本公开总体上涉及工程结构材料，并且更具体地涉及采用植物材料(例如，木材、竹子等)的强度增强结构，例如但不限于交叉层压木材(clt)、胶合层压木材(glulam)、单板层积材(lvl)、定向刨花板(osb)和/或定向结构麦秸板(ossb)。
背景技术：
1、工程木材对于替代co2密集型建筑材料(例如，混凝土、钢、陶瓷等)具有吸引力，其目的是实现负碳建筑。然而，工程木材的性能(例如，刚度)必须被进一步提高以扩展其用途。交叉层压木材(clt)是最新的工程木制品(通常被称为聚集木)，其可以重量和碳足迹的一部分代替建筑物中的混凝土。虽然clt通常具有足够的强度，但它们缺乏与钢筋混凝土板的跨度相匹配的刚度，从而与其混凝土对应物相比需要更厚的地板系统和更为密集的柱，这又提高了建造成本。
2、所公开主题的实施例可以解决上述问题和缺点中的一个或多个及其他。
技术实现思路
1、所公开主题系统的实施例提供了机械强度增强的工程结构材料。在一些实施例中，工程结构材料包括多个植物材料层(例如，其包括一个或多个植物材料片)，这多个植物材料层被胶合、粘附、接合或以其他方式联接在一起以形成层压件。该层压件内的至少一个植物材料层可以是致密植物材料层(例如，其包括一个或多个致密植物材料片)，例如，该致密植物材料层被压缩以使其天然纤维素基微观结构的腔萎陷，以便具有至少为1.15g/cm3的增大密度。在一些实施例中，致密植物材料层可由木质素受损的材料(例如，原位木质素改性的植物材料或部分脱木质素的植物材料)形成。在一些实施例中，致密植物材料层可以增强整体结构，从而允许其他植物材料层具有较低的强度，允许将该层压件用在要求更为严苛的应用中，和/或允许该层压件具有更小的横截面。
2、在一个或多个实施例中，工程结构可包括第一层压件。第一层压件可包括多个组成植物材料层。这多个组成植物材料层可包括一个或多个第一层和一个或多个第二层。每个植物材料层都可经由相应的一种或多种胶而被粘附到相邻的植物材料层。每个第一植物材料层可以是密度大于或等于1.15g/cm3且机械强度大于或等于第一值的致密植物材料层。每个第二植物材料层可以是密度小于1.15g/cm3且机械强度小于第一值的植物材料层。
3、在一个或多个实施例中，工程结构材料可包括一个或多个层压结构。每个层压结构都可具有多个组成植物材料层。每个植物材料层都可经由相应的一种或多种胶而被联接到相邻的植物材料层。多个组成植物材料层中的至少一个都可以是密度大于或等于1.15g/cm3的致密植物材料层。
4、在一个或多个实施例中，一种方法可包括提供一个或多个第一层。每个第一层都可包含密度大于或等于1.15g/cm3且机械强度大于或等于第一值的致密植物材料。该方法还可包括提供一个或多个第二层。每个第二层都可包含密度小于1.15g/cm3且机械强度小于第一值的植物材料。该方法还可包括经由相应的一种或多种胶而将一个或多个第一层联接到一个或多个第二层，以便形成层压件。
5、本公开的各种创新中的任一种均可被组合使用或被单独使用。提供本
技术实现要素：
以便以简化形式介绍对将在下面的详细描述中进一步描述的概念进行的选择。本发明内容并不旨在确认所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也并不旨在被用于限制所要求保护的主题的范围。根据参考附图作出的以下详细描述，本公开技术的前述和其他目的、特征和优点将变得更加明白易懂。
1.一种工程结构，包括：
2.如权利要求1所述的工程结构，其中，形成所述第一层压件中的所述组成层中的一个、一些或全部的所述植物材料是木材或竹子。
3.如权利要求1所述的工程结构，其中，形成所述一个或多个第一层中的一个、一些或全部的所述致密植物材料是致密木材或致密竹。
4.如权利要求1所述的工程结构，其中，形成所述一个或多个第二层中的一个、一些或全部的所述植物材料是天然木材或天然竹。
5.如权利要求1所述的工程结构，其中，形成所述一个或多个第一层中的一个、一些或全部的所述植物材料是与所述一个或多个第二层中的一个、一些或全部的所述植物材料相同的植物材料。
6.如权利要求1所述的工程结构，其中，形成所述一个或多个第一层中的一个、一些或全部的所述植物材料是与所述一个或多个第二层中的一个、一些或全部的所述植物材料不同的植物材料。
7.如权利要求1所述的工程结构，其中：
8.如权利要求1所述的工程结构，其中：
9.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述一个或多个第二层中的一个、一些或全部包括保持所述植物材料的纤维素基腔的天然微观结构的一片或多片非致密植物材料。
