多孔竹材復合材矩形結構構件及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是多孔竹材復合材矩形結構構件及制備方法，屬于土木工程技術與材料科學領域。
【背景技術】
[0002]隨著國家轉變經濟發(fā)展方式進程的加快，發(fā)展低碳經濟作為國家的快速推進，對天然林和人工育林的保護政策將愈加嚴厲，木材的供給量和結構構件對其需求量之間的矛盾將愈加突出，以木材為原料的結構構件的發(fā)展空間將大大壓縮，而生物質材料構件的推出，為有效的保護森林資源提供了方向。
[0003]我國盛產竹子，且擁有量和品質均居世界首位，竹子可再生、可降解，一般3-5年即可成材，竹材的抗拉強度約為木材的2倍，抗壓強度約為木材的1.5倍，竹材的比強度高于普通木材、結構用鋼材、鋁合金、混凝土等，竹材具有較好的彈性和韌性，變形能力強，以竹材及其與其他材料組成的復合材料代替混凝土、鋼材或粘土磚等建造房屋，符合“十二五”規(guī)劃部署的重大任務一一 “綠色發(fā)展，建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會”的根本要求，也符合《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006— 2020年)》確定的節(jié)能降耗、開發(fā)利用農林生物質資源的重點領域及優(yōu)先主題。
[0004]多孔竹材復合材矩形結構構件市場前景廣闊。隨著我國木質構件行業(yè)的高速發(fā)展，木材原料的供應不足越來越成為制約我國木質構件發(fā)展的一個主要因素。尋求木材的替代材料成為我國木質構件發(fā)展急需解決的問題。而應用具有質優(yōu)價廉，環(huán)保、低污染，可循環(huán)利用等特性的多孔竹材復合材矩形結構構件來代替木材原料構件必然有廣闊的市場空間。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提出的是多孔竹材復合材矩形結構構件及制備方法，其目的旨在結合生物質材料的特性將我國蘊藏量豐富的農林生物質資源應用到土木建筑結構構件中，達到節(jié)省礦產資源，保護森林，保護環(huán)境的目的。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案:多孔竹材復合材矩形結構構件，其特征在于，最外層是矩形筒(I)，該矩形筒(I)為竹材復合材矩形筒或FRP矩形筒，矩形筒(I)內部有不少于5個空心原生竹筒(4)，其中一個A空心原生竹筒(4)直徑大于其它空心原生竹筒(4)的直徑，除A空心原生竹筒(4)外的空心原生竹筒(4)直徑相等，A空心原生竹筒(4)位于矩形筒(I)內的正中央，其它空心原生竹筒(4)對稱分布在矩形筒(I)內側的角落附近，包括A空心原生竹筒(4)在內的其它空心原生竹筒(4)之間是通過竹質連接件或木質連接件(3)相連成竹筒群，竹筒群用繩狀物(6)捆綁，也可以不捆綁；矩形筒(I)和空心原生竹筒(4)之間的縫隙內充滿生物質填充料(2)。所述的空心原生竹筒(4)除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分。竹材復合材矩形筒也可以用FRP矩形筒替代。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點:選材廣泛，制作方便，該種建筑構件具有自重輕、剛度大、延性好、自恢復能力強、經濟性能好、抗震性能優(yōu)越等優(yōu)點，可應用于土木建筑結構領域中的受壓或受彎構件，對緩解我國木材、耕地、煤炭等資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化的壓力具有重要意義。
【附圖說明】
[0008]附圖1a-1是多孔竹材集成材矩形結構構件圖，竹材集成材內的所有竹片沿長度方向相互平行。
[0009]附圖la-2是用繩狀物捆綁竹筒群的多孔竹材集成材矩形結構構件圖，竹材集成材內的所有竹片沿長度方向相互平行。
[0010]附圖1b-1是多孔竹材集成材矩形結構構件圖，竹材集成材內的所有竹片沿長度方向相互垂直。
[0011]附圖lb-2是用繩狀物捆綁竹筒群的多孔竹材集成材矩形結構構件圖，竹材集成材內的所有竹片沿長度方向相互垂直。
[0012]附圖2-1是多孔竹材重組材矩形結構構件圖。
[0013]附圖2-2是用繩狀物捆綁竹筒群的多孔竹材重組材矩形結構構件圖。
[0014]附圖3-1是多孔竹材集成材和竹材重組材復合矩形結構構件圖。
