我国大规格竹质工程材料加工现状与存在问题分析

1、我国大规格竹质工程材料加工现状与存在问题分析随着人们生活品质的提高和社会的发展，大跨匱和大空间的建筑更加倾向于采用生态环保型的木、竹工程材料来替代水泥钢筋"u在北莫、欧洲和日本等发达国家.大规格、大跨匿的木质工程材料被广泛应用于民用和商业建贰如木结掏桁架园林毀观用型木纥构别驻、胶合木结枸阳书馆和体疗馆厅以及木结构桥梁等随着科技的发展和社会的进步.以单板层积材、胶合木、单板条摄积材、木条定向成材和定向刨花方材等产品为理我的兀尺寸木质工稈材料谒到了迅猛的发展4斥但由于资源和技术等窖观獵因，发展中国家在大规格竹质工程材料开发和应用方面涉及很少。虽然哥伦比亚和印度等国家直接利用圆竹制造较大跨

2、度的人行天桥.教堂及各式竹建筑.但由于材料的耐久性和穗定性尊原因，应用受到一定限制|山我国朵竹子资源大国.竹子可再生性强.力学性施好，竹质人造板零工程材料在建筑、运输和包装零领域得到广泛应用口但我国竹材人造板产品的幅角一敵为1.22mx2,44m.大部分丧度小于3m.竹质工程材料的加工设备幅面小，加工大规格产品主旻以冷压拼长和接宽胶合为主。随着时代的发展，由于人规格竹质T程材料具有整体性强'便于设计、性能稳建、应用效率高等优势.其在国内市场的需求日益坤!大国内科研院所杓竹材加匸企业，借鉴木质丁稈材料的加工经验结合竹材的特点.在大规搐竹质匸程材料的加工与应用方面逬行了探索、取得一定的成果

3、"但加工长度12mU上大规格竹质T,程材料和构件.在制ifi工艺加工装备以及评价方法等方面仍存在诸雪问题.需要在技术上进一步实现突轅利创新°1我国大规格竹质工稈材料的加工应用现状1.1主要大规格竹质工程材料种类当的.我国可用于建筑和工程领域方面的大規格竹质工桎材料主要包括以竹蔑制造的竹蔑层积材、以竹席竹帘制造的竹席胶合板、以竹条制造的竹集成材和以竹束纤维制造的竹甫组材等“叫1）竹磁积材是以薄竹鮫顺向组坯胶合而成的-种竹材人造板。它的纵向强度高刚性好产品具有显著的方向性，是一种良好的结构材料可用于梁、摞、柱、椽等主要承载构件。竹題层积材的压制厚度一般在30mrr.以下<

4、>2）竹席胶合板趁以竹席和竹帘为构成单元将竹剖成厚l-2mm宽左右的竹蔑用细棉敗线等将其连成竹帘上下衣面采用竹席经纵横组坯胶合热压而成。由于采用纵横组坯结构.在苴长度和宽度方向上均具有较好的力学性能.常被用于制造楼板及埴体轨3）竹集成材是将竹材加工成横截面为矩形的四面刨光的规格竹条将竹条在宽度和厚度方向拼接胶合经热斥而成的板材。其保持了竹材本身纹理和优良物理力学性能尺寸稳定性好、强度大、刚度好、纵向韧性矣出.耐剧损是地板、家具和房屋建筑的理想材料也可以用其制造桁架等。4）竹重组材是将竹材经碾斥咬解成纵向保持纤维强度横向松散交餡相连并保持竹材纤维脈有推列方式的谏松网状竹束经浸渍酚醉树脂纵向

5、组坯压制成刊的新型竹质工程材料。板材可以采用热压方式方材大多釆用冷压热固化方式制造.竹审组材密度一般在1.0g/cm以上产品良有耳重、花仗簧观、纵向强度高等特点，在建筑结构上可用于制造梁、柱、室内外墙板及屋面板。上述林料均可以经过一次或二次加工.制成较大规格的竹质工程材料，用工程和建筑领城。1.2我阖人規格竹质工程材料的应用现状自2000年以来我国竹质工程材料在房屋、桥梁等方面得到了许多成功的应用叫幼。中国林业科学研究院在“十五”期间采用竹幾层枳材和竹席胶合板利用金属件连接制造跨度10.4m桁架用于云南山区屏边小学校舍的主体结构并采用竹席胶合板制作墻板建筑彩体造別美观工稈造价较低廉与周边环境相

