蜂窩狀生物質(zhì)圓構(gòu)件及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是蜂窩狀生物質(zhì)圓構(gòu)件及制備方法，屬于土木工程技術(shù)與材料科學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國盛產(chǎn)竹子，且擁有量和品質(zhì)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(qiáng)度約為木材的2倍，抗壓強(qiáng)度約為木材的1.5倍，竹材的比強(qiáng)度高于普通木材、結(jié)構(gòu)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(qiáng)，以竹材及其與其他材料組成的復(fù)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(wù)一一 “綠色發(fā)展，建設(shè)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(xué)和技術(shù)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(nóng)林生物質(zhì)資源的重點(diǎn)領(lǐng)域及優(yōu)先主題。
[0003]我國生物質(zhì)資源豐富，植物種類繁多。人類生活水平的提高和多樣化帶來了很多塑料制品垃圾，這些塑料廢棄物難降解，給環(huán)境帶來壓力。
[0004]現(xiàn)有的建筑構(gòu)件多采用礦產(chǎn)資源或者采用木材。礦產(chǎn)資源有限，木材資源同樣也有限，而該種材料將生物質(zhì)材料和廢棄的塑料生活垃圾充分利用起來形成新的建材，對節(jié)省礦產(chǎn)資源，保護(hù)森林，保護(hù)環(huán)境意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的是一種蜂窩狀生物質(zhì)圓構(gòu)件及制備方法，其目旨在結(jié)合現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品FRP將我國蘊(yùn)藏量豐富的農(nóng)林生物質(zhì)資源或日常生活塑料廢品應(yīng)用到土木建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，達(dá)到節(jié)省礦產(chǎn)資源，保護(hù)森林，保護(hù)環(huán)境的目的。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:蜂窩狀生物質(zhì)圓構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)在于，最外層的復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒(2)內(nèi)部是不少于4個空心原生竹筒(4)，其中一個A空心原生竹筒(4)直徑分別大于其它三個B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑，B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑相等，A空心原生竹筒(4)位于FRP圓筒(2)正中央并同復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒(2)形成同心圓，B、C、D空心原生竹筒(4)均勻分布在A空心原生竹筒(4)的周邊，空心原生竹筒(4)之間通過竹質(zhì)連接件或木質(zhì)連接件相連成一整體，用繩狀物(6)沿竹筒外圍將其捆扎起來，也可以不捆扎；在復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒(2)和各空心竹筒(4)之間的縫隙內(nèi)充滿生物質(zhì)填充料(I)或者由生物質(zhì)填充料(I)和塑料粉碎料(5)等形成的混合料。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。最外層的復(fù)合竹質(zhì)圓筒也可以用FRP圓筒替代。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):選材廣泛，制作方便，解決部分白色污染問題；該種建筑構(gòu)件具有自重輕、剛度大、延性好、自恢復(fù)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性能好、抗震性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，并且施工工序簡單，可應(yīng)用于土木建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的受壓或受彎構(gòu)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1-1是蜂窩狀FRP生物質(zhì)塑料圓構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]附圖1-2是用繩狀物沿竹筒外圍捆扎空心原生竹筒的蜂窩狀FRP生物質(zhì)塑料圓構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]附圖2是蜂窩狀復(fù)合竹質(zhì)筒生物質(zhì)圓構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]附圖2-2是用繩狀物沿竹筒外圍捆扎空心原生竹筒的蜂窩狀復(fù)合竹質(zhì)筒生物質(zhì)圓構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中的I是生物質(zhì)填充料、2是復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒、3是竹質(zhì)連接件或木質(zhì)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】