10.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层中的一个、一些或全部包括一片或多片致密植物材料，所述植物材料的天然微观结构的纤维素基腔是基本上萎陷的。
11.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层中的一个、一些或全部包含木质素受损的植物材料。
12.如权利要求11所述的工程结构，其中，所述木质素受损的植物材料在其中包含改性木质素，并且所述改性木质素的大分子链比所述天然植物材料中的天然木质素的大分子链短。
13.如权利要求12所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层中的所述一个、一些或全部中的所述改性木质素的含量为所述天然植物材料中的所述天然木质素的含量的基于重量百分比的至少90％。
14.如权利要求12所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层中的所述一个、一些或全部中的所述改性木质素的含量为基于重量百分比的至少20％。
15.如权利要求12所述的工程化结构，其中，所述一个或多个第一层中的所述一个、一些或全部包含被固定在所述木质素受损的植物材料的纤维素基微观结构内的碱性化学物质的盐。
16.如权利要求15所述的工程结构，其中，所述盐基本上是ph中性的。
17.如权利要求11所述的工程结构，其中，所述木质素受损的植物材料包括至少部分脱木质素的木材。
18.如权利要求17所述的工程结构，其中，所述至少部分脱木质素的植物材料的木质素含量在所述天然植物材料的木质素含量的5％与95％之间并包括端值。
19.如权利要求17所述的工程结构，其中：
20.如权利要求17所述的工程结构，其中，所述至少部分脱木质素的植物材料的木质素含量为基于重量百分比的至少10％。
21.如权利要求1所述的工程结构，其中：
22.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述相应的一种或多种胶包括环氧树脂、聚氨酯粘合剂、聚乙酸乙烯酯-异氰酸酯粘合剂、间苯二酚甲醛树脂粘合剂、酚醛树脂、羧甲基纤维素钠(cmc)或前述的任一组合。
23.如权利要求1所述的工程结构，其中：
24.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层中的一个、一些或全部在所述第一层压件内被布置在所述第一层压件经受最高应力的相应位置处。
25.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层中的一个、一些或全部被布置为所述第一层压件的相应的最外层。
26.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层在截面图中包围所述一个或多个第二层。
27.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层在所有侧面上都完全包围所述一个或多个第二层。
28.如权利要求1所述的工程结构，其中：
29.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述第一层压件包括多个所述第二层和一对第一层，每个第二层都包括一个或多个植物材料段，所述第二层被布置成堆叠件，使得相邻的第二层具有平行的取向，所述堆叠件被布置在所述一对第一层之间，以便形成增强的胶合层压(胶合木)结构。
30.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述第一层压件包括多个所述第二层和一对第一层，每个第二层都包括一个或多个植物材料单板，所述第二层被布置成堆叠件，使得相邻的第二层具有平行的取向，所述堆叠件被布置在所述一对第一层之间，以便形成增强的层压单板木材(lvl)结构。
31.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述工程结构还包括：
32.如权利要求31所述的工程结构，其中，所述腹板包括一片或多片非致密植物材料，所述一片或多片非致密植物材料保持所述植物材料的纤维素基腔的天然微观结构。
