一种单板层积材多级点阵结构圆木柱及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料领域，尤其涉及一种单板层积材多级点阵结构圆木柱及其制备方法。

背景技术

在木结构建筑领域中，直接利用大径级的圆木作为柱子已经越来越难以实现，而且大径级的原木干燥和防腐处理也比较困难，未经处理的原木会存在尺寸稳定性较差的缺点，也使得木结构的使用寿命和安全性大大降低。在混凝土柱子或金属柱子外面贴附木材，虽然外观上具有木材的纹理但本质上并不属于木质材料，也不能充分发挥木材的天然优势。此外，木材与混凝土或金属的界面性较差，木材开裂变形后内部的混凝土会暴露出来，影响使用质量。空心圆筒形单板层积材是将木材单板涂胶后缠绕在钢管上，加压脱模而成，存在着单板层数过多导致的胶黏剂固化难度大、脱模后处理困难的问题，而且单独的单板层积材圆筒结构功能单一，因此构建壁薄强度高且具有多功能性的圆柱结构对于替代传统木结构中原木柱子具有重要意义。

技术实现要素：

现有技术中，大径级原木木柱不易得，且干燥、防腐等处理困难，木材贴附金属或混凝土木质圆柱质量较差，圆筒形单板层积材木柱脱模后处理复杂、单板层过多带来的胶黏剂固化难度大，单板层较少力学强度不能够满足建筑要求，而且以上木质圆柱功能相对单一。为了解决上述问题，本发明提出了一种单板层积材多级点阵结构圆木柱及其制备方法。

一种单板层积材多级点阵结构圆木柱包括圆筒点阵结构(1)、单板带(2)、树脂材料(3)、连接杆件(4)。其中所述圆筒点阵结构(1)由天然生物质材料和树脂材料制备而成，所述单板带(2)为旋切单板，宽度为30～80mm，厚度为2～4mm。所述树脂材料(3)为吸能树脂，具有较好的吸收能量效果。所述单板带(2)双面手工施胶缠绕在所述圆筒点阵结构(1)上，所述单板带(2)与所述圆筒点阵结构(1)的夹角为5°～10°。分别对所述树脂材料(3)、所述圆筒点阵结构(1)和所述单板带(2)进行机械钻孔，所述树脂材料(3)与所述圆筒点阵结构(1)和所述单板带(2)通过连接杆件(4)穿过孔进行连接。为了表面不暴露出连接杆件(4)端部以及进一步提高单板层积材多级点阵结构圆木柱的抗冲击和抗剪切性能，对上述组装好的结构外部进行单板带缠绕，直至完全遮盖连接杆件，缠绕的单板带完全将圆筒点阵结构包裹。

一种单板层积材多级点阵结构圆木柱通过以下技术方案实现：

步骤一：设计圆筒点阵结构尺寸参数，包括圆筒高度、圆筒直径、肋条缠绕角度、肋条高度、肋条宽度。将天然纤维浸渍三聚氰胺改性酚醛树脂后缠绕在硅橡胶软模凹槽中，放入烘箱中进行固化，固化温度为130～180℃，固化时间为2～6h，固化完成后进行脱模和后处理得到圆筒点阵。

步骤二：将木材旋切成宽度为30～80mm，厚度为2～4mm的单板，将其干燥至含水率为7～9％，沿垂直于单板纤维方向缝制聚酯类胶线，施胶后以螺旋的形式缠绕在步骤一中所述圆筒点阵结构上，单板带与所述圆筒点阵结构的夹角为8～10°，相邻层单板带按顺、逆时针方向交替缠绕层积，采用常温固化胶黏剂，手工双面施胶，施胶量为180g/m²，然后经过加压胶合，加压方式为橡胶带缠绕加压，加压时间1min/mm。

步骤三：制备圆柱体树脂材料，其直径为所述圆筒点阵结构直径的1/2，在所述圆柱体树脂复合材料的圆周方向进行机械钻孔，均匀分布6个孔，孔径为10～100mm，钻孔深度为10～30mm，在所述圆柱体树脂复合材料的轴向方向间隔200～800mm进行分布。对所述圆筒点阵结构进行机械钻孔，孔径贯穿圆筒点阵结构层积单板带，孔的位置和直径与所述圆柱体树脂复合材料孔的位置和直径一致。将所述圆柱体树脂复合材料置于所述圆筒点阵结构中，通过连接杆件将所述圆柱体树脂复合材料与所述圆筒点阵结构进行连接。

