生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件及制备方法，属于土木工程技术与材料科学领域。
【背景技术】
[0002]我国盛产竹子，且拥有量和品质均居世界首位，竹子可再生、可降解，一般3-5年即可成材，竹材的抗拉强度约为木材的2倍，抗压强度约为木材的1.5倍，竹材的比强度高于普通木材、结构用钢材、铝合金、混凝土等，竹材具有较好的弹性和韧性，变形能力强，以竹材及其与其他材料组成的复合材料代替混凝土、钢材或粘土砖等建造房屋，符合“十二五”规划部署的重大任务一一 “绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会”的根本要求，也符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006— 2020年)》确定的节能降耗、开发利用农林生物质资源的重点领域及优先主题。
[0003]随着国家转变经济发展方式进程的加快，发展低碳经济作为国家的快速推进，对天然林和人工育林的保护政策将愈加严厉，木材的供给量和结构构件对其需求量之间的矛盾将愈加突出，以木材为原料的结构构件的发展空间将大大压缩，而生物质材料构件的推出，为有效的保护森林资源提供了方向。
[0004]生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件市场前景广阔。随着我国木质构件行业的高速发展，木材原料的供应不足越来越成为制约我国木质构件发展的一个主要因素。寻求木材的替代材料成为我国木质构件发展急需解决的问题。而应用具有质优价廉，环保、低污染，可循环利用等特性的生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件来代替木材原料必然有广阔的市场空间。
[0005]利用生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件建造房屋，抗震性能好，低碳绿色环保，可持续发展。目前，我国的住宅建筑主要是砖混结构，使用大量的粘土质材料，造成我国土地资源锐减，严重破坏生态平衡，全国人均耕地面积已不足1.3亩，远低于世界人均4.8亩的水平。在这种情况下，变废为宝，结合生物质材料特点制成建筑材料意义重大。
【发明内容】
[0006]本发明提出的是生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件及制备方法，其目的旨在结合生物质材料的特性将我国蕴藏量丰富的农林生物质资源应用到土木建筑结构构件中，达到节省矿产资源，保护森林，保护环境的目的。
[0007]本发明的技术解决方案:生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件，其特征在于，最外层为复合竹质圆筒或FRP筒(1)，最内层为空心竹筒(2)，空心竹筒(2)在正中央同复合竹质圆筒或FRP筒(I)形成同心圆，生物质填充料(3 )或者由生物质填充料(3 )和塑料粉碎料
(5)等形成的混合料充满复合竹质圆筒或FRP筒(I)和空心竹筒(2)之间的缝隙；若布置竹片的话，弧状原生竹片(4)均布在紧邻复合竹质圆筒或FRP筒(I)的内侧。所述的空心原生竹筒(2)除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。
[0008]本发明的优点:选材广泛，原材料价格低廉，产品制作方便，该种建筑构件具有自重轻、刚度大、延性好、自恢复能力强、经济性能好、抗震性能优越等优点，可应用于土木建筑结构领域中的受压或受弯构件，对缓解我国木材、耕地、煤炭等资源短缺和生态环境恶化的压力具有重要意义。
【附图说明】
[0009]附图1是FRP圆筒或复合竹质圆筒生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件的结构示意图。
