一种预制竹材轻质混凝土柱的制作方法

本发明涉及一种新材料组合结构，尤其为一种预制竹材轻质混凝土柱，属于土木建筑结构技术领域。

背景技术

钢管混凝土结构通常作为工程结构中最基本的承重构件，常用作楼盖的支柱、桥墩的压杆。钢管混凝土的能耗高以及耐久性问题一直是困扰工程界的一个难题，尤其是钢管锈蚀导致的结构耐久性问题，每年会造成大量的经济损失，这一问题在沿海及海岛建筑中尤为突出。采用耐腐蚀的纤维增强复合材料(frp)作为混凝土构件的外包覆层，形成frp管混凝土结构是一个有效的解决途径，frp材料具有很强的耐腐蚀能力，同时还有轻质、高强、成型方便等优点，但是frp结构也存在一些问题，如frp剪切强度低、连接构造复杂、成本高等。

竹材是一种新颖绿色可再生材料，其具有生长周期短、强度高、韧性大、耐磨性好等特点。尤其是原竹在我国种植面积大，产出高，价格便宜，在原始建筑中即有较为广泛的应用。然而，原竹同时具有截面尺寸有限、承载力低、刚度小的局限，对现代工程的适用性较差。对原竹利用开发可提升原竹的承载力与适用性。简单的将竹材与混凝土组合形成竹管混凝土结构，存在混凝土材料用量大、自重大的缺陷，且难以适应工业化需求。

本发明提供一种预制竹材轻质混凝土柱，以克服现有技术中存在的缺陷，满足工程的应用需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种预制竹材轻质混凝土柱，以期解决普通原竹结构的截面尺寸有限、承载力低、刚度小的局限，同时克服钢管混凝土结构、frp管混凝土结构的部分不足，本发明将轻质混凝土、竹管、空心原竹筒组合为一体，竹管以竹材为基材，采用缠绕工艺将竹卷材加工制成竹管，竹管作为模板和纵向承载、环向约束材料使用，成本低、耐腐蚀，内部布置的空心原竹筒不仅可以形成空心有效地减轻自重，而且能够大大地提高结构刚度与承载力，竹管与空心原竹筒之间空隙浇筑的轻质混凝土将竹管与空心原竹筒组合为一体，形成共同工作的整体组合结构，且轻质混凝土质量轻、自重小。整个加工过程耗能低，污染小，低碳环保，节约资源；最大限度地发挥竹材韧性好、纵向拉伸强度高的材料性能优势；符合“资源节约型、环境友好型”的经济发展要求。

为此，本发明提供一种预制竹材轻质混凝土柱，包括轻质混凝土、竹管、空心原竹筒，其中，竹管是由竹卷材浸渍胶黏剂后环向缠绕形成圆形或多边形管状结构，竹卷材为单向竹卷材或将单向竹卷材纵横向复合后制成的双向竹复合卷材，单个或多个空心原竹筒平行布置于竹管的内部，多个空心原竹筒的尺寸相同或不同，其在竹管内部的布置位置不受限制，全部空心原竹筒的空心面积和≥40％竹管的截面面积，竹管与空心原竹筒的位置按照预定设计相互固定，轻质混凝土浇筑于竹管与空心原竹筒之间的空隙并将竹管与空心原竹筒相互粘结为一体，空心原竹筒内部空置，形成一种预制竹材轻质混凝土柱。

所述的空心原竹筒设置多个，其轴线相互平行布置于竹管的内部。

所述的空心原竹筒紧密相连集中组合为由2个以上的空心原竹筒形成的空心原竹筒集束，多个空心原竹筒集束的尺寸及组合构造相同或不同，多个空心原竹筒集束平行布置于竹管的内部，其在竹管内部的布置位置不受限制。

所述的单向竹卷材的厚度为0.1mm～2.0mm，双向竹复合卷材的厚度为0.4mm～4.0mm。

所述的空心原竹筒的直径为20mm～150mm。

所述的轻质混凝土为泡沫混凝土、加气混凝土、轻集料混凝土中的一种。

所述的胶黏剂为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

所述竹管按照以下工艺加工，首先在模具上缠绕一层薄膜，将单向竹卷材或双向竹复合卷材浸渍胶黏剂后连续均匀缠绕在模具外壁形成圆形或多边形管状结构，当所有缠绕操作完毕后，对其进行固化，然后脱模处理制成圆形或多边形管状结构。

本发明克服了公知的钢管混凝土结构、frp管混凝土结构及原竹结构所存在的缺陷，具有承载力高、刚度大、质量轻、材料用量省、耐久性好等优点，同时，结构具有绿色低价，耗能低、环境污染小等特点。具体有益效果如下：

(1)承载能力高。在竹管与空心原竹筒之间浇筑轻质混凝土后，竹管有效地约束了内部空心原竹筒和轻质混凝土，可延缓空心原竹筒受压时的纵向开裂；而空心原竹筒和轻质混凝土可以延缓或避免竹管过早地发生局部屈曲。三个组成部分相互弥补了彼此的弱点，充分发挥了各自的长处，从而使预制竹材轻质混凝土柱具有较高的承载能力。

