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竹材——未来建筑材料的主力军

发布日期:2017-11-22 17:50:18            阅读量:133
如今世界经济技术高速发展,而建筑材料资源供应日趋紧张,竹材已成为我国重要的速生和可再生森林资源之一。其主要特点生长快、成材早、产量高、强度高、弹性好、硬度大。这种具有诸多优点的高强度的生物质材料,如何能作为真正的建筑材料应用在建筑上,一直是行业内的热点问题。 竹材主要可划分为原竹、竹材人造板与竹材结构件三种形式,其中竹材人造板可作为建筑装饰材料及部分结构材料,而逐步发展起来的竹材结构件更适用于作为结构材料。建议加强竹材的尺寸稳定性、防火性、耐久性等综合性能研究,完善竹材加工技术,可以促进竹材在建筑工程中的进一步应用与发展。  

竹材作为建筑材料的优越性在于:

1、有利于可持续发展和环保。竹子生长速度快,它每年有10%~30%年生长量(树木为2%~5%)。一丛竹子五年内可以生长200根竹子,树木却仅能生长一棵。另外在施工建造过程中能耗、污染也远远小于建造砖、石、混凝土类建筑物; 2、成本低。据统计,竹房屋比普通材料住宅的成本便宜20%。尽管因为种种原因,竹材价格也在上涨,但相对木材来说,还是有很大的优势; 3、安全舒适。竹材的抗拉强度可与钢媲美,每平方英寸可承受高达52000磅的压力。由于质量轻、弹性好,竹子的抗震功能也非常突出。据报道,在哥斯达黎加7.6级地震中,位于震中的30座竹房屋保存完好,而周边许多混凝上房屋和旅馆全部倒塌。竹材具有调节室内温度和湿度、吸收紫外线及抗静电的功能,有益人体健康; 4、经久耐用。经过适当处理的竹材使用寿命可达30年之久,这个年限对于临时房屋、休闲房屋来说是足够的。
竹材在建筑工程中的应用涵盖三个方面:建筑体、建筑装饰和建筑部件。目前,竹材的应用主要集中在建筑装饰上,其他两个方面的应用开展得较少。本文结合目前竹材的发展状况,简要阐述竹材的种类及其在建筑工程中的应用情况,并对竹材的进一步发展给予建议。
一、竹的构造与性质 竹材利用的是竹子的竹竿,竹竿由竹节和节间两部分构成。节间的圆筒形外壳称为竹壁,竹壁又分为竹青、竹肉和竹黄三部分。竹青是竹壁的外侧部分,组织紧密、质地坚韧,表面光滑而成绿色;竹黄在竹壁内侧,组织松散、质地脆弱而呈黄色;竹壁和竹黄中间的部分称之为竹肉。竹肉是竹壁的主要组成部分,是竹材物理力学性质的主要体现,也是对竹材进行改性的主要部分。
竹的种类繁多,不同品种的竹密度相差较大。一般而言,密度大的竹,其材质硬度大、强度高;而密度小的竹,其材质的塑性和柔韧性较好,而强度偏低。竹材具有硬度好,强度高的特点,其抗拉抗压强度明显高于木材,抗拉强度可与钢材媲美,可作为一种良好的工程结构材料。

二、原竹材料的应用 · 受力构件 由于竹在长度方向上抗拉、抗压能力较好,且富有韧性与弹性,抗弯能力也很强,不易折断。因此,在一些简易房屋的构造中可将竹作为受力构件。一般用较粗的竹竿作房屋的梁、柱、椽等承重材料,屋顶、墙壁、天花板则采用竹片拼接而成。这种直接由竹竿建造的房屋,由于竹竿形状为圆形,尺寸误差较大,竹秆力学强度有限,因此只能用于结构简单,承重力小的的受力构件。
· 脚手架 在世界范围内,以竹材作为建筑施工的脚手架已有较长的历史,甚至在现代高层建筑施工中仍在继续使用。与钢脚手架相比,竹脚手架具有较强的抗风能力,由于竹材径级尺寸的变异性较大,其搭建和拆除都不如钢脚手架。但由于竹脚手架方便实用、成本低廉,在欠发达地区的低层建筑中仍然具有较大的市场前景。

