向收缩方向平行到年轮。由于径向收缩受到射线(垂直于生长环的纤维)的约束，因此径向收缩总是略大于径向收缩。 •强度-细胞壁里的水会让细胞壁有点滑。它起到润滑剂的作用E纤维更容易从彼此之间滑过。随着含水率的增加，木纤维的强度有小幅降低。这种效应见于透明木材试样的强度和湿度之间的关系。 •刚度-水润滑剂电池内的阳离子导致负载下弹性挠度的小幅增加(这是刚度的降低)。然而，水分对蠕变有显著影响。由于细胞之间只有松散的连接，当施加负载时，纤维依靠摩擦来阻止它们相互滑动。在长期荷载作用下，会发生一定的滑移。这太卑鄙了。细胞壁中的水通过润滑滑移界面而显著增加蠕变。当水进入或流出木材时，蠕变会加速。 •耐用性真菌和白蚁需要有水分才能茁壮成长。因此，潮湿的木材更容易受到生物降解的影响。大多数油漆和胶水只有涂在干燥的木头上才真正有效。因此，水分会损害的耐久性通过创造更有利于生物攻击的条件和降低保护涂层的有效性来保护木材。 •涂料除非保护涂层是灵活的，否则当水分进出时，木材的收缩和膨胀会导致d涂层的老化。一旦涂层破裂，水就会进入木材。涂层未损坏的部分可以将水分锁在木材中。木材在含水率变化下的膨胀和收缩会导致涂层其余部分的迅速恶化。油漆必须保持良好的状态，否则会导致油漆和木材的迅速变质。 含水率规格设计师必须使木材的含水率与木材将要放置的环境相匹配。例如, 未成熟的木材含水率为> 25%的木材。然而，由于实际原因，大多数未经干燥出售的木材的含水率为> 15%，而不是更严格定义的未经干燥木材(> 25%)。 经验丰富的木材是水分含量在10 - 15%之间的木材。这种条件下的木材将与澳大利亚许多地区的内部环境保持平衡。(在使用过程中，很少有水分会进出木材。)因此，在内部使用时，它不会显著收缩。干燥木材应选择室内使用，尤其重要的是，在使用中不能有与干燥相关的收缩。 使用干燥木材有一些优点: •截面尺寸几乎保持不变 •减轻重量 •提高强度 •电阻增加 •改进的胶合和钉固性能 •增强关节强度 一些减少水分流动的策略: •选择具有低水分运动特性的木材 •防止过度干燥或湿润 •使用涂层系统可以减少水分的快速吸收或流失 •尽可能使用较小的截面而不是较大的截面 |