弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)構(gòu)件及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)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(guó)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)——“綠色發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的根本要求，也符合《國(guó)家中長(zhǎng)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(kāi)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]隨著國(guó)家轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式進(jìn)程的加快，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)作為國(guó)家的快速推進(jìn)，對(duì)天然林和人工育林的保護(hù)政策將愈加嚴(yán)厲，木材的供給量和結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)其需求量之間的矛盾將愈加突出，以木材為原料的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的發(fā)展空間將大大壓縮，而生物質(zhì)材料構(gòu)件的推出，為有效的保護(hù)森林資源提供了方向。
[0004]弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)構(gòu)件市場(chǎng)前景廣闊。隨著我國(guó)木質(zhì)構(gòu)件行業(yè)的高速發(fā)展，木材原料的供應(yīng)不足越來(lái)越成為制約我國(guó)木質(zhì)構(gòu)件發(fā)展的一個(gè)主要因素。尋求木材的替代材料成為我國(guó)木質(zhì)構(gòu)件發(fā)展急需解決的問(wèn)題。而應(yīng)用具有質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，環(huán)保、低污染，可循環(huán)利用等特性的弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)代替木材原料必然有廣闊的市場(chǎng)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的是弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)構(gòu)件及制備方法，其目的旨在結(jié)合生物質(zhì)材料的特性將我國(guó)蘊(yùn)藏量豐富的農(nóng)林生物質(zhì)資源應(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:弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)是B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4)位于正中央同A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)形成同心圓，弧狀原生竹片(2)均布在A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)與B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4 )之間，生物質(zhì)填充料(3 )充滿在A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)和B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4)之間的縫隙，從而共同形成一種復(fù)合材料構(gòu)件，所述的A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)的厚度大于B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4)的厚度；所述的生物質(zhì)填充料(3)包括麥桿、稻草、玉米桿、高粱桿、豆桿、辣椒桿、油菜桿、亞麻桿、蘆葦桿或棉桿，也包括廢棄的木材及其碎屑等所有木質(zhì)材料，可以涉及到所有生物質(zhì)材料。
[0007]弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)構(gòu)件的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
第一步，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求制作不同厚度和直徑的復(fù)合竹質(zhì)圓筒； ①選擇3-6年生的原竹，將原竹軟化平展展開(kāi)，將展開(kāi)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；或者將選擇好的原竹筒分割成相同寬度和長(zhǎng)度的原竹片，去青去黃后進(jìn)行脫水或干燥(含水率不超過(guò)12%)，然后對(duì)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(guò)壓力機(jī)將其壓制成符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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；或者將選擇好的原竹筒分割成固定長(zhǎng)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(jì)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(guò)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(guò)壓力機(jī)將其壓制成符合建筑設(shè)計(jì)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；
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(shí)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)竹纖維片層長(zhǎng)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(zhǎng)度方向；
④將薄(小于Imm)竹纖維片層長(zhǎng)度方向沿圓柱形內(nèi)模具長(zhǎng)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(zhǎng)度方向；
⑤制作第三層，該層同第一層；
⑥制作第四層，該層同第二層，第四層往后的各層重復(fù)步驟③④，直到所需的厚度(厚度不小于16mm);整個(gè)復(fù)合竹質(zhì)圓筒各片層竹纖維長(zhǎng)度方向相互垂直；
第二步，挑選3-6年生筆直原竹筒，切割成寬而長(zhǎng)的弧狀竹片(寬度不小于100mm)，并干燥(含水率不超過(guò)12%)或炭化；
第三步，將B復(fù)合竹質(zhì)圓筒固定在A復(fù)合竹質(zhì)圓筒的正中央，同A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)形成同心圓；
第四步，將弧狀竹片布置到A復(fù)合竹質(zhì)圓筒和B復(fù)合竹質(zhì)圓筒之間的空隙里，并使弧狀竹片向外凸出；
第五步，將生物質(zhì)原料自然風(fēng)干或烘干(含水率不超過(guò)12%)后，經(jīng)農(nóng)用鍘草機(jī)或錘片式打碎機(jī)或?qū)Ｓ梅鬯闄C(jī)粉碎，然后進(jìn)行碾磨；用膠(酚醛膠或者落葉松單寧樹(shù)脂膠)拌合均勻，填充到A復(fù)合竹質(zhì)圓筒和B復(fù)合竹質(zhì)圓筒之間的空隙里，并振搗密實(shí)，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；
第六步，養(yǎng)護(hù)完畢，將兩端裁切整齊，即為所要求的圓形結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):選材廣泛，原材料價(jià)格低廉，產(chǎn)品制作方便，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)，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(duì)緩解我國(guó)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(shuō)明】
[0009]附圖1是一種弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中的I是較厚復(fù)合竹質(zhì)圓筒、2是弧狀原生竹片、3是生物質(zhì)材料、4是較薄復(fù)合竹質(zhì)圓筒。
【具體實(shí)施方式】
[0011]對(duì)照附圖1，一種弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)是B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4)位于正中央同A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)形成同心圓，弧狀原生竹片(2)均布在A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)與B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4 )之間，生物質(zhì)填充料(3 )充滿在A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)和B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4)之間的縫隙，從而共同形成一種復(fù)合材料構(gòu)件，所述的A復(fù)合竹質(zhì)圓筒
(I)的厚度大于B復(fù)合竹質(zhì)圓筒(4)的厚度；所述的生物質(zhì)填充料(3)包括麥桿、稻草、玉米桿、高粱桿、豆桿、辣椒桿、油菜桿、亞麻桿、蘆葦桿或棉桿，也包括廢棄的木材及其碎屑等所有木質(zhì)材料。
[0012]弧狀竹片增強(qiáng)復(fù)合竹質(zhì)圓筒生物質(zhì)構(gòu)件的制備方法，包括以下步驟:
第一步，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求制作不同厚度和直徑的復(fù)合竹質(zhì)圓筒；
第二步，挑選3-6年生筆直原竹筒，切割成寬而長(zhǎng)的弧狀竹片(寬度不小于100mm)，并干燥(含水率不超過(guò)12%)或炭化；
第三步，將B復(fù)合竹質(zhì)圓筒固定在A復(fù)合竹質(zhì)圓筒的正中央，同A復(fù)合竹質(zhì)圓筒(I)形成同心圓；
第四步，將弧狀竹片布置到A復(fù)合竹質(zhì)圓筒和B復(fù)合竹質(zhì)圓筒之間的空隙里，并使弧狀竹片向外凸出；
第五步，將生物質(zhì)原料自然風(fēng)干或烘干(含水率不超過(guò)12%)后，經(jīng)農(nóng)用鍘草機(jī)或錘片式打碎機(jī)或?qū)Ｓ梅鬯闄C(jī)粉碎，然后進(jìn)行碾磨；用膠(酚醛膠或者落葉松單寧樹(shù)脂膠)拌合均勻，填充到A復(fù)合竹質(zhì)圓筒和B復(fù)合竹質(zhì)圓筒之間的空隙里，并振搗密實(shí)，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；