Frp(鋼)筋增強生物基質塑料圓形空心構件及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是FRP (鋼)筋增強生物基質塑料圓形空心構件及制備方法，屬于土木工程技術與材料科學領域。
【背景技術】
[0002]我國盛產竹子，且擁有量和品質均居世界首位，竹子可再生、可降解，一般3-5年即可成材，竹材的抗拉強度約為木材的2倍，抗壓強度約為木材的1.5倍，竹材的比強度高于普通木材、結構用鋼材、鋁合金、混凝土等，竹材具有較好的彈性和韌性，變形能力強，以竹材及其與其他材料組成的復合材料代替混凝土、鋼材或粘土磚等建造房屋，符合“十二五”規劃部署的重大任務一一 “綠色發展，建設資源節約型、環境友好型社會”的根本要求，也符合《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006— 2020年)》確定的節能降耗、開發利用農林生物質資源的重點領域及優先主題。
[0003]我國生物質資源豐富，植物種類繁多。人類生活水平的提高和多樣化帶來了很多塑料制品垃圾，這些塑料廢棄物難降解，給環境帶來壓力。
[0004]現有的建筑構件多采用礦產資源或者采用木材。礦產資源有限，木材資源同樣也有限，而該種材料將生物質材料和廢棄的塑料生活垃圾充分利用起來形成新的建材，對節省礦產資源，保護森林，保護環境意義重大。
【發明內容】
[0005]本發明提出的是FRP (鋼)筋增強生物基質塑料圓形空心構件及制備方法，其目的是結合現代工業產品FRP將日常生活塑料廢品及我國蘊藏量豐富的農林生物質資源應用到土木建筑結構構件中，達到節省礦產資源，保護森林，保護環境的目的。
[0006]本發明的技術解決方案:內層復合竹質圓筒(4)位于截面正中央，同FRP圓筒或外層復合竹質圓筒(I)形成同心圓，鋼筋或FRP筋(3)均布在FRP圓筒或外層復合竹質圓筒
(I)和內層復合竹質圓筒(4)之間，由生物質填充料(2)和塑料粉碎料(5)形成的混合料充滿(I)和(4)之間的縫隙，從而共同形成一種復合材料構件。該類結構構件截面可以任意大，應用范圍更廣。生物質填充料(2)包括麥桿、稻草、玉米桿、高粱桿、豆桿、辣椒桿、油菜桿、亞麻桿、蘆葦桿、棉桿等，可以涉及到所有植物、農作物的葉、桿、莖等，當然也包括廢棄的木材及其碎肩等所有木質材料；塑料粉碎料(5)由工業或生活垃圾中的塑料質瓶瓶罐罐粉碎而成。
[0007]本發明的優點:選材廣泛，制作方便，該種建筑構件具有自重輕、剛度大、延性好、自恢復能力強、經濟性能好、抗震性能優越等優點，并且施工工序簡單，可應用于土木建筑結構領域中的受壓或受彎構件，對緩解我國木材、耕地、煤炭等資源短缺和生態環境惡化的壓力具有重要意義。
【附圖說明】
[0008]附圖1是FRP (鋼)筋增強生物基質塑料圓形空心構件的結構示意圖。
[0009]圖中的I是FRP圓筒或大直徑復合竹質圓筒、2是生物質材料、3是鋼筋或FRP筋、4是內層復合竹質圓筒、5是塑料粉碎料。
【具體實施方式】
[0010]對照附圖1，FRP (鋼)筋增強生物基質塑料圓形空心構件，其結構是內層復合竹質圓筒4位于截面正中央，同FRP圓筒或外層復合竹質圓筒I形成同心圓，鋼筋或FRP筋3均布在FRP圓筒或外層復合竹質圓筒I和內層復合竹質圓筒4之間，由生物質填充料2和塑料粉碎料5形成的混合料充滿I和4之間的縫隙，從而共同形成一種復合材料構件。所述生物質填充料(2)包括麥桿、稻草、玉米桿、高粱桿、豆桿、辣椒桿、油菜桿、亞麻桿、蘆葦桿、棉桿(中的一種或二種以上，若二種以上其配比任意，主要依據現有原材料的情況)，也包括廢棄的木材及其碎肩所有木質材料；塑料粉碎料(5)由工業或生活垃圾中的塑料質瓶瓶罐罐粉碎而成。
