多孔復(fù)合竹質(zhì)或frp生物質(zhì)圓形構(gòu)件及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(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]隨著國家轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式進程的加快，發(fā)展低碳經(jīng)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(yán)厲，木材的供給量和結(jié)構(gòu)構(gòu)件對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，為有效的保護森林資源提供了方向。
[0003]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(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，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)資源的重點領(lǐng)域及優(yōu)先主題。
[0004]多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(gòu)件市場前景廣闊。隨著我國木質(zhì)構(gòu)件行業(yè)的高速發(fā)展，木材原料的供應(yīng)不足越來越成為制約我國木質(zhì)構(gòu)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(zhì)構(gòu)件發(fā)展急需解決的問題。而應(yīng)用具有質(zhì)優(yōu)價廉，環(huán)保、低污染，可循環(huán)利用等特性的多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(gòu)件來代替木材原料構(gòu)件必然有廣闊的市場空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的是多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(gòu)件及制備方法，其目的旨在結(jié)合生物質(zhì)材料的特性將我國蘊藏量豐富的農(nóng)林生物質(zhì)資源應(yīng)用到土木建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，達到節(jié)省礦產(chǎn)資源，保護森林，保護環(huán)境的目的。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(gòu)件，其特征在于，截面內(nèi)部的竹筒竹片群(3)由不少于3個空心原生竹筒和不少于3個原生弧狀竹片通過繩狀物或藤狀物(4)捆扎到一起而形成，并且所有竹筒直徑大小相等，所有原生弧狀竹片大小相等，竹筒竹片群(3)的形心與復(fù)合竹質(zhì)筒或FRP筒(I)的圓心重合，由生物質(zhì)填充料(2)或者由生物質(zhì)填充料(2)和塑料粉碎料(5)等形成的混合料充滿復(fù)合竹質(zhì)筒或FRP筒(I)和竹筒竹片群(3)之間的縫隙。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點:選材廣泛，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、經(jīng)濟性能好、抗震性能優(yōu)越等優(yōu)點，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是多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(gòu)件第一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]附圖2是多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(gòu)件第二種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中的I是復(fù)合竹質(zhì)筒或FRP筒、2是生物質(zhì)填充料、3是竹筒竹片群、4是繩狀物或藤狀物、5是塑料粉碎料。
【具體實施方式】
[0011]對照附圖，多孔復(fù)合竹質(zhì)或FRP生物質(zhì)圓形構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)是截面內(nèi)部的竹筒竹片群3由不少于3個空心原生竹筒和不少于3個原生弧狀竹片通過繩狀物或藤狀物4捆扎到一起而形成，并且所有竹筒直徑大小相等，所有原生弧狀竹片大小相等，竹筒竹片群3的形心與復(fù)合竹質(zhì)筒或FRP筒I的圓心重合，由生物質(zhì)填充料2或者由生物質(zhì)填充料2和塑料粉碎料5等形成的混合料充滿復(fù)合竹質(zhì)筒或FRP筒I和竹筒竹片群3之間的縫隙。所述的竹筒竹片群3除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分。
[0012]所述生物質(zhì)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/或廢棄的竹材、木材及其碎肩。
[0013]所述生物質(zhì)填充料2包括農(nóng)作物的葉、桿、莖和/或木質(zhì)材料，可以涉及到所有的生物質(zhì)材料。
[0014]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。
[0015]所述復(fù)合竹質(zhì)筒或FRP筒I具備抗拉抗剪強度，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；FRP圓筒的厚度不小于10mm，復(fù)合竹質(zhì)圓筒的厚度不小于20mm。
[0016]所述的竹筒竹片群3除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分。竹筒竹片群3為3-6年生的原竹筒，原竹筒筆直，并且所有竹筒直徑大小相等，竹片為寬度弧狀原生竹片；原竹筒和弧狀原竹片均需干燥(含水率不超過12%)，炭化。
[0017]所述的生物質(zhì)材料或者生物質(zhì)填充料3和塑料粉碎料5形成的混合料用膠(酚醛膠或者落葉松單寧樹脂膠或者不含甲醛的生態(tài)膠)拌合均勻，生物質(zhì)填充料2為農(nóng)作物的葉、桿、莖，也包括廢棄的竹材、木材及其碎肩木質(zhì)材料。
[0018]所述繩狀物或藤狀物4是尼龍繩狀物或布條或袋狀物、細鐵絲、是草繩、自然界的所有藤狀物或者藤狀物的編織物。
[0019]其制備方法，其包括以下步驟:
第一步，按結(jié)構(gòu)設(shè)計要求制作復(fù)合竹質(zhì)筒(或FRP筒):
①選擇3-6年生筆直的原竹，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；
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(dāng)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(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； 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“熱進冷出”工藝，壓力4.5MPa,溫度140°C，通過壓力機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；
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)筒所需的厚度(厚度不小于20mm);整個復(fù)合竹質(zhì)筒各片層竹纖維長度方向相互垂直；
第二步，選擇符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的直徑相等的筆直原竹筒，將部分原竹筒劈裂為寬度較寬(不小于120mm)的弧狀長竹片；用繩狀物將不少于3個的原生空心竹筒和不少于3個的原生弧狀竹片捆扎在一起，形成竹筒竹片群；其中原生空心竹筒在竹筒竹片群的內(nèi)側(cè)，原生空心竹筒相互之間緊挨著，原生弧狀竹片位于竹筒竹片群外側(cè)相鄰竹筒交界凹處；原竹筒和原竹片均經(jīng)過烘干脫水；
第三步，將