6、宜。国际竹藤组织和中国林业科学研究院联合采用竹舷积材和竹席复合材料.利用指接和螺栓连接组合.加工出/约9m跨度材料制造房屋立柱和桁架构件在北京南口建造了300n?的活动中心建筑。2007年湖南大学在耒阳市建造了竹质结构桥梁.该桥承堕构件采用竹幾层枳材制造由9根10m长竹蔑层积材梁组成实际険戟庞力约为9（Xo湖南人学研究人员通过对竹席胶合板工艺改进改变竹席纤维排列方向和板材厚度注册了胶合竹（Clubam）商标作为桥梁用结构材料并参与设计和制造了大跨度竹质公园俱乐祁的丿另屋.其中最大指接竹胶合粱的长度为16.5m悬臂长iff达7m0浙江大庄实业集团公司利用竹集成材制造岀了亦跨度的竹梁用于面枳约50

7、0mJ的四川毕马感活动中心建造。安徽宏宇公司联合设备制造厂家合作开发户外用竹基纤淮复合材料利用筲刚竹竹束采用成型模具加工12m竹蛋组材梁柱用于制造户外廊架和员观桥。湖北咸宁采用竹萤组材制造的单跨10m结构梁用于H地的竹文化博物馆的建造。福建和其禺竹业有限公司联合设备制造厂家陆续研发岀现了大尺寸热圧机，可生产6m长的板材，主要用于加丁集装常底板等；国家竹藤工程技术研究中心采用青岛国森肌械有限公司双向加斥拼接机.加工出长度大于10m的竹宴成材,用于制作建筑和桥梁构件。2大规格竹底工程材料的研究与开发进展2012年由国际竹藤中心承押的国家林业公益性行业科研专项“大睛度竹质工程构件关健技术研究与示范”

8、重大项口在北京正式启动c主要研究和开发内容包括大跨度建筑用竹质工程材料开发及其构件设计与制造技术、竹质工程材料天然耐廉性和防护技术、竹质结构房屋设计建造示范与安仝健康性能评价技术、竹质工程材料小矫构件设建造示范与安全健康性能评价技术等。该研究项目针对我国丰富的竹材资源,结合桥梁和建筑领域的需求通过突破强度刚度、耐久性以及设计和连接寻关镇技术雅题开发连续12m以上长度的大跨变竹质工程材料和构件.用于房屋和桥梁的建造。2013年由北京林业机械研究所和南京林业大学等单位联合攻走的大规格竹逅组材制造技术、装备研发与示范''项H正式启动主變开展包括竹蔑形态、尺寸对连续成型的影响、竹蔑含水

9、率对浸胶虽及连续热乐的影响及其参数优化、笫层竹蔑均衡分布连续组坯T艺研究.具有预热和热斥胶合及冷却功能的连续热斥成羽工艺、胶黏剂筛选和改性及胶合性能评价以及大规格瓯组材理化性庞研究等。该项目足以提高竹材工业化利用整体水平为目标.研究开发以竹蔑或竹条为垄木材料.爲度“动化的大规格竹垂组材连续胶合技术,夷高产品质虽扩大应用范圉提高劳动效率。西南林业大学科研人员开发了利用竹大片刨花板作为膻板制造竹质工字梁的工艺研究：r腹板的压板稳定性、宛剪性能及其与常规力学性能之间的关系、竹木T.字梁的抗弯性能及孔洞对械弯性能的影响。中南林业科技大学研究了利用慈竹竹帘胶合板锯裁成真缘板与服板通过等边角钢用嫖钉联接制