33.如权利要求31所述的工程结构，其中，所述腹板包括一片或多片致密植物材料，所述植物材料的天然微观结构的纤维素基腔是基本上萎陷的。
34.如权利要求31所述的工程结构，其中，形成所述第二层压件中的所述组成层中的一个、一些或全部的所述植物材料是木材或竹子。
35.如权利要求31所述的工程结构，其中：
36.如权利要求31所述的工程结构，其中，所述一个或多个第一层中的一个形成所述第一翼缘的与所述腹板相反的暴露侧，和/或所述一个或多个第三层中的一个形成所述第二翼缘的与所述腹板相反的暴露侧。
37.如权利要求31所述的工程结构，其中：
38.如权利要求31所述的工程结构，其中，所述第一值、所述第二值或两者为100mpa。
39.如权利要求31所述的工程结构，其中，每个第一层的所述机械强度、每个第三层的所述机械强度或两者处于100-600mpa的范围内并包括端值。
40.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述第一值为100mpa。
41.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述第一层压件具有第一横截面积，并且所述第一层压件的机械强度大于具有所述第一横截面积且仅使用所述一个或多个第二层与所述一种或多种胶形成的层压结构的机械强度。
42.如权利要求1所述的工程结构，其中，所述第一层压件具有第一横截面积和机械强度，并且所述第一横截面积小于具有相同机械强度且仅使用所述一个或多个第二层与所述一种或多种胶形成的层压结构的横截面积。
43.一种工程结构材料，包括：
44.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述致密植物材料层是致密木材或致密竹。
45.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述致密植物材料层具有大于或等于1.2g/cm3的密度。
46.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述致密植物材料层具有大于或等于1.3g/cm3的密度。
47.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述致密植物材料层包括一片或多片致密木材或致密竹，所述木材或竹的天然微观结构的纤维素基腔是基本上萎陷的。
48.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述致密植物材料层包括至少部分脱木质素的植物材料或木质素改性的植物材料。
49.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述一种或多种胶包括环氧树脂、聚氨酯粘合剂、聚乙酸乙烯酯-异氰酸酯粘合剂、间苯二酚甲醛树脂粘合剂、酚醛树脂、羧甲基纤维素钠(cmc)或前述的任一组合。
50.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述一个或多个层压结构被形成为交叉层压木材(clt)结构、胶合层压木材(胶合木)结构、层压单板木材(lvl)结构、定向刨花板(osb)结构或工字梁结构的一部分。
51.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述多个组成植物材料层中的每一个都是密度小于1.15g/cm3的非致密植物材料层或密度为至少1.15g/cm3的致密植物材料层。
52.如权利要求43所述的工程结构材料，其中，所述多个组成植物材料层中的每一个都是密度小于1.15g/cm3的天然植物材料层或密度为至少1.15g/cm3的致密植物材料层。
53.一种方法，包括：
54.如权利要求53所述的方法，其中：
55.如权利要求53所述的方法，其中：
56.如权利要求53所述的方法，其中：
57.如权利要求53所述的方法，其中，提供所述一个或多个第一层包括：
58.如权利要求57所述的方法，其中，在与所述一片或多片木质素受损的植物材料的纵向生长方向相交的方向上进行所述压缩。
59.如权利要求57所述的方法，其中，所述压缩包括以至少1mpa的压力压制所述一片或多片木质素受损的植物材料。
60.如权利要求57所述的方法，其中，所述压缩包括以处于5-20mpa并包括端值的范围内的压力压制所述一片或多片木质素受损的植物材料。