三、竹材人造板 我国竹材资源丰富,但是千百年来,对竹的利用长期停留在原竹的形式或经过简单的加工利用到建筑业中,资源浪费严重。随着我国经济社会的发展,木材供需矛盾日期突出。为了解决木材的供需矛盾,有人提出了“以竹代木,以竹代钢”的设想,通过对竹子进行深加工,使之成为一种真正的建筑材料应用于土木建筑工程中。为此,我国投入了大量人力和物力研究开发利用竹材,并取得了长足的发展。其中,竹材人造板是“以竹代木”的最主要体现,并在建筑工程中得到了较为广泛的应用。竹材人造板是以竹材为主要原料,经过一系列的机械和化学加工,并施加一定的胶黏剂,在一定的温度和压力下,压制成型的板状材料。与木材相比,竹材人造板具有强度高、韧性好、刚度大、变形小、尺寸稳定、性能优良等特点。在住宅建筑中,和传统的结构材料相比,应用竹材人造板结构工程材料,其轻质、高强使得结构所占面积更少,同时满足建筑上大开间、灵活分割的要求。竹材人造板品种繁多,主要有竹编胶合板、竹材胶合板、竹材层压板、竹席竹帘胶合板、竹材复合板、竹材刨花板、竹地板等。 · 竹编胶合板 竹编胶合板是以竹篾纵横交叉编制的竹席为构成单元,通过施胶热压而成的一种竹材人造板。该种材料具有强度高、刚性好、吸湿膨胀率低、经久耐用等特点,并且生产工艺简单、设备投资少。可用于屋顶或外墙覆面、楼面底板、墙面装饰面板等,以代替一部分的石棉、石膏和钢材。但是,由于该人造板的结构单元为竹席,致使板面平整度较差,若作为装饰材料效果欠佳。 · 竹地板 相对木地板而言,竹地板具有质硬、韧性好、表面光洁、结构别致新颖等特点,且价格相对较低。但是由于竹子自身条件的限制,竹地板生产时竹材的利用率较低,仅为16%左右,且加工工艺相对复杂。

· 竹材胶合板 竹材胶合板是将竹材经过高温软化处理后展平、刨削、干燥、涂胶、组坯后热压胶合而成的一种竹材人造板。该材料强度高、刚性好、可以大大降低建筑物的自重,成为很好的墙体、天花板和门板材料。但是,竹材胶合板生产工艺复杂、设备投入量大、工艺过程难以控制、对原料的要求高,因此其发展受到了一定的限制。

· 竹席竹帘胶合板 竹席竹帘胶合板是以竹席为面层材料,以纵横交错组坯的竹帘为芯层材料,经过干燥、浸胶、组坯和热压胶合而成的一种胶合板。与其他人造板相比,具有强度高、韧性好、幅面宽、拼接少、光滑、耐水耐热、不变形、周转次数高、竹材利用率高、生产成本低、工艺简单等优点,是我国竹材人造板中发展速度最快、规模最大的一个品种,广泛地应用于建筑模板等领域。存在的不足是其生产效率较低,竹帘平整度和厚度难以控制,从而影响板面的质量。 · 竹材层压板 将一定规格的竹篾,经过干燥、浸胶、干燥、组坯和热压胶合后形成的竹材人造板称为竹材层压板。该产品生产工艺简单,产品多以厚板为主,厚度一般在25mm以上。层压板的纵向强度和刚度很高,横向强度较低,且结构类似于重组木。在预制房屋制造中可发挥其力学特点,作为横梁、柱体、门板、楼梯扶手和承重墙体等承受荷载较大或要求较高部件的制造,可代替大量的钢材、水泥和木制人造板。 · 竹材刨花板 竹材刨花板是以竹材碎料为主要原料,经干燥、施胶、铺装、成型热压而成的一种竹材人造板。其特点是单向强度高、刚性大,具有较强的耐水性以及较低的膨胀率,可用于屋顶或外墙覆面、楼面底板等。 · 竹材复合板 以竹材作为主要原材料之一,由两种或两种以上性质不同的材料,利用合成树脂或其它助剂,经特定的加工工艺生产的人造板称为竹材复合板。竹材复合板种类很多,主要有覆膜竹胶板、竹材碎料复合板、竹木复合板等。上述竹材人造板目前主要应用于家具制造、室内装修和建筑模板等,在建筑领域内的应用基本上停留在装饰装修与建筑模板的范围内,还未大规模用作结构材料。然而,竹材的力学性能却非常适合开发成为板、梁、柱、墙体等结构构件。上述竹材人造板中,竹编胶合板与竹材层压板生产工艺简单,可以开发成为结构材料。

