多孔复合竹质或frp生物质圆形构件及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件及制备方法，属于土木工程技术与材料科学领域。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件市场前景广阔。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多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件来代替木材原料构件必然有广阔的市场空间。
【发明内容】
[0005]本发明提出的是多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件及制备方法，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。
[0006]本发明的技术解决方案:多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件，其特征在于，截面内部的竹筒竹片群(3)由不少于3个空心原生竹筒和不少于3个原生弧状竹片通过绳状物或藤状物(4)捆扎到一起而形成，并且所有竹筒直径大小相等，所有原生弧状竹片大小相等，竹筒竹片群(3)的形心与复合竹质筒或FRP筒(I)的圆心重合，由生物质填充料(2)或者由生物质填充料(2)和塑料粉碎料(5)等形成的混合料充满复合竹质筒或FRP筒(I)和竹筒竹片群(3)之间的缝隙。
[0007]本发明的优点:选材广泛，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，并且施工工序简单，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】
[0008]附图1是多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件第一种实施例的结构示意图。
[0009]附图2是多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件第二种实施例的结构示意图。
[0010]图中的I是复合竹质筒或FRP筒、2是生物质填充料、3是竹筒竹片群、4是绳状物或藤状物、5是塑料粉碎料。
【具体实施方式】
[0011]对照附图，多孔复合竹质或FRP生物质圆形构件，其结构是截面内部的竹筒竹片群3由不少于3个空心原生竹筒和不少于3个原生弧状竹片通过绳状物或藤状物4捆扎到一起而形成，并且所有竹筒直径大小相等，所有原生弧状竹片大小相等，竹筒竹片群3的形心与复合竹质筒或FRP筒I的圆心重合，由生物质填充料2或者由生物质填充料2和塑料粉碎料5等形成的混合料充满复合竹质筒或FRP筒I和竹筒竹片群3之间的缝隙。所述的竹筒竹片群3除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。
[0012]所述生物质填充料2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、棉杆和/或废弃的竹材、木材及其碎肩。
[0013]所述生物质填充料2包括农作物的叶、杆、茎和/或木质材料，可以涉及到所有的生物质材料。
[0014]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。
[0015]所述复合竹质筒或FRP筒I具备抗拉抗剪强度，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20mm。
[0016]所述的竹筒竹片群3除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。竹筒竹片群3为3-6年生的原竹筒，原竹筒笔直，并且所有竹筒直径大小相等，竹片为宽度弧状原生竹片；原竹筒和弧状原竹片均需干燥(含水率不超过12%)，炭化。
[0017]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2为农作物的叶、杆、茎，也包括废弃的竹材、木材及其碎肩木质材料。
[0018]所述绳状物或藤状物4是尼龙绳状物或布条或袋状物、细铁丝、是草绳、自然界的所有藤状物或者藤状物的编织物。
[0019]其制备方法，其包括以下步骤:
第一步，按结构设计要求制作复合竹质筒(或FRP筒):
①选择3-6年生笔直的原竹，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左右高温热处理，接着浸胶，竹篾浸胶量为8% (绝干重量之比)，浸胶后竹篾干燥温度70°C，干燥至含水率不超过12% ;将竹篾全纵向组胚装入模具，热压采用“热进冷出”工艺，压力4.5MPa,温度140°C，通过压力机将其压制成符合建筑设计要求的竹材重组材型材，再将竹材重组材型材制作成较宽的竹材重组材板材，将竹材重组板材旋切成较薄的竹纤维片层；
②按照建筑需要的尺寸选择圆柱形内模具，内模具为高分子纳米材料制作耐高压的可充气气囊，生产圆筒时给气囊充气形成内模具，制作圆筒完毕放气就可以取出气囊，十分方便；
③将薄竹纤维片层按长度方向沿圆柱形内模具外径缠绕形成第一层，该层旋切薄竹片内竹纤维方向垂直于圆柱形内模具长度方向；
④将薄竹纤维片层按长度方向沿圆柱形内模具长度方向缠绕形成第二层，第二层的薄竹片内竹纤维方向平行于圆柱形内模具长度方向；
⑤制作第η层，η多3且为奇数，该层与第一层相同；
⑥制作第η+1层，η多3且为奇数，该层与第二层相同，重复步骤③④直到复合竹质筒所需的厚度(厚度不小于20mm);整个复合竹质筒各片层竹纤维长度方向相互垂直；
第二步，选择符合结构设计要求的直径相等的笔直原竹筒，将部分原竹筒劈裂为宽度较宽(不小于120mm)的弧状长竹片；用绳状物将不少于3个的原生空心竹筒和不少于3个的原生弧状竹片捆扎在一起，形成竹筒竹片群；其中原生空心竹筒在竹筒竹片群的内侧，原生空心竹筒相互之间紧挨着，原生弧状竹片位于竹筒竹片群外侧相邻竹筒交界凹处；原竹筒和原竹片均经过烘干脱水；
第三步，将