(2)质量轻、刚度大。竹管轻便、自重小，内部的空心原竹筒和轻质混凝土两者质量轻、自重小，整个截面内部具有较大的空心率，有效地减轻了预制竹材轻质混凝土柱的自重，且材料集中布置于截面四周，截面整体刚度大。

(3)绿色低价。充分利用了可持续发展原料——竹子，竹子为环保、低能耗的可再生资源，生产过程无三废排放，具备低碳环保、节能减排，获得较高性能的同时，具有较低的成本，且对林业资源进行了开发利用，推动了可持续发展，同时竹管、空心原竹筒具有价格便宜、耐压比强度高等特性。

(4)装配化程度高。竹管可提前在工厂预制，空心原竹筒也可工厂加工，轻质混凝土在工厂预制，装配化程度高，大大提高施工效率。

(5)耐久性好。户外耐腐蚀竹管的使用，使得该预制竹材轻质混凝土柱不需要定期维护，节省了大笔维修费用，预制竹材轻质混凝土柱因而具备良好的耐腐蚀及耐久性能。

本发明构件充分利用了我国可持续发展的竹子资源，最大限度地发挥竹材韧性好、纵向拉伸强度高的材性优势，极大地拓展了竹子应用的范围和领域，符合“资源节约型”、“环境友好型”的经济发展要求。可用于桥梁、建筑等结构物中的竖向受力构件，以及工程领域内的应急支撑构件。

附图说明：

图1为一种预制竹材轻质混凝土柱构造为圆形竹管截面、单个空心原竹筒的横截面示意图；

图2为一种预制竹材轻质混凝土柱构造为圆形竹管截面、3个直径相同的空心原竹筒分散布置的横截面示意图；

图3为一种预制竹材轻质混凝土柱构造为圆形竹管截面、多个不同直径的空心原竹筒分散布置的横截面示意图；

图4为一种预制竹材轻质混凝土柱构造为圆形竹管截面、多个不同构造的空心原竹筒集束分散布置的横截面示意图；

图5为一种预制竹材轻质混凝土柱构造为六边形竹管截面、多个直径相同的空心原竹筒分散布置的横截面示意图；

图6为一种预制竹材轻质混凝土柱的单向竹卷材的示意图；

图7为一种预制竹材轻质混凝土柱的双向竹复合卷材的示意图；

在附图中，1为轻质混凝土，2为竹管，3为空心原竹筒，21为竹卷材，211为单向竹卷材，212为双向竹复合卷材，300为空心原竹筒集束。

具体实施方式：

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图，一种预制竹材轻质混凝土柱，包括轻质混凝土1、竹管2、空心原竹筒3，其中，竹管2是由竹卷材21浸渍胶黏剂后环向缠绕形成圆形或多边形管状结构，竹卷材21为单向竹卷材211或将单向竹卷材211纵横向复合后制成的双向竹复合卷材212，单个或多个空心原竹筒3平行布置于竹管2的内部，多个空心原竹筒3的尺寸相同或不同，其在竹管2内部的布置位置不受限制，全部空心原竹筒3的空心面积和≥40％竹管2的截面面积，竹管2与空心原竹筒3的位置按照预定设计相互固定，轻质混凝土1浇筑于竹管2与空心原竹筒3之间的空隙并将竹管2与空心原竹筒3相互粘结为一体，空心原竹筒3内部空置，形成一种预制竹材轻质混凝土柱。

所述的空心原竹筒3设置多个，其轴线相互平行布置于竹管2的内部。

所述的空心原竹筒3紧密相连集中组合为由2个以上的空心原竹筒3形成的空心原竹筒集束300，多个空心原竹筒集束300的尺寸及组合构造相同或不同，多个空心原竹筒集束300平行布置于竹管2的内部，其在竹管2内部的布置位置不受限制。

所述的单向竹卷材211的厚度为0.1mm～2.0mm，双向竹复合卷材212的厚度为0.4mm～4.0mm。

所述的空心原竹筒3的直径为20mm～150mm。

所述的轻质混凝土1为泡沫混凝土、加气混凝土、轻集料混凝土中的一种。

所述的胶黏剂为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。

所述竹管2按照以下工艺加工，首先在模具上缠绕一层薄膜，将单向竹卷材211或双向竹复合卷材212浸渍胶黏剂后连续均匀缠绕在模具外壁形成圆形或多边形管状结构，当所有缠绕操作完毕后，对其进行固化，然后脱模处理制成圆形或多边形管状结构。

本发明与已有的钢管混凝土组合结构、frp管混凝土组合结构、原竹结构及普通竹管混凝土结构相比具有较为独特的优势，并且充分利用了我国可再生的竹子资源，降低成本，节能减排效果更显著，经济效益和社会效益可观。