61.如权利要求57所述的方法，其中，所述压缩包括在经受至少50℃的温度的同时压制所述一片或多片木质素受损的植物材料。
62.如权利要求57所述的方法，其中，所述压缩包括在经受处于80-180℃的范围内的温度的同时压制所述一片或多片木质素受损的植物材料。
63.如权利要求57所述的方法，其中，在所述经受之后，所述一片或多片木质素受损的植物材料中具有改性木质素，且所述改性木质素的大分子链比所述片天然植物材料中的天然木质素的大分子链短。
64.如权利要求63所述的方法，其中，进行所述化学处理包括：
65.如权利要求64所述的方法，其中，所述一种或多种化学溶液包含对甲苯磺酸、naoh、naoh+na2so3/na2so4、naoh+na2s、nahso3+so2+h2o、nahso3+na2so3、naoh+na2so3、naoh/nah2o3+aq、naoh/na2s+aq、naoh+na2so3+aq、na2so3+naoh+ch3oh+aq、nahso3+so2+aq、naoh+na2sx，其中，aq是蒽醌，在利用lioh或koh代替naoh的情况下的前述中的任一种或前述的任一组合。
66.如权利要求64所述的方法，其中：
67.如权利要求64所述的方法，其中，通过经受所述第一温度并持续所述第一时间消耗掉被渗透到所述一片或多片天然植物材料中的所述一种或多种化学溶液的至少90％。
68.如权利要求64所述的方法，其中，经受所述第一温度并持续所述第一时间包括使用蒸汽加热其中具有所述一种或多种化学溶液的所述一片或多片天然植物材料。
69.如权利要求64所述的方法，其中，在经受所述第一温度并持续所述第一时间之后：
70.如权利要求64所述的方法，其中，在经受所述第一温度并持续所述第一时间之后，将碱性化学物质的盐固定在所述一片或多片木质素受损的植物材料的纤维素基微观结构内。
71.如权利要求70所述的方法，其中，所述盐基本上是ph中性的。
72.如权利要求70所述的方法，其中，通过所述一种或多种化学溶液与由所述一种或多种化学溶液产生的所述一片或多片天然植物材料中的天然半纤维素的酸性降解产物起反应而形成所述盐。
73.如权利要求57所述的方法，其中，在进行化学处理之后，使所述一片或多片木质素受损的植物材料至少部分脱木质素。
74.如权利要求73所述的方法，其中，进行所述化学处理包括在第二温度下将所述一片或多片天然植物材料部分或完全浸没在一种或多种化学溶液中并持续第二时间，以便从所述一片或多片天然植物材料中除去至少一些木质素。
75.如权利要求74所述的方法，其中，所述一种或多种化学溶液包括碱性溶液。
76.如权利要求74所述的方法，其中，所述一种或多种化学溶液包括氢氧化钠(naoh)、氢氧化锂(lioh)、氢氧化钾(koh)、亚硫酸钠(na2so3)、硫酸钠(na2so4)、硫化钠(na2s)、nans(其中，n是整数)、尿素(ch4n2o)、亚硫酸氢钠(nahso3)、nah2o3、二氧化硫(so2)、蒽醌(c14h8o2)、甲醇(ch3oh)、乙醇(c2h5oh)、丁醇(c4h9oh)、甲酸(ch2o2)、过氧化氢(h2o2)、乙酸(ch3cooh)、丁酸(c4h8o2)、过氧甲酸(ch2o3)、过氧乙酸(c2h4o3)、氨(nh3)、甲苯磺酸(p-tsoh)、次氯酸钠(naclo)、亚氯酸钠(naclo2)、二氧化氯(clo2)、氯(cl2)、水(h2o)或前述的任一组合。
77.如权利要求74所述的方法，其中，所述一种或多种化学溶液包含naoh和na2so3的沸腾混合物。
78.如权利要求74所述的方法，其中：
79.如权利要求74所述的方法，其中，所述一片或多片木质素受损的植物材料的木质素含量在所述天然植物材料的木质素含量的5％与95％之间并包括端值。
80.如权利要求74所述的方法，其中：
81.如权利要求74所述的方法，其中，所述木质素受损的植物材料的木质素含量为基于重量百分比的至少10％。
82.如权利要求53所述的方法，其中：
83.如权利要求53所述的方法，其中，所述相应的一种或多种胶包括环氧树脂、聚氨酯粘合剂、聚乙酸乙烯酯-异氰酸酯粘合剂、间苯二酚甲醛树脂粘合剂、酚醛树脂、羧甲基纤维素钠(cmc)或前述的任一组合。
84.如权利要求53所述的方法，其中，所述第一层和所述第二层被以增强的交叉层压木材结构、增强的胶合层压结构、增强的层压单板结构、定向刨花板结构、工字梁结构或前述结构中的任一种的一部分的形式联接。
85.如权利要求53所述的方法，其中，所述一个或多个第二层中的一个、一些或全部包括非致密植物材料。