木器及其含水率
2021年11月1日 信息来源:张晓英 目前浏览:789次


1.木器的主要成分

木器的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。纤维素以分子链聚集成束和排列有序的微纤丝状态存在于细胞壁中,起着骨架作用,相当钢筋水泥构件中的钢筋,是影响木材强度的主要因素。半纤维素以无定形状态渗透在骨架物质之中,起着基体粘结作用,故称其为基体物质,相当钢筋水泥构件中的绑捆钢筋的细铁丝。木质素是在细胞分化的最后阶段木质化过程中形成,它渗透在细胞壁的骨架物质和基体物质之中,可使细胞壁坚硬,所以称其为结壳物质或硬固物质,相当钢筋水泥构件中的水泥。木材细胞壁结构图见图一。


图一 木材细胞结构图(周松峦,2014)


2.健康木材中的水分

木材中的水分为自由水、结合水和结晶水。当木材中自由水全部挥发,结合水达到饱和时,木材的含水率被称为纤维素饱和点。木材含水率在纤维素饱和点以上时,水分的蒸发不会影响木材尺寸的变化,但是当低于该值时,由于木材各向异性,径向与弦向收缩率存在较大的差异,此时的健康木材也可能出现开裂、扭曲变形的情况。所以,为保证木材的质量,木材的干燥过程中需要在特定条件下进行。

木材中的水分与空气中的水分其实是流动的,新伐的木材,随着木材水分的蒸发,木材含水率会逐渐降低,直到木材从环境中吸收的水分与蒸发的水分达到一致,此时木材的含水率被称为平衡含水率。不同环境中的木材平衡含水率是不同的,中国的平衡含水率基本处于11%~17%,总体而言,湿润的地区平衡含水率高,干燥地区平衡含水率低。

3.出土木材中的水分

纤维素是同质多晶的大分子化合物,结晶区纤维素的排列紧密并且具有完全的规则性。而非结晶区分子排列不规则,结合力松弛。因此,结晶度与木材的物理化学性质紧密相关。 由于常年埋藏于地下,受地下水、微生物等因素的影响,颜色发生显著变化(见图二),竹木器中纤维素、半纤维素大量降解,通过X射线衍射仪可知,出土木材结晶度显著降低(见图三)。

竹木器出土时虽然表面完整,但强度基本丧失,主要依靠水分填充维持表面形态,一旦失水,竹木器就会出现皱缩、开裂等病害。因此,总体而言,出土木材含水率都远远高于现代健康木材,同时,木材含水率越高,说明木材内部水分填充体积越大,木材腐蚀越严重,通常还将木材含水率作为木材腐朽程度的重要指标。所以,考古出土的竹木器大都严重降解,纤维素饱和点原理已不适用,考古发掘现场出土竹木器的首要保护工作就是保湿。


图二 出土木材


现代与古代样品结晶度2

图三 现代木材与出土木材结晶度对比


参考文献:

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