CN104631704A - 多孔frp或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁及制备方法，其结构是截面内部的空心竹筒群由不少于3个空心原生竹筒通过绳状物捆扎一起，竹筒直径大小相等；空心竹筒群与多孔FRP或复合竹质筒的圆心重合；原生竹片分布在竹筒群***相邻原竹筒交界凹侧对面贴近多孔FRP或复合竹质筒处，由生物质填充料或生物质填充料和塑料粉碎料形成的混合料充满空心竹筒群与多孔FRP或复合竹质筒之间的缝隙。优点：充分利用了多类材料的特点，将农林生物质或日常生活塑料废品资源应用到土木建筑结构构件中。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。

Description

多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱及制备方法

技术领域

本发明涉及的是多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁及制备方法，属于土木工程技术与材料科学领域。

背景技术

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——“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。

我国生物质资源丰富，植物种类繁多。人类生活水平的提高和多样化带来了很多塑料制品垃圾，这些塑料废弃物难降解，给环境带来压力。

现有的建筑构件多采用矿产资源或者采用木材。矿产资源有限，木材资源同样也有限，而该种材料将生物质材料和废弃的塑料生活垃圾充分利用起来形成新的建材，对节省矿产资源，保护森林，保护环境意义重大。

发明内容

本发明提出的是一种多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁及制备方法，其目的旨在结合现代工业产品FRP将日常生活塑料废品及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。

本发明的技术解决方案：多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，截面内部的空心竹筒群（3）由不少于3个空心原生竹筒通过绳状物（4）捆扎到一起而形成，并且所有竹筒直径大小相等；空心竹筒群（3）与多孔FRP或复合竹质筒（1）的圆心重合；如果布置原生竹片的话，弧状原生竹片（6）分布在竹筒群***相邻原竹筒交界凹侧对面贴近多孔FRP或复合竹质筒处，由生物质填充料（2）或者生物质填充料（2）和塑料粉碎料（5）形成的混合料充满空心竹筒群（3）与多孔FRP或复合竹质筒（1）之间的缝隙。所述的空心竹筒群（3）除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。

本发明的优点：选材广泛，制作方便，解决部分白色污染问题；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

附图1是一种多孔FRP或复合竹质筒生物质塑料空心原竹圆柱或梁的结构示意图。

附图2是一种竹片增强多孔FRP或复合竹质筒生物质塑料空心原竹圆柱或梁的结构示意图。

附图3是一种多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁的结构示意图。

图中的1是FRP筒或复合竹质筒、2是生物质填充料、3是空心竹筒群、4是塑料粉碎料、5是绳状物、6是弧状原生竹片。

具体实施方式

对照附图，多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，截面内部的空心竹筒群（3）由不少于3个空心原生竹筒通过绳状物（4）捆扎到一起而形成，并且所有竹筒直径大小相等；空心竹筒群（3）与多孔FRP或复合竹质筒（1）的圆心重合；如果布置原生竹片的话，弧状原生竹片（6）分布在竹筒群***相邻原竹筒交界凹侧对面贴近多孔FRP或复合竹质筒处，由生物质填充料（2）或者生物质填充料（2）和塑料粉碎料（5）形成的混合料充满空心竹筒群（3）与多孔FRP或复合竹质筒（1）之间的缝隙。所述的空心竹筒群（3）除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。

所述生物质填充料（2）包括麦秆、稻草、玉米秆、高粱秆、豆秆、辣椒秆、油菜秆、亚麻秆、芦苇秆、棉秆或农作物的叶、秆、茎、或废弃的木材及其碎屑木质材料；塑料粉碎料（5）是工业或生活垃圾中的塑料质瓶罐的粉碎料。

所述的复合竹质筒或FRP筒（1）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。

所述空心竹筒群（3）为3-6年生的笔直原竹筒，原竹筒直径大小相等。

所述生物基质塑料粉碎料由生物质材料与塑料粉碎料通过胶黏剂（酚醛胶或者落叶松单宁树脂胶或不含甲醛的生态胶）均匀混合而成。

所述生物质填充料（2）是农作物的叶、秆、茎、废弃的竹材、木材及其碎屑木质材料，可以涉及到所有的生物质材料。

所述塑料粉碎料（5）是工业或日常生活的塑料瓶罐的粉碎料，其碎料规格：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。

所述塑料粉碎料（5）还可以是尼龙绳状物、布条或袋状物或细铁丝、草绳或者所有的生物质绳状物或藤状物。

其制备方法，包括如下步骤：

第一步，选择符合结构设计要求的直径相当的笔直原竹筒，用绳状物将原生空心竹筒（不少于3个）直接捆扎起来，形成竹筒群；如果布置竹片，则将部分原竹筒劈裂为较宽（宽度不小于120mm）的弧状竹片；原竹筒和原竹片均需烘干（含水率不超过12%）脱水；

第二步，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℃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℃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℃, 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℃，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（小于1mm）竹片内竹纤维方向垂直于圆柱形内模具长度方向；④ 将薄（小于1mm）竹纤维片层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（小于1mm）竹片内竹纤维方向平行于圆柱形内模具长度方向；⑤ 制作第三层，该层同第一层；⑥ 制作第四层，该层及往后各层工艺同第二层，重复步骤③④，直到所需的厚度（不小于18mm）；整个复合竹质筒各片层竹纤维长度方向相互垂直；