[0011 ] 該類結構構件截面可以任意大，應用范圍更廣。
[0012]FRP圓筒或外層復合竹質圓筒(I)具備足夠的抗拉抗剪強度，具體的量值與其分擔的外界荷載產生的應力有關，要由實際結構設計計算確定；FRP圓筒的厚度不小于10mm，復合竹質圓筒的厚度不小于20mm。
[0013]所述生物基質塑料粉碎料由生物質材料與塑料粉碎料是通過膠黏劑均勻混合而成。
[0014]所述生物質填充料(2)均需經過烘干(含水率不超過12%)脫水處理。
[0015]所述塑料粉碎料(5)由工業或日常生活的塑料瓶瓶罐罐粉碎碎料，碎料規格:長度20mm-40mm、寬度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm ;塑料粉碎料表面不能有粉塵和油污，以提高其同生物質材料的粘結力。
[0016]FRP (鋼)筋增強生物基質塑料圓形空心構件的制備方法，包括以下步驟:
第一步，選擇符合結構設計承載力要求的FRP圓筒；
第二步，按結構設計要求制作復合竹質圓筒:①選擇3-6年生的原竹，將原竹軟化平展展開，將展開的平竹片膠合(使用酚醛膠或者不含甲醛的生態膠)成較寬的竹板，然后將竹板旋切成較薄的竹纖維片層；或者將選擇好的原竹筒分割成相同寬度和長度的原竹片，去青去黃后進行脫水或干燥(含水率不超過12%)，然后對其進行涂膠(若采用酚醛膠，固含量在30%左右)，在適當溫度(150°C左右)和壓力(5MPa左右)下，通過壓力機將其壓制成符合結構設計要求的竹材集成材，將竹材集成板材旋切成較薄的竹纖維片層；或者將選擇好的原竹筒分割成固定長度和寬度的竹片，去青去黃后經齒形輥碾壓后呈橫向不斷裂、縱向較松散的竹篾，竹篾的初含水率10% ~ 12%;然后放在自行設計的常壓高溫熱處理箱進行190°C左右高溫熱處理，接著浸膠，竹篾浸膠量為8% (絕干重量之比)，浸膠后竹篾干燥溫度70°C，干燥至含水率不超過12% ;將竹篾全縱向組胚裝入模具，熱壓采用“熱進冷出”工藝，壓力4.5MPa,溫度140°C，通過壓力機將其壓制成符合建筑設計要求的竹材重組材型材，再將竹材重組材型材制作成較寬的竹材重組材板材，將竹材重組板材旋切成較薄的竹纖維片層；?按照建筑需要的尺寸選擇圓柱形內模具，內模具為高分子納米材料制作耐高壓的可充氣氣囊，生產圓筒時給氣囊充氣形成內模具，制作圓筒完畢放氣就可以取出氣囊，十分方便；③將薄竹纖維片層長度方向沿圓柱形內模具外徑纏繞形成第一層，該層旋切薄竹片內竹纖維方向垂直于圓柱形內模具長度方向將薄竹纖維片層長度方向沿圓柱形內模具長度方向纏繞形成第二層，第二層的薄竹片內竹纖維方向平行于圓柱形內模具長度方向；⑤制作第三層，該層同第一層；⑥制作第四層，該層及以下各層的工藝相同，直到所需的厚度(厚度不小于20mm);整個復合竹質圓筒各片層竹纖維長度方向相互垂直；第三步，將挑選的復合竹質圓筒固定在截面的正中央同FRP圓筒或外層復合竹質圓筒I形成同心圓；將鋼筋或FRP筋均勻布置并固定在FRP圓筒或外層復合竹質圓筒I和內層復合竹質圓筒4之間；
第四步，將工業或日常生活的塑料瓶瓶罐罐等粉碎碎料。碎料規格:長度20mm-40mm、寬度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm ;清理干凈表層，干燥；
第五步，將生物質原料自然風干或烘干(含水率不超過12%)后，經農用鍘草機或錘片式打碎機或專用粉碎機粉碎，然后進行碾磨；
第六步，將塑料粉碎料和生物質材料用膠(酚醛膠或者落葉松單寧樹脂膠或不