[0010]附图2是布置竹片的FRP圆筒或复合竹质圆筒生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件的结构示意图。
[0011]附图3是布置竹片的FRP圆筒或复合竹质圆筒生物基质塑料空心原竹双壁圆形构件的结构示意图。
[0012]图中的I是FRP圆筒或复合竹质圆筒、2是空心原生竹筒、3是生物质材料、4是弧状原生竹片、5是塑料粉碎料。
【具体实施方式】
[0013]对照附图，生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件，其结构在于，最外层为复合竹质圆筒或FRP筒(1)，最内层为空心竹筒(2)，空心竹筒(2)在正中央同复合竹质圆筒或FRP筒(I)形成同心圆，生物质填充料(3)或者由生物质填充料(3)和塑料粉碎料(5)等形成的混合料充满复合竹质圆筒或FRP筒(I)和空心竹筒(2)之间的缝隙；若布置竹片的话，弧状原生竹片(4)均布在紧邻复合竹质圆筒或FRP筒(I)的内侧。所述的空心原生竹筒(2)除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。
[0014]在紧邻复合竹质圆筒或FRP筒(I)的内侧可以均匀布置弧状原生竹片(4)。
[0015]所述的生物质填充料(3)包括麦杆、稻草、玉米杆、高粱杆、豆杆、辣椒杆、油菜杆、亚麻杆、芦苇杆或棉杆和/或废弃的木材及其碎肩。
[0016]所述的生物质填充料(3)为农作物的叶、杆、茎和/或所有木质材料，可以涉及到所有的生物质材料。所述的塑料粉碎料(5)是工业或日常生活的塑料瓶罐粉碎成的碎料，碎料规格:长度20mm-40mm、宽度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm ;塑料粉碎料表面无粉尘和油污。
[0017]所述的复合竹质圆筒或FRP筒(I)具备足够的抗拉抗剪强度，具体的量值与其分担的外界荷载产生的应力有关，要由实际结构设计计算确定；FRP圆筒的厚度不小于10mm，复合竹质圆筒的厚度不小于18_。
[0018]所述的空心竹筒(2)为3-6年生笔直的原竹筒，该原竹筒经过干燥，可以炭化。
[0019]所述的弧状原生竹片(4)宽度较宽(不小于80_)。
[0020]所述的生物质材料或者生物质填充料(3)和塑料粉碎料(5)形成的混合料用胶(酚醛胶或者落叶松单宁树脂胶或者不含甲醛的生态胶)拌合均匀，生物质填充料(3)经过烘干脱水处理。
[0021]其制备方法，包括以下步骤:
第一步，制作复合竹质圆筒；
第二步，挑选3-6年生笔直原生空心竹筒，并将其固定在复合竹质圆筒的中间，原生空心竹筒在中央同复合竹质圆筒或FRP筒(I)形成同心圆；按需布置原竹片，挑选笔直的原竹筒，切割成较宽较长(宽度不小于80_，长度依据构件的长度而定)的弧状原竹片，并干燥或炭化；
第三步，将生物质原料自然风干或烘干(含水率不超过12%)后，经农用铡草机或锤片式打碎机或专用粉碎机粉碎，然后进行碾磨；将生物质材料或者生物质填充料(3)和塑料粉碎料(5)形成的混合料用胶(酚醛胶或者落叶松单宁树脂胶或者不含甲醛的生态胶)拌合均匀，填充到复合竹质圆筒或FRP筒和原生空心竹筒之间的空隙里，并振捣密实，进行养护；
第四步，养护完毕，将两端裁切整齐，即为所要求的生物质材料空心原竹双壁圆形结构构件。
[0022]所述的第一步制作复合竹质圆筒，包括以下步骤:
①选择3-6年生的原竹，将原竹软化平展展开，将展开的平竹片胶合(使用酚醛胶或者不含甲醛的生态胶)成较宽的竹板，然后将竹板旋切成较薄的竹纤维片层；
或者将选择好的原竹筒分割成相同宽度和长度的原竹片，去青去黄后进行脱水或干燥(含水率不超过12%)，然后对其进行涂胶(采用酚醛胶，固含量在30%左右)，在适当温度(150°C左右)和压力(5MPa左右)下，通过压力机将其压制成符合结构设计要求的竹材集成材，将竹材集成板材旋切成较薄的竹纤维片层；
或者将选择好的原竹筒分割成固定长度和宽度的竹片，去青去黄后经齿形辊碾压后呈横向不断裂、纵向较松散的竹篾，竹篾的初含水率10% ~ 12%;然后放在自行设计的常压高温热处理箱进行190°C左右高温