CN104631702B - 蜂窝状生物质圆构件及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是蜂窝状生物质圆构件及制备方法，其结构是复合竹质圆筒或FRP圆筒内部是不少于4个空心原生竹筒，其中A空心原生竹筒直径大于其它三个直径相等的空心原生竹筒，A空心原生竹筒位于FRP圆筒正中央并同FRP圆筒形成同心圆，三个B、C、D空心原生竹筒均匀分布在A空心原生竹筒的周边，空心原生竹筒间通过竹质连接件或木质连接件接成整体，用绳状物沿竹筒外围将其捆扎起来；在FRP圆筒和各空心竹筒之间的缝隙内充满生物质填充料或者由生物质填充料和塑料粉碎料形成的混合料。优点：充分利用了多类材料的特点，将农林生物质资源应用到土木建筑结构构件中。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。

Description

蜂窝状生物质圆构件及制备方法

技术领域

本发明涉及的是蜂窝状生物质圆构件及制备方法，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蜂窝状生物质圆构件及制备方法，其目旨在结合现代工业产品FRP将我国蕴藏量丰富的农林生物质资源或日常生活塑料废品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：蜂窝状生物质圆构件，其结构在于，最外层的复合竹质圆筒或者FRP圆筒内部是不少于4个空心原生竹筒，其中一个A空心原生竹筒直径分别大于其它的空心原生竹筒的直径，其它的空心原生竹筒的直径相等，A空心原生竹筒位于复合竹质圆筒或者FRP圆筒正中央并同复合竹质圆筒或者FRP圆筒形成同心圆，其它的空心原生竹筒均匀分布在A空心原生竹筒的周边，空心原生竹筒之间通过竹质连接件或木质连接件相连成一整体，用绳状物沿竹筒外围将其捆扎起来，也可以不捆扎；在复合竹质圆筒或者FRP圆筒和各空心竹筒之间的缝隙内充满生物质填充料或者由生物质填充料和塑料粉碎料等形成的混合料。所述的空心原生竹筒除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。最外层的复合竹质圆筒也可以用FRP圆筒替代。

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1-1是蜂窝状FRP生物质塑料圆构件的结构示意图。

附图1-2是用绳状物沿竹筒外围捆扎空心原生竹筒的蜂窝状FRP生物质塑料圆构件的结构示意图。

附图2是蜂窝状复合竹质筒生物质圆构件的结构示意图。

附图2-2是用绳状物沿竹筒外围捆扎空心原生竹筒的蜂窝状复合竹质筒生物质圆构件的结构示意图。

图中的1是生物质填充料、2是复合竹质圆筒或者FRP圆筒、3是竹质连接件或木质连接件、4是空心原生竹筒、5是塑料粉碎料、6是绳状物。

具体实施方式

对照附图，蜂窝状生物质圆构件，其结构在于，最外层的复合竹质圆筒或者FRP圆筒2内部是不少于4个空心原生竹筒4，其中一个A空心原生竹筒4直径分别大于其它的空心原生竹筒4的直径，其它的空心原生竹筒4的直径相等，A空心原生竹筒4位于复合竹质圆筒或者FRP圆筒2正中央并同复合竹质圆筒或者FRP圆筒2形成同心圆，其它的空心原生竹筒4均匀分布在A空心原生竹筒4的周边，空心原生竹筒4之间通过竹质连接件或木质连接件3相连成一整体，用绳状物6沿竹筒外围将其捆扎起来，也可以不捆扎；在复合竹质圆筒或者FRP圆筒2和各空心竹筒4之间的缝隙内充满生物质填充料1或者由生物质填充料1和塑料粉碎料5等形成的混合料。所述的空心原生竹筒4除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。最外层的复合竹质圆筒也可以用FRP圆筒替代。

所述的生物质填充料1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、棉秆和/或废弃的木材及其碎屑。

所述的生物质填充料1为农作物的叶、秆、茎和/或废弃的竹材、木材及其碎屑，可以涉及到所有的生物质材料，生物质填充料1经过烘干脱水处理。

所述的复合竹质圆筒2的制备方法包括以下步骤：

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（小于1mm）；

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（小于1mm）；

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，竹篾浸胶量的绝干重量之比为8%, 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（小于1mm）；