四、竹材结构件 竹材具有很高的强度,因此竹材人造板的强度也较高,基本上可以满足现代建筑结构。但是,竹材人造板的厚度较小,一般为2cm左右,其单板不能跨越较大的跨度,若将其构成各种竹材组合构件或制作成各种板材和型材将会具有非常广泛的应用空间。 · 方材 竹材层压板是目前比较适合加工成组合件的竹材人造板,其生产工艺简单,原料来源广泛,组坯时竹篾按全顺方向重叠排列,能够提供很高的纵向强度和刚度,适合开发成为梁和柱等纵向构件。在压机容量满足要求的情况下,可以获得较厚尺寸的板坯,并根据需要裁成不同尺寸的梁、柱等方材。竹材人造板压制时需要很高的压力才能获得足够的强度,故产品密度较大,原材料消耗较多。 · 竹材组合件 为了减轻构件自重,减少原料用量,将较薄的竹材人造板构成各种组合构件,充分发挥竹材强度高的特点,为竹材人造板在建筑结构中的应用提供更为有效的途径。竹材组合件分为竹组合件和钢竹组合件。 · 竹组合件 竹组合构件是单纯由竹板直接组合成工字形或箱形等组合截面,可用作建筑结构中的梁或柱,与单板相比,其承载能力和刚度得到大幅度的提高。 · 钢竹组合件 钢竹组合构件由竹板与钢板用高强结构胶粘结成钢竹组合板,再由板组合成多种不同截面形状的其它构件。钢竹组合板分为实心和空心两种,实心组合板是由两张竹板夹一张薄钢板或由一张竹板和一张钢板组合而成,金属板与竹板之间为全界面粘合;而空心组合板是由两张竹板夹一张梯形截面压型钢板组合而成,金属板与竹板之间为半界面粘合,板中带有空腔,空腔中填充苯板等保温隔声材料,可直接作为建筑楼板和墙体。由实心板组合成多种形状,如工字形、箱形等,成为钢竹组合梁和组合柱。

五、展望与建议 我国正处于经济社会快速发展阶段,作为大量消耗资源与能源、对环境产生重大影响的建筑业,应全面实施绿色施工,承担起可持续发展的社会责任。在保证工程质量、安全等基本要求的前提下,应通过科学管理和技术进步,最大限度地节约资源和减少对环境的负面影响,建设“资源节约、环境友好”的社会主义现代建筑。 资源供应急缺的形势下,竹材作为一种速生的森林资源,其性能将会越来越引起人们的关注。如果对其进行改性处理将获得更高性能的材料,开发成为适应现代建筑的新型建筑材料,将产生重大的经济效益和社会效益。 从目前的应用情况来看,竹材在建筑中的应用基本停留在建筑装饰装修与建筑模板范围内,还未大面积作为墙体材料或结构材料使用。这是因为目前的研究主要集中在竹材的基本强度和材料的制造工艺,而对竹材使用过程中的尺寸稳定性、防火性、耐久性、防虫防霉性、蠕变性、抗冲击性及振动性、材质与胶粘剂等之间的相互关系研究甚少,从而制约了竹材在建筑领域的进一步发展。 因此,加强竹材的综合性能研究,完善竹材加工技术,研发高质量、高性能、高技术含量的竹材墙体材料和结构材料,使之成为现代新型建筑材料新的主力军。 文章来源:新材汇
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