[0015]附圖3-2是用繩狀物捆綁竹筒群的多孔竹材集成材和竹材重組材復合矩形結構構件圖。
[0016]附圖4-1是多孔FRP生物質材料塑料粉碎料復合矩形結構構件圖。
[0017]附圖4-2是用繩狀物捆綁竹筒群的多孔FRP生物質材料塑料粉碎料復合矩形結構構件圖。
[0018]圖中的I是矩形筒、2是生物質填充料、3是竹質連接件或木質連接件、4是空心原生竹筒、5是塑料粉碎料、6是繩狀物。
【具體實施方式】
[0019]對照附圖，多孔竹材復合材矩形結構構件，其結構是最外層是矩形筒(1)，該矩形筒(I)為竹材復合材矩形筒，矩形筒(I)內部有不少于5個空心原生竹筒(4)，其中一個A空心原生竹筒(4)直徑大于其它空心原生竹筒(4)的直徑，除A空心原生竹筒(4)外的空心原生竹筒(4)直徑相等，A空心原生竹筒(4)位于矩形筒(I)內的正中央，其它空心原生竹筒(4)對稱分布在矩形筒(I)內側的角落附近，包括A空心原生竹筒(4)在內的其它空心原生竹筒(4)之間是通過竹質連接件或木質連接件(3)相連成竹筒群，竹筒群用繩狀物(6)捆綁，也可以不捆綁；矩形筒(I)和空心原生竹筒(4)之間的縫隙內充滿生物質填充料(2)。所述的空心原生竹筒(4)除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分。竹材復合材矩形筒也可以用FRP矩形筒替代。
[0020]所述生物質填充料(2)包括麥桿、稻草、玉米桿、高粱桿、豆桿、辣椒桿、油菜桿、亞麻桿、蘆葦桿、棉桿和/或廢棄的木材及其碎肩。
[0021]所述生物質填充料(2)包括農作物的葉、桿、莖和/或所有木質材料，生物質填充料(2)均經過烘干脫水處理。
[0022]所述矩形筒(I)具備足夠的抗拉抗剪強度，具體的量值與其分擔的外界荷載產生的應力有關，要由實際結構設計計算確定；如果用FRP矩形筒代替，F(xiàn)RP矩形筒的厚度不小于10mm，竹材復合材矩形筒壁厚度不小于20mm。
[0023]所述的生物質材料(2)或者生物質填充料(2)和塑料粉碎料(5)形成的混合料通過膠黏劑(酚醛膠或者落葉松單寧樹脂膠，或者其他不含甲醛的生態(tài)膠)均勻混合而成。
[0024]所述的塑料粉碎料(5)是工業(yè)或日常生活的塑料瓶罐粉碎成的碎料，碎料規(guī)格:長度20mm-40mm、寬度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm ;塑料粉碎料表面無粉塵和油污。
[0025]所述的空心原生竹筒(4)除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分?？招脑裢?4)為3-6年生的筆直原竹筒，所述的竹質連接件由原生竹片加工而成；所述的木質連接件由樹枝或廢棄的木材邊角料加工而成；原竹筒和竹質連接件或木質連接件均經過干燥。
[0026]所述竹筒群內，其它空心原生竹筒與A空心原生竹筒之間的徑向竹質連接件或木質連接件連接長度相等，其它空心原生竹筒與A空心原生竹筒之間的平行竹質連接件或木質連接件連接長度相等。
[0027]其制備方法，包括以下步驟:
第一步，選擇符合建筑設計承載力要求的筆直的原竹筒；制作竹質連接件或木質連接件，原竹筒與竹質連接件或木質連接件均經過烘干脫水；
第二步，選擇不少于5個的原生空心竹筒，其中一個A原生空心竹筒的直徑大于其它原生空心竹筒，其它原生空心竹筒直徑相等，將A原生空心竹筒布置在中間，其它原生空心竹筒均勻對稱布置在A原生空心竹筒周圍，并用竹質連接件或木質連接件連接起來，形成竹筒群；竹筒群用繩狀物捆綁，也可以不捆綁；
第三步，制作竹材復合材矩形筒(可以是竹材集成材矩形筒或竹材重組材矩形筒或竹材集成材和竹材重組材復合矩形筒)和FRP矩形筒:
制作竹材集成材矩形筒:
①將選擇好的3-6年生的原竹筒分割成相同寬度和長度的原竹片，去青去黃后進行脫水或干燥(含水率不超過12%)，然后對其進行涂膠(采用酚醛膠，固含量在30%左右)，在適當溫度(150°C左右)和壓力(5MPa左右)下，通過壓力機將其壓制成符合結構設計要求的竹材集成板材(厚度不小于20mm)；
②按設計的尺寸切割成四個長條狀矩形竹材集成材板材條；
③將四塊竹材集成材板材條通過膠黏劑(酚醛膠)和釘子組合到一起，形成竹材集成材筒；
制作竹材重組材矩形筒:
①將選擇好的3-6年生的原竹筒分割成固定長度和寬度的竹片，去青去黃后經齒形輥碾壓后呈橫向不斷裂、縱向較松散的竹篾，竹篾的初含水率10% ~ 12%;然后放在自行設計的常壓高溫熱處理箱進行190°C左右高溫熱處理，接著浸膠，竹篾浸膠量為8% (絕干重量之比)，浸膠后竹篾干燥溫度70°C，干燥至含水率不超