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（小于1mm）竹纤维片层按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）竹纤维片层按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n层，n≥3且为奇数，该层与第一层相同；

⑥制作第n+1层，n≥3且为奇数，该层与第二层相同，重复步骤③④直到复合竹质圆筒所需的厚度（厚度不小于18mm）；整个复合竹质圆筒各片层竹纤维长度方向相互垂直；

所述的复合竹质圆筒或者FRP圆筒2的抗拉抗剪强度，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2的厚度不小于10mm，复合竹质圆筒2的厚度不小于18mm。

所述的空心原生竹筒4除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分。空心原生竹筒4为3-6年生长的笔直原竹筒，所述的竹质连接件由原生竹片加工而成；所述的木质连接件由树枝或废弃木材边角料加工而成；所述的空心原生竹筒4和竹质连接件或木质连接件3均经过干燥。

所述的生物质填充料1或者生物质填充料1和塑料粉碎料5形成的混合料通过胶黏剂（酚醛胶或者落叶松单宁树脂胶或者不含甲醛的生态胶）均匀混合而成。

所述的塑料粉碎料5是工业或日常生活的塑料瓶罐粉碎成的碎料，碎料规格：长度20mm-40mm、宽度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm；塑料粉碎料5表面无粉尘和油污，以提高同生物质材料的粘结力。

其制备方法，包括以下步骤：

第一步，选择符合建筑设计承载力要求的复合竹质圆筒或FRP圆筒2及笔直的原竹筒；并制作竹质连接件或木质连接件3，原竹筒与竹质连接件或木质连接件3均经过烘干脱水；

第二步，选择不少于4个的空心原生竹筒4，其中A空心原生竹筒4直径大于其它的空心原生竹筒4，其它的空心原生竹筒4的直径相等，A空心原生竹筒4布置在中间，其它的空心原生竹筒4均匀布置在A空心原生竹筒4的周围，用竹质连接件或木质连接件3连接起来，形成竹筒群，用绳状物6沿竹筒外围将其捆扎起来，也可以不捆扎；

第三步，将用竹质连接件或木质连接件3连接起来的竹筒群固定在复合竹质圆筒或FRP圆筒2内，并使A空心原生竹筒4位于复合竹质圆筒或FRP圆筒内正中央，A空心原生竹筒4同复合竹质圆筒或FRP圆筒2形成同心圆；

第四步，将工业或日常生活的塑料瓶罐粉碎成的塑料粉碎料5，碎料规格：长度20mm-40mm、宽度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm；清理干净塑料粉碎料5表层，干燥（含水率不超过12%）；

第五步，将生物质填充料1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，将生物质填充料1或者塑料粉碎料5和生物质填充料1混合料用胶黏剂（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，填充到复合竹质圆筒或FRP圆筒2和空心原生竹筒4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，即为所要求的蜂窝状生物质圆构件。

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 (8)

1.蜂窝状生物质圆构件，其特征在于，最外层的复合竹质圆筒或者FRP圆筒内部是不少于4个空心原生竹筒，其中一个A空心原生竹筒直径分别大于其它的空心原生竹筒的直径，其它的空心原生竹筒的直径相等，A空心原生竹筒位于复合竹质圆筒或者FRP圆筒正中央并同复合竹质圆筒或者FRP圆筒形成同心圆，其它的空心原生竹筒均匀分布在A空心原生竹筒的周边，空心原生竹筒之间通过竹质连接件或木质连接件相连成一整体，用绳状物沿竹筒外围将其捆扎起来，或不捆扎；在复合竹质圆筒或者FRP圆筒和各空心竹筒之间的缝隙内充满生物质填充料或者由生物质填充料和塑料粉碎料形成的混合料；