10、成工字梁的工艺口。宁波大学采用竹质主腹板和“形的槽型钢板连接,研发了一种环保型工字形组合梁，该组合梁用钢板和竹板组合的形式替代了传统的钢筋混凝土材料.减少构件的白重炎高了抗震能力而且由于竹.木具有此好的受力性能保证了组合梁具有较高的承载力及刚度国际竹蘇中心采用非连续和连续拼接绍坯工艺制备竹集成材并以此为基本单元结合复合材料层合板理沦实现了竹质工程材料结构和强度的可设计性13。3大规格竹质工程材料加工存在的问題与晝点发展方向3.1存在的主要问題】）竹单元接长工艺竹蔑.竹条利竹束等单元纵向接氏是生产大规格竹质程材料的亚鳖坏筋.接氏匸艺直接影啊产品的力学强度外观质笊和生产效率。忖前,接怏方式主耍有対

11、接、桥接、斜接和折接四种唤叫但对接单元之间存在一定的空KC板材力学强度会随着对接接头数目的增加而衰减°搭接在一定程度上提高胶合面积但同时增加了板材厚度方向上的不均匀性尤其对高密度、大尺寸枸件的尺寸稳定性有不利影响。指接是利用指榔形樟挤来实现的纵向拼接，但往往会因胶合面窄而连接强度絞低。斜接是将眼元的端头铳削加工成-定的斜面涂胶而后加乐胶合接长由于胶合面的限制对强度乜产生不利影响;但竹材的硬度大铳削困难特别是命化疏解后的竹束纤维单元形态较为分散.断面难以铳削成斜血。H臥针对竹单元的接氏技术还冇待研究与开发。2）组坯切K制T.艺住竹质程板材的制造方面.传统的热乐法制备的板林长度主妥在24

12、m以下.无法满足大规格（12m以上）尺寸的耍求。连续式高频热圧生产线的投资大,目前国内直接用于制造大尺度竹质人造板的超长热斥设备或连续烙压机缺乏。竹材大现模加工能力很弱研发投人不足.由于竹材硕度较大要使竹護竹条和竹束等施本单元在热压时紧密接触形成一定密度的板坯所需的压力大于木材纤维或刨花。在高压下圧板对机架、钢带和运行轴承的刚度提出更高的要求。因此.即便是国外现有的木质人造板连续性斥机也不能完全移植用于竹质工程材料的生产，需要结合竹材材性重新设计、研制和完善。3）产品质量控制标准竹质丁秤板材和构件作为结构用材.不仅耍具有较高的强度和刚度.还需要具备良好的可靠性和设计性即产品质址的均匀性要好、离

13、散性要小。目前部分竹质工程材料（如竹重组材）的半成品和产品的质试戾散性较大,未实行严格的强度分级和质址分等;各类板材构件的待秆值和设计值不明确;板材在制适过程中的质员控制数据缺乏产品的在流通、使用过稈中椅聆和监督机制不完善；这使得竹质构件的稳定性得不到保迂。当前.我国可用丁竹质结构工程材料的标准有13项包括2项国家标准和11项行也标准标准的覆盖面小，部分标准陈I日刿。针对大跨度竹质工程材料的物理力学检测标准和过程评价方法缺乏，主耍参照木质材料和建筑规定。因此需要加强对大尺寸竹质工程材料和构件方面的标准进行修定和完善，为规范生产、流通.市场秩序和竹质产品的合理应用提供规范。4）竹质工程材料的耐鹿

14、、防虫害性能竹材主实是由纤维素、半纤维素和木质素等化学成分构成.包括1.5%-%的蛋白质,2%左右的糖分.2%-6%的淀粉和2%4%脂肪。这些物质的存在为菌类、昆虫生物的生存提供了丰富的养料在适宜的温度和湿度条件下极易繁殖而破坏竹材组织。在现实应用中.竹质品常常易遗虫蛀和菌类的侵害而发生霉变与腐朽等现象。大规格竹质工程材料主耍用于建筑桥梁和室外工程方面.耍求具有良好的耐候性.但目前防腐防霉变防蚁处理问题仍没有很好解决。因此竹质构件的功能性改良是研发大规格竹质工程材料的一项重要内容。5）竹质工程材料的应用性能评价方法竹质工程材料的胶合耐久性、长期端变、疲劳损伤等性能评价技术、标准和数据缺乏.无法