第三步，将捆扎起来的竹筒群固定在FRP筒或复合竹质筒内，并且使空心竹筒群（3）的形心与FRP筒或复合竹质筒（1）的圆心重合；如果布置竹片，将竹片固定在竹筒群***相邻原竹筒交界凹侧对面贴近复合竹质的圆筒处；

第四步，将工业或日常生活的塑料瓶罐粉碎成碎料，碎料规格：长度20mm-40mm、宽度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm；清理干净表层，干燥；

第五步，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；

第六步，将生物质材料或者生物质填充料（2）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，填充到竹筒竹片群和复合竹质筒或FRP筒之间的空隙里，并振捣密实，进行养护；

第七步，养护完毕，将两端裁切整齐，即为所要求的圆形建筑构件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，截面内部的空心竹筒群（3）由不少于3个空心原生竹筒通过绳状物（4）捆扎到一起而形成，并且所有竹筒直径大小相等；空心竹筒群（3）与多孔FRP或复合竹质筒（1）的圆心重合；如果布置原生竹片的话，弧状原生竹片（6）分布在竹筒群***相邻原竹筒交界凹侧对面贴近多孔FRP或复合竹质筒处，由生物质填充料（2）或者生物质填充料（2）和塑料粉碎料（5）形成的混合料充满空心竹筒群（3）与多孔FRP或复合竹质筒（1）之间的缝隙。

2.根据权利要求1所述的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，所述生物质填充料（2）包括麦秆、稻草、玉米秆、高粱秆、豆秆、辣椒秆、油菜秆、亚麻秆、芦苇秆、棉秆或农作物的叶、秆、茎、或废弃的木材及其碎屑木质材料；塑料粉碎料（5）是工业或生活垃圾中的塑料质瓶罐的粉碎料。

3.根据权利要求1所述的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，所述FRP圆筒的厚度不小于10mm，复合竹质圆筒（2）的厚度不小于18mm。

4.根据权利要求1所述的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，空心竹筒群（3）选材为3-6年生的笔直原竹筒，原竹筒直径大小相等。

5.根据权利要求1所述的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，所述生物基质塑料粉碎料由生物质材料与塑料粉碎料通过胶黏剂均匀混合而成，该胶黏剂是酚醛胶或者落叶松单宁树脂胶或者不含甲醛的生态胶。

6.根据权利要求1所述的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，所述生物质填充料（2）是农作物的叶、秆、茎、废弃的竹材、木材及其碎屑木质材料。

7.根据权利要求1所述的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，所述塑料粉碎料（5）是工业或日常生活的塑料瓶罐的粉碎料，其碎料规格：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。

8.根据权利要求1所述的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁，其特征在于，所述塑料粉碎料（5）是尼龙绳状物、布条或袋状物或细铁丝、草绳或藤状物。

9.如权利要求1的多孔FRP或复合竹质筒生物质空心原竹圆柱或梁的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第一步，选择符合结构设计要求的直径相当的笔直原竹筒，用绳状物将原生空心竹筒（不少于3个）直接捆扎起来，形成竹筒群；如果布置竹片，则将部分原竹筒劈裂为宽度不小于120mm的弧状竹片；原竹筒和原竹片均需烘干，含水率不超过12%，脱水；

第二步，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%，在温度150℃和压力5MPa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℃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℃, 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℃，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取出气囊，十分方便；③将薄竹纤维片层长度方向沿圆柱形内模具外径缠绕形成第一层，该层旋切厚度小于1mm竹片内竹纤维方向垂直于圆柱形内模具长度方向；④ 将厚度小于1mm竹纤维片层长度方向沿圆柱形内模具长度方向缠绕形成第二层，第二层的厚度小于1mm竹片内竹纤维方向平行于圆柱形内模具长度方向；⑤ 制作第三层，该层同第一层；⑥ 制作第四层，该层及往后各层工艺同第二层，重复步骤③④，直到所需的厚度不小于18mm；整个复合竹质筒各片层竹纤维长度方向相互垂直；

第三步，将捆扎起来的竹筒群固定在FRP筒或复合竹质筒内，并且使空心竹筒群（3）的形心与FRP筒或复合竹质筒（1）的圆心重合；如果布置竹片，将竹片固定在竹筒群***相邻原竹筒交界凹侧对面贴近复合竹质的圆筒处；

第四步，将工业或日常生活的塑料瓶罐粉碎成碎料，碎料规格：长度20mm-40mm、宽度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm；清理干净表层，干燥；

第五步，将生物质原料自然风干或烘干，含水率不超过12%，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；

第六步，将生物质材料或者生物质填充料（2）和塑料粉碎料（5）形成的混合料用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，填充到竹筒竹片群和复合竹质筒或FRP筒之间的空隙里，并振捣密实，进行养护；

第七步，养护完毕，将两端裁切整齐，即为所要求的圆形建筑构件。