竹材原态多方重组材料的创新与初探

竹材重组是竹材加工利用的一种形式,现行的竹材重组技术破坏了竹子本身具有的优良原态结构。竹材原态多方重组材料的创新研发,运用了仿生学原理,保持了整竹竹节中空、外密内疏,抗弯、抗剪及抗压能力强等原态特点,可制造出高强度、大跨度的建筑结构材料。笔者分析了当前竹材重组技术背景及不足,介绍了竹材原态多方重组材料概念的提出及研发,初步进行了仿生蜂窝及多边形化与竹材重组的力学分析。提出了其关键工艺技术及其研究现状,最后展望了竹材原态多方重组材料的应用前景及重要意义。

竹材原态多方重组单元六面成型工艺研究

随着现代建造技术和建筑材料的理论设计技术的不断成熟,竹材原态多方重组材因其自身的优点而正在被广泛的应用。本文对竹材原态多方重组单元六面成型工艺进行了试验研究,实验证明竹段的蒸煮、填充及干燥处理对竹材的性能影响较大。

竹材弧形原态重组材料产业化制造技术研究

在分析竹材弧形原态重组材料生产工艺和要求的基础上,建立了竹材弧形原态重组材料中试生产线,并进行了运行试生产。本文介绍了弹力夹紧式去内节破竹机、竹材定型弧铣机及竹材弧形原态重组材高频热压机等关键技术设备。试验表明,中试生产线运行平稳,生产的竹材弧形原态重组材料主要物理力学性能达到60E优等品结构用单板层积材、C级结构用竹木复合板和B类50型竹胶合板,可作家具及结构工程材料。

竹材原态多方重组材指接设备优化设计

对竹材原态多方重组材料纵向指接机进行了优化设计,阐述了指接机的工作原理、液压结构及设计原理,对指接机进行了运行试生产。将铣指加工的短料坯件涂胶后对接,通过指接机加压挤压,经过冷固化后使其成型。试验表明,竹材原态多方重组纵向指接机设计压力合理,运行平稳,能有效阻止多方重组材对接后因受压而产生的错位与滑动,生产的多方重组竹材的力学性能可达到相关标准的要求。

原态竹材湿热应变响应

【目的】分析原态竹材对环境温度和相对湿度的应变响应,为原态竹材的尺寸稳定性和环境适用性研究提供基础依据。【方法】以我国6个城市的年均温度和相对湿度为基础数据,通过湿热图谱研究原态竹材的湿热应变行为,采用静态应变仪采集直径相似(96.52 mm±1.46 mm)但长度不同(500、400、300和200 mm)原态竹材依次经历6个阶段温湿度变化(5 ℃、66%;13 ℃、50%;20 ℃、70%;20 ℃、80%;30 ℃、80%;9 ℃、36%)过程中端部和中部的周向应变以及原态竹材的轴向应变数据,分析讨论温度、湿度和长度对原态竹材应变响应行为的影响。【结果】初始状态应变值设定为零,竹材水分蒸发收缩时应变为负,吸湿膨胀时应变为正,当温湿度骤然下降时,试样端部和中部膨胀应变急剧减小甚至开始收缩。竹材的周向应变为-500~3 000 με,轴向应变为-50~225 με。原态竹材端部周向应变较敏感,中部周向应变出现滞后现象。长度为500和400 mm试样端部和中部的最大应变差较大,相比300和200 mm试样端部应变差差异显著;较短试样端部和中部的应变差从正值缩小为零后变为负值,端部和中部应变行为出现此消彼长现象。【结论】原态竹材能够对温湿度变化做出即时响应,温度、湿度和长度对原态竹材的应变响应具有明显影响,温度的影响主要依赖湿度导致竹材含水率变化来体现。周向应变与轴向应变行为相似,但明显大于轴向应变,端部对温湿度的响应更为敏感,中部响应有滞后现象,长度越长的竹材内部干缩或湿胀应力越不均衡。温湿度变化引起原态竹材内应力不均衡是原态竹材应变不均甚至开裂的主要原因。

竹材在土木工程领域的应用

我国竹资源丰富,竹子栽培和竹材利用的历史悠久,素有"竹子王国"之誉。竹材在物理特性、景观特性、生态特性、文化特性方面有诸多优点,但是也存在力学性能差异大、易开裂、防火、防腐防虫、耐候性差、连接等问题。循着历史的脉络,结合国内外工程案例,作者系统介绍了原生竹材在岩土工程、道路工程、水利工程、桥梁工程、建筑工程等领域的应用情况。将工程竹材的发展过程划分为技术萌发与产品初创期、技术深入开发与产品丰富期、大面积推广及加工技术成熟期、蓬勃发展期等4个主要阶段,系统介绍了各个阶段工程竹材的发展概况及特点。根据原材料和加工工艺特点,选取竹集成材、竹重组材、竹编胶合材、竹缠绕复合材、竹碎料型材、竹塑复合材、竹木复合材、竹秸秆复合材等8种主要工程生物质复合材料进行了详细介绍,列举了相关工程应用案例,并指出完善竹结构相关标准体系迫在眉睫。在介绍国家相关政策的基础上,对竹材未来的工程应用及发展进行了展望。