步骤四：在步骤三所得结构的基础上重复步骤二，即对结构进一步层积单板带，直至完全遮盖连接杆件。

本发明的有益效果是：

(1)提出了木质基轻质高强圆柱，以生物质基圆筒点阵结构为辊芯，避免了圆筒形单板层积材需要后期脱模处理的问题，圆筒点阵结构和单板带均为生物质材料，提高了圆筒点阵结构和单板层积材的界面相容性，进而有利于结构力学性能的提升。

(2)单板层积材多级点阵结构圆木柱在横向方向和轴向方向均具为点阵结构，提高了圆筒形单板层积材抗压性能、抗剪切性能、抗冲击性能。

(3)单板层积材多级点阵结构圆木柱中的树脂材料提高了柱子在外部载荷下对能量的吸收，提高了木结构的安全系数，较大的空隙率有利于预埋或隐藏建筑装修中需要的保温材料、水管或电线。

(4)单板层积材多级点阵结构圆木柱尺寸不受限制，可以根据使用条件和结构设计的要求进行调整，通过对壁厚、圆筒点阵构型、连接杆件尺寸等参数的调整，满足不同工况的使用要求。

附图说明

图1为一种单板层积材多级点阵结构圆木柱结构示意图。

图2为一种单板层积材多级点阵结构圆木柱俯视图。

图3为本发明已缠绕成型的单板带结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

具体实施例1

一种单板层积材多级点阵结构圆木柱包括圆筒点阵结构(1)、单板带(2)、树脂材料(3)、连接杆件(4)。

步骤一：设计圆筒点阵结构尺寸参数，圆筒高度115mm、圆筒外径100mm、螺旋肋条缠绕角度30°、肋条厚度12mm、肋条宽度5mm。圆筒点阵结构选用三角形构型，即圆筒点阵结构的纤维可交织缠绕成若干三角形。将香蕉茎秆纤维浸渍三聚氰胺改性酚醛树脂后缠绕在硅橡胶软模凹槽中，放入烘箱中进行固化，固化温度为180℃，固化时间为4h，固化完成后进行脱模和后处理得到圆筒点阵。

步骤二：将木材旋切成宽度为40mm，厚度为3mm的单板，将其干燥至含水率为8％，沿垂直于单板纤维方向缝制聚酯类胶线，施胶后以螺旋的形式缠绕在步骤一中所述圆筒点阵结构上，单板带与所述圆筒点阵结构的夹角为8°，相邻层单板带按顺、逆时针方向交替缠绕层积，采用常温固化胶黏剂，手工双面施胶，施胶量为180g/m²，然后经过加压胶合，加压方式为橡胶带缠绕加压，加压时间1min/mm。

步骤三：制备圆柱体树脂材料，在所述圆柱体树脂复合材料为聚氨酯，圆周方向进行机械钻孔，均匀分布6个孔，孔径为20mm，钻孔深度为15mm，在所述圆柱体树脂复合材料的轴向方向间隔400mm进行分布。对所述圆筒点阵结构进行机械钻孔，孔径贯穿圆筒点阵结构层积单板带，孔的位置和直径与所述圆柱体树脂复合材料孔的位置和直径一致。将所述圆柱体树脂复合材料置于所述圆筒点阵结构中，通过连接杆件将所述圆柱体树脂复合材料与所述圆筒点阵结构进行连接。

步骤四：在步骤三所得结构的基础上重复步骤二，即对结构进一步层积单板带，目的是若连接杆件在单板带外侧仍具有一定长度，可继续缠绕一定层数单板带直至完全遮盖连接杆件。

具体实施例2

具体实施例2与具体实施例1不同点在于：步骤一中所述圆筒点阵结构的圆筒高度130mm、圆筒外径120mm、螺旋肋条缠绕角度90°、肋条厚度10mm、肋条宽度7mm，圆筒点阵结构选用正方形构型，即圆筒点阵结构的纤维可交织缠绕成若干正方形。其它组成和连接方式、操作步骤与具体实施例1相同。

具体实施例3

具体实施例3与具体实施例1不同点在于：

步骤一中所述圆筒点阵结构的圆筒外径为150mm，步骤三中所述圆柱体树脂材料为环氧树脂，圆柱体树脂直径为75mm。其它组成和连接方式、操作步骤与具体实施例1相同。