15、支挥具体应川待别足对大尺度竹质构件在建筑领域的应用。竹质T.程材料作为结构材.强度和刚度不仅要求能够满足瞬时载荷的要求还要能够承受长期载荷的作用即在长期载荷作用下仍然具有足够的强度和刚度。竹材作为一种犬然的髙分子复合材料.氏淹变学特性决定了在*受长期載荷的条件时木质结构会由于嫦变特性而导致结构失效在指恨SL恒定应力作用下材料的形变建时间椎移而逐渐增加捷至破坏心叫室外用竹质工程材料要经历阳光、风霜、雨露、冰冻等自然气候的冲击。竹材作为一种天然的生物质材料具冇亲水性和各向异性.在起热环境下竹质工程材料的界面易受到破坏其尺寸稳定性、强度、刚度将受到影响。故对于室外用竹质工程材料的环境适应性和长期流变

16、学特性的研究与评价工作将是大尺度竹质构件的另一项贡姿内容。6牆构设计竹质工程材料的结构设计模型和应用领域的组合构件的设计数据缺乏建筑设计人员不能全面、桥确、方便地了解和分析竹质构件在各种复杂应力和匸程环境下的倍息。由于竹材纤维增强材料自身的各向异性、制逍工艺和产品工作环境的差异.使得影响竹质工程材料性能的因素很多失效形式也呈多样性，主要包括纤给晰型、基体挤斥、慕体开裂.界面破坏纤维码出、分层失效等17。这给竹质工程材料的结构设计、强度和刚度预测模拟带来了一定的挑战。若要全面快速地了解某种材料的性能.通常的办法是经过大量统计的破坏性试验来测定试件的物理力学性能.不仅T作量大还适成时间、材料方面的

17、损失。对于大尺度（12m以上）竹质工程材料更是不可能采用大诫的、破坏性试验方法来检测其强度、刚度和胶合耐久性指标需耍科学合理的设计标准32豪点发展方向1）半成品材料单元的接长、增宽加工与分级开发竹笈、竹条和竹束单元的纵向接长和横向连接技术形成具有均匀宽幅面连续长度的单元半成品，为斥续工序服务。对干竹重组材来说.在竹束纤维葷板的制造过秤中要将竹材疏解覺乐成纤维细度均匀、毓松而又能最大程度地保持竹材纤维似冇物理形态和力学特性这需耍对碾压的设备和蔬解工艺进行创新和升级。同时为了制造内应力小和强度均匀的竹质工程材料.需要对竹束单元进行质fit分级评价和整张化处理.提高其均匀性和组坯的可操作性，从而改进

18、竹重组材加工工艺，制迪竹束单板层积材。2）连续式热乐机及其配套设备的研究与开发开发具有连续进给功能的预压机和热压机.生产任意连续长度的竹质工程材料満足大幾格的需渡。研发间歇弍热斥连续长度竹质丁程材料制造技术在改进现有国内竹人造板生产设备的基础上.利用间歇式斥机分段热压工艺制造连续长度的大規格竹质工程材料。同时根据竹质工程材料的性能特点投入人力和物力研制连续热乐机、竹束单板机械连续化定向组坯设备、连续辗压成型在线传热技术等生产装备和技术.提高生产效率和产品质诫.满足竹材加工领域工业化生产的要求。3）改进竹质丁程材料防护I：艺为解决大规格竹质丁程材料的耐腐和防虫害问题应积极开发防护处理工艺和方法。

19、同时研发具有实用性的环保性防腐剂、防虫剂和防毒剂。研究竹质工程材料类型对其天然耐腐性的影响以及防护药剂种类和处理方法对材料胶合性能.耐腐性.耐候性的影响。开发出家外竹质丁程材料和构件的防腐、防蛀、防梅处理技术.同时开展通过设计和建造进行的防护方法研究使峑外川枸件达到C3和C4A使用等级耍求使用寿命达到20年以上。4）开展物理力学以及承载性能的检测与评佔针对大规格竹质工程材料物理力学性能.胶合耐久性、蛭变和瘦劳待性应借鉴国外木质工程构件成熟的标准评价体系,并结合竹材自身特性和不同用途通过创建科学检测方法系统测试长期戟荷、循环动态荷载下的物理力学数据进行统计特征值的分析建立健全竹质工程构件的品质鉴定与评估体系和产品标准。同时耍从原材料、半成品开始实现创声波或X射线等方法快速评估与在线检测合理优化配