原态毛竹环状收缩应变表征及机理研究

为探究原态竹材收缩特性,以毛竹(Phyllostachys pubescens)筒材为研究对象,研究其在40℃环境下的收缩行为,并采用数字散斑相关方法表征竹壁原位收缩应变。结果表明:竹筒含水率下降速率由快至缓,呈ExpAssoc指数,各试样含水率随干缩时间趋同明显;竹青和竹黄同时呈环状收缩,竹青收缩程度大于竹黄,差异不显著(P>0.05);竹筒顺纹收缩甚微,与竹青相比差异显著(P<0.05);裂缝两侧Y方向收缩应变相反,印证了其环状收缩,非裂缝部位X方向应变表明从竹青到竹黄收缩应变急剧减小。竹青是干缩应力集中部位,是裂纹发生源,减少或释放该应力是原态竹材防裂的关键。

竹材原态多方重组建筑(结构)材料初步研究

利用仿蜂巢结构制备竹材原态多方重组建筑结构材料并对其进行力学性能分析,结果表明:使用螺纹钢作为预应力增强材料,可增加该材料的力学性能,同时降低材料的强度—容重比;随竹材原态多方重组建筑材料重组单元的增加,该材料抗压强度增加,但不是线性关系;材料破坏形式主要是胶层撕裂。改善竹材原态多方重组建筑材料横向拼接强度是提高该材料力学性能的关键;长方体型抗弯强度略低于圆柱体型的竹材原态多方重组建筑材料,但其位移移动小,更加适合制备梁。

竹材原态多方重组单元指接工艺与力学性能研究

根据竹材原态多方重组材的结构和要求,对竹材原态多方重组指接单元的指接工艺进行研究,合理确定竹材原态多方重组单元的指接参数,并对竹材原态多方重组单元的指接性能进行了检测,试验结果表明:竹材原态多方重组指接单元的抗弯强度为73.15MPa,顺纹抗压强度为51.22MPa,顺纹抗拉强度为59.24MPa。

基于仿生竹材原态多方重组材的轴心抗压性能研究

研究的多方重组材利用了仿生学原理,将单根竹材有机地结合起来,降低了竹材的不均匀性,提升了原竹材的承载能力,而且其中空构造使得其强重比优于同体积其它建筑材料。多方重组材主要作为承重柱在建筑领域应用,那么它的轴心抗压性能就是重点考察的力学性能。通过对原态重组材竹柱进行轴心方向施压,竹柱中部应变和竖向变形的采集,研究了多方重组材的轴心抗压性能,其最大竖向承载力为269kN,最大竖向变形为19.5mm,最大纵向应变约为2500,最大横向应变约为1500。结果表明:在轴心抗压载荷的作用下,试件破坏形式为屈曲破坏,破坏形态主要表现为多方竹单元在铣削面的劈裂与竹单元的鼓包。本试验证明了多方重组材是一种具有明显弹、塑性阶段的塑性材料,为其进一步的力学性能研究提供了依据。多方重组材的出现为竹材的工业化利用提供了一种新颖的方案。

指接位置对竹材原态多方重组材抗压性能的影响

研究了指接位置对竹材原态多方重组材抗压性能的影响。本文对竹材原态多方重组材进行了轴向抗压试验,其结果表明:最先破坏的是指接位置。竹材原态多方重组材的破坏形式主要是竹单元的鼓包、劈裂和指榫的压溃、胶层脱落。随着指接位置不断地向上端部移动,竹材原态多方重组材承受抗压强度的能力不断上升,但是到了距离上端部1/5处时,其能力反而下降。可得结论:对于1m长的竹材原态多方重组材,指接位置布置在1/4处时较为合适。

竹材原态多方重组材料制造技术

1.市场背景竹材原态多方重组材料具有抗弯刚度大,承载力高和绿色低碳的特点,符合"生态林业、民生林业"的发展模式,但现主要采用以矩形竹条为构成单元的竹地板或各类竹类胶合板产品进行工业化利用,存在竹材利用率低、竹重组材含胶量高、竹材原态低碳利用处于空白、高效成型工艺及设备技术落后等问题。

竹材原态多方重组材料制造技术

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竹材原态多方重组材料制造技术

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竹材原态多方重组材料制造技术

1.市场背景竹材原态多方重组材料具有抗弯刚度大,承载力高和绿色低碳的特点,符合"生态林业、民生林业"的发展模式,但现主要采用以矩形竹条为构成单元的竹地板或各类竹类胶合板产品进行工业化利用,存在竹材利用率低、竹重组材含胶量高、竹材原态低碳利用处于空白、高效成型工艺及设备技术落后等问题。