所述的复合竹质圆筒的制备方法包括以下步骤：

① 选择3-6年生的原竹，将原竹软化平展展开，将展开的平竹片使用酚醛胶或者不含甲醛的生态胶胶合成较宽的竹板，然后将竹板旋切成竹纤维片层厚度小于1mm；

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，该胶采用酚醛胶，固含量在30%，在温度150℃左右和压力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的竹纤维片层厚度小于1mm；

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，竹篾浸胶量的绝干重量之比为8%，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竹纤维片层厚度小于1mm；

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，制作圆筒完毕放气取出气囊，十分方便；

③ 将厚度小于1mm竹纤维片层按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竹纤维片层按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n层，n≥3且为奇数，该层与第一层相同；

⑥制作第n+1层，n≥3且为奇数，该层与第二层相同，重复步骤③④直到复合竹质圆筒所需的厚度不小于18mm；整个复合竹质圆筒各片层竹纤维长度方向相互垂直；

所述的空心原生竹筒为3-6年生长的笔直原竹筒，所述的竹质连接件由原生竹片加工而成；所述的木质连接件由树枝或废弃木材边角料加工而成；所述的空心原生竹筒和竹质连接件或木质连接件均经过干燥。

2.如权利要求1所述的蜂窝状生物质圆构件，其特征在于，所述的空心原生竹筒除了能形成空心减轻自重外，也是重要的受力组成部分；最外层的复合竹质圆筒可用FRP圆筒替代。

3.如权利要求1所述的蜂窝状生物质圆构件，其特征在于，所述的生物质填充料包括麦秆、稻草、玉米秆、高粱秆、豆秆、辣椒秆、油菜秆、亚麻秆、芦苇秆、棉秆和/或废弃的木材及其碎屑。

4.如权利要求1所述的蜂窝状生物质圆构件，其特征在于，所述的生物质填充料为农作物的叶、秆、茎和/或废弃的竹材、木材及其碎屑，生物质填充料经过烘干脱水处理。

5.如权利要求1所述的蜂窝状生物质圆构件，其特征在于，所述的FRP圆筒的厚度不小于10mm，复合竹质圆筒的厚度不小于18mm。

6.如权利要求1所述的蜂窝状生物质圆构件，其特征在于，所述的生物质填充料或者生物质填充料和塑料粉碎料形成的混合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。

7.如权利要求1所述的蜂窝状生物质圆构件，其特征在于，所述的塑料粉碎料是工业或日常生活的塑料瓶罐粉碎成的碎料，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.如权利要求1所述的蜂窝状生物质圆构件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步，选择符合建筑设计承载力要求的复合竹质圆筒或FRP圆筒及笔直的原竹筒；并制作竹质连接件或木质连接件，原竹筒与竹质连接件或木质连接件均经过烘干脱水；

第二步，选择不少于4个的空心原生竹筒，其中A空心原生竹筒直径大于其它的空心原生竹筒，其它的空心原生竹筒的直径相等，A空心原生竹筒布置在中间，其它的空心原生竹筒均匀布置在A空心原生竹筒的周围，用竹质连接件或木质连接件连接起来，形成竹筒群，用绳状物沿竹筒外围将其捆扎起来，或不捆扎；

第三步，将用竹质连接件或木质连接件连接起来的竹筒群固定在复合竹质圆筒或FRP圆筒内，并使A空心原生竹筒位于复合竹质圆筒或FRP圆筒内正中央，A空心原生竹筒同复合竹质圆筒或FRP圆筒形成同心圆；

第四步，将工业或日常生活的塑料瓶罐粉碎成的塑料粉碎料，碎料规格：长度20mm-40mm、宽度2mm-6mm、厚度0.2mm-2mm；清理干净塑料粉碎料表层，干燥，含水率不超过12%；

第五步，将生物质填充料自然风干或烘干，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，将生物质填充料或者塑料粉碎料和生物质填充料混合料用胶黏剂拌合均匀，并填充到复合竹质圆筒或FRP圆筒和空心原生竹筒之间的空隙里，并振捣密实，进行养护；所述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；

第七步，养护完毕，将两端裁切整齐，即为所要求的蜂窝状生物质圆构件。