蜂窩狀生物質圓構件及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是蜂窩狀生物質圓構件及制備方法，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]本發明提出的是一種蜂窩狀生物質圓構件及制備方法，其目旨在結合現代工業產品FRP將我國蘊藏量豐富的農林生物質資源或日常生活塑料廢品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:蜂窩狀生物質圓構件，其結構在于，最外層的復合竹質圓筒或者FRP圓筒(2)內部是不少于4個空心原生竹筒(4)，其中一個A空心原生竹筒(4)直徑分別大于其它三個B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑，B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑相等，A空心原生竹筒(4)位于FRP圓筒(2)正中央并同復合竹質圓筒或者FRP圓筒(2)形成同心圓，B、C、D空心原生竹筒(4)均勻分布在A空心原生竹筒(4)的周邊，空心原生竹筒(4)之間通過竹質連接件或木質連接件相連成一整體，用繩狀物(6)沿竹筒外圍將其捆扎起來，也可以不捆扎；在復合竹質圓筒或者FRP圓筒(2)和各空心竹筒(4)之間的縫隙內充滿生物質填充料(I)或者由生物質填充料(I)和塑料粉碎料(5)等形成的混合料。所述的空心原生竹筒(4)除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分。最外層的復合竹質圓筒也可以用FRP圓筒替代。
[0007]本發明的優點:選材廣泛，制作方便，解決部分白色污染問題；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1-1是蜂窩狀FRP生物質塑料圓構件的結構示意圖。
[0009]附圖1-2是用繩狀物沿竹筒外圍捆扎空心原生竹筒的蜂窩狀FRP生物質塑料圓構件的結構示意圖。
[0010]附圖2是蜂窩狀復合竹質筒生物質圓構件的結構示意圖。
[0011]附圖2-2是用繩狀物沿竹筒外圍捆扎空心原生竹筒的蜂窩狀復合竹質筒生物質圓構件的結構示意圖。
[0012]圖中的I是生物質填充料、2是復合竹質圓筒或者FRP圓筒、3是竹質連接件或木質連接件、4是空心原生竹筒、5是塑料粉碎料、6是繩狀物。
【具體實施方式】
[0013]對照附圖，蜂窩狀生物質圓構件，其結構在于，最外層的復合竹質圓筒或者FRP圓筒(2)內部是不少于4個空心原生竹筒(4)，其中一個A空心原生竹筒(4)直徑分別大于其它三個B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑，B、C、D空心原生竹筒(4)的直徑相等，A空心原生竹筒(4)位于FRP圓筒(2)正中央并同復合竹質圓筒或者FRP圓筒(2)形成同心圓，B、C、D空心原生竹筒(4)均勻分布在A空心原生竹筒(4)的周邊，空心原生竹筒(4)之間通過竹質連接件或木質連接件相連成一整體，用繩狀物(6)沿竹筒外圍將其捆扎起來，也可以不捆扎；在復合竹質圓筒或者FRP圓筒(2)和各空心竹筒(4)之間的縫隙內充滿生物質填充料
(I)或者由生物質填充料(I)和塑料粉碎料(5)等形成的混合料。所述的空心原生竹筒(4)除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分。最外層的復合竹質圓筒也可以用FRP圓筒替代。
[0014]所述的生物質填充料(I)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、棉桿和/或廢棄的木材及其碎肩。
[0015]所述的生物質填充料(I)為農作物的葉、桿、莖和/或廢棄的竹材、木材及其碎肩，可以涉及到所有的生物質材料，生物質填充料(I)經過烘干脫水處理。
[0016]所述的復合竹質圓筒(2)的制備方法包括以下步驟:
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(小于1_);
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(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(小于Imm);
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(小于Imm);
②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(小于Imm)竹纖維片層按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；
④將薄(小于Imm)竹纖維片層按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η層，η多3且為奇數，該層與第一層相同；
⑥制作第η+1層，η多3且為奇數，該層與第二層相同，重復步驟③④直到復合竹質圓筒所需的厚度(厚度不小于18_);整個復合竹質圓筒各片層竹纖維長度方向相互垂直；
所述的復合竹質圓筒或者FRP圓筒(2)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(2)的厚度不小于10mm，復合竹質圓筒(2)的厚度不小于18mm。
[0017]所述的空心原生竹筒(4)除了能形成空心減輕自重外，也是重要的受力組成部分。空心竹筒(4)為3-6年生長的筆直原竹筒，所述的竹質連接件由原生竹片加工而成；所述的木質連接件由樹枝或廢棄木材邊角料加工而成；所述的空心原生竹筒(4)和竹質連接件或木質連接件均經過干燥。
[0018]所述的生物質填充料(I)或者生物質填充料(I)和塑料粉碎料(5)形成的混合料通過膠黏劑(酚醛膠或者落葉松單寧樹脂膠或者不含甲醛的生態膠)均勻混合而成。
[0019]所述的塑料粉碎料(5)是工業或日常生活的塑料瓶罐粉碎成的碎料，碎料規格:長度20mm-40mm、寬度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm ;塑料粉碎料表面無粉塵和油污，以提高同生物質材料的粘結力。
[0020]其制備方法，包括以下步驟:
第一步，選擇符合建筑設計承載力要求的復合竹質圓筒或FRP圓筒及筆直的原竹筒；并制作竹質連接件或木質連接件，原竹筒與竹質連接件或木質連接件均經過烘干脫水；第二步，選擇不少于4個的原生空心竹筒，其中A原生空心竹筒直徑大于其它B、C、D三個原生空心竹筒，B、C、D原生空心竹筒的直徑相等，A原生空心竹筒布置在中