[0013]對照附圖，蜂窩狀生物質(zhì)圓構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)在于，最外層的復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒(2)內(nèi)部是不少于4個空心原生竹筒(4)，其中一個A空心原生竹筒(4)直徑分別大于其它三個B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑，B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑相等，A空心原生竹筒(4)位于FRP圓筒(2)正中央并同復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒(2)形成同心圓，B、C、D空心原生竹筒(4)均勻分布在A空心原生竹筒(4)的周邊，空心原生竹筒(4)之間通過竹質(zhì)連接件或木質(zhì)連接件相連成一整體，用繩狀物(6)沿竹筒外圍將其捆扎起來，也可以不捆扎；在復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒(2)和各空心竹筒(4)之間的縫隙內(nèi)充滿生物質(zhì)填充料
(I)或者由生物質(zhì)填充料(I)和塑料粉碎料(5)等形成的混合料。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。最外層的復(fù)合竹質(zhì)圓筒也可以用FRP圓筒替代。
[0014]所述的生物質(zhì)填充料(I)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。
[0015]所述的生物質(zhì)填充料(I)為農(nóng)作物的葉、桿、莖和/或廢棄的竹材、木材及其碎肩，可以涉及到所有的生物質(zhì)材料，生物質(zhì)填充料(I)經(jīng)過烘干脫水處理。
[0016]所述的復(fù)合竹質(zhì)圓筒(2)的制備方法包括以下步驟:
①選擇3-6年生的原竹，將原竹軟化平展展開，將展開的平竹片膠合(使用酚醛膠或者不含甲醛的生態(tài)膠)成較寬的竹板，然后將竹板旋切成較薄的竹纖維片層(小于1_);
或者將選擇好的原竹筒分割成相同寬度和長度的原竹片，去青去黃后進(jìn)行脫水或干燥(含水率不超過12%)，然后對其進(jìn)行涂膠(采用酚醛膠，固含量在30%左右)，在適當(dāng)溫度(150°C左右)和壓力(5MPa左右)下，通過壓力機(jī)將其壓制成符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的竹材集成材，將竹材集成板材旋切成較薄的竹纖維片層(小于Imm);
或者將選擇好的原竹筒分割成固定長度和寬度的竹片，去青去黃后經(jīng)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(shè)計的常壓高溫?zé)崽幚硐溥M(jìn)行190°C左右高溫?zé)崽幚?，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，干燥至含水率不超過12% ;將竹篾全縱向組胚裝入模具，熱壓采用“熱進(jìn)冷出”工藝，壓力4.5MPa,溫度140°C，通過壓力機(jī)將其壓制成符合建筑設(shè)計要求的竹材重組材型材，再將竹材重組材型材制作成較寬的竹材重組材板材，將竹材重組板材旋切成較薄的竹纖維片層(小于Imm);
②按照建筑需要的尺寸選擇圓柱形內(nèi)模具，內(nèi)模具為高分子納米材料制作耐高壓的可充氣氣囊，生產(chǎn)圓筒時給氣囊充氣形成內(nèi)模具，制作圓筒完畢放氣就可以取出氣囊，十分方便；
③將薄(小于Imm)竹纖維片層按長度方向沿圓柱形內(nèi)模具外徑纏繞形成第一層，該層旋切薄竹片內(nèi)竹纖維方向垂直于圓柱形內(nèi)模具長度方向；
④將薄(小于Imm)竹纖維片層按長度方向沿圓柱形內(nèi)模具長度方向纏繞形成第二層，第二層的薄竹片內(nèi)竹纖維方向平行于圓柱形內(nèi)模具長度方向；
⑤制作第η層，η多3且為奇數(shù)，該層與第一層相同；
⑥制作第η+1層，η多3且為奇數(shù)，該層與第二層相同，重復(fù)步驟③④直到復(fù)合竹質(zhì)圓筒所需的厚度(厚度不小于18_);整個復(fù)合竹質(zhì)圓筒各片層竹纖維長度方向相互垂直；
所述的復(fù)合竹質(zhì)圓筒或者FRP圓筒(2)的抗拉抗剪強(qiáng)度，具體的量值與其分擔(dān)的外界荷載產(chǎn)生的應(yīng)力有關(guān)，要由實際結(jié)構(gòu)設(shè)計計算確定，F(xiàn)RP圓筒(2)的厚度不小于10mm，復(fù)合竹質(zhì)圓筒(2)的厚度不小于18mm。
[0017]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?？招闹裢?4)為3-6年生長的筆直原竹筒，所述的竹質(zhì)連接件由原生竹片加工而成；所述的木質(zhì)連接件由樹枝或廢棄木材邊角料加工而成；所述的空心原生竹筒(4)和竹質(zhì)連接件或木質(zhì)連接件均經(jīng)過干燥。
[0018]所述的生物質(zhì)填充料(I)或者生物質(zhì)填充料(I)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不含甲醛的生態(tài)膠)均勻混合而成。
[0019]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，以提高同生物質(zhì)材料的粘結(jié)力。
[0020]其制備方法，包括以下步驟:
第一步，選擇符合建筑設(shè)計承載力要求的復(fù)合竹質(zhì)圓筒或FRP圓筒及筆直的原竹筒；并制作竹質(zhì)連接件或木質(zhì)連接件，原竹筒與竹質(zhì)連接件或木質(zhì)連接件均經(jīng)過烘干脫水；第二步，選擇不少于4個的原生空心竹筒，其中A原生空心竹筒直徑大于其它B、C、D三個原生空心竹筒，B、C、D原生空心竹筒的直徑相等，A原生空心竹筒布置在中