CN105714983A - 防火工字型高强竹集成材梁及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是防火工字型高强竹集成材梁及制备方法，结构包括高强竹集成材上、下翼缘、高强竹集成材腹板、低密度竹集成材抗剪竹螺丝竹销，其中高强竹集成材上翼缘与高强竹集成材腹板的上部通过A卡槽、A抗剪竹螺丝竹销连接，高强竹集成材下翼缘与高强竹集成材腹板的下部通过B卡槽、B抗剪竹螺丝竹销连接；梁外涂防火无溶剂环保涂层；优点：1）天然竹资源，低能耗、污染小；2）适用于装配式结构，也可满足建筑多样性的需求；3）采用卡槽及竹螺丝竹销连接，竹销自带螺纹可增强连接强度、可靠性，质量易控制；4）工字型截面，提高梁承载能力与变形能力，省材，减轻构件自身重量便于建筑装配式生产；5）外涂防火无溶剂环保涂层，提高构件耐火性能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种可应用于建筑工程结构及桥梁结构的防火工字型高强竹集成材梁及制备方法，属于工程技术领域。
背景技术
环境与资源问题已迫在眉睫，寻求合适的生物质可再生结构材料是当代土木工程领域的一个新方向，我国是世界上最主要的产竹国，素有“竹子王国”之誉。竹材的短周期、高强、高产，让人们有了“以竹代木”的想法。原竹的薄壁、尖削度大等特点，及市场对竹材的需求、要求日益升高，促进了工业竹的发展。
目前工业竹主要用在装修、装饰材料、生活用品等领域，很多学者都在积极探索如何将工业竹大量用在建筑结构领域，克服工业竹耐火性能差、耐久性需提高等缺陷，竹集成材是其中的一种工业竹产品，是由原竹经剖篾加工、低温干燥，浸胶、组坯、加压、固化、砂光平整、裁边、指接等多种工艺制成的一种力学性能优异的竹质复合材料，经过近30年的研究与发展，其生产工艺已经标准化。
目前生产的竹集成材纵向（顺纤维方向）抗拉强度和抗压强度分别可达100~120MPa和50~60MPa，弹性模量可达11000~12000MPa；其力学性能和阻燃性均优于木材，环保指标已达欧洲E1级标准，因此，竹集成材可以满足现代建筑结构对材料的力学、环保等方面的性能要求，研究表明，竹集成材结构在节能环保、工业化生产、装配式施工等方面有着传统材料不可替代的优势。但竹基复合材料属于易燃性材料，应用受到消防规范限制。
然而现阶段我国竹木结构设计理论不完善，设计手段落后，在可持续发展的引领下，日益紧缺劳动力的形势下，发展装配式、工厂标准化生产的竹结构建筑，非常有意义，因此依据现代结构分析技术与结构设计原理进行装配式竹结构分析与设计是十分必要的。
目前以混凝土和钢材为主要原料的装配式结构，其缺点有以下几点：（1）自重较大；（2）运输不便；（3）构件尺寸根据设计需要确定，不具有通用性，不利于标准化生产；（4）能耗高、污染大，成本相对较高；本发明能有效改善以上状况。
发明内容
本发明提出的是一种防火工字型高强竹集成材梁及制备方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，该梁可以提供足够的强度（即承载力）与刚度（即变形），满足工程设计要求，并且具有自重小、绿色环保、可再生、可降解、低能耗、低污染、可标准化生产等特点，同时外涂无溶剂防火涂层，提高构件耐火性能、拓宽其应用范围，打破消防规范限制。
本发明的技术解决方案：防火工字型高强竹集成材梁，其结构包括高强竹集成材上翼缘1、高强竹集成材下翼缘2、高强竹集成材腹板3、抗剪竹螺丝竹销5，其中高强竹集成材上翼缘1与高强竹集成材腹板3的上部通过A卡槽4、A抗剪竹螺丝竹销5连接，高强竹集成材下翼缘2与高强竹集成材腹板3的下部通过B卡槽4、B抗剪竹螺丝竹销5连接；梁外涂防火无溶剂环保涂层；工作时，防火工字型高强竹集成材梁受到荷载作用，高强竹集成材上翼缘1首先受压，梁发生弯曲，继而高强竹集成材下翼缘受到拉伸作用；同时，连接翼缘与腹板的卡槽、抗剪竹螺丝竹销提供了足以满足抗拔与抗剪的承载力，通过高强竹集成材的上、下翼缘与高强竹集成材腹板3的连接构成了具有承载能力与变形能力的梁。
防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，包括如下步骤：
（1）将各部件装配在一起；
（2）制作高强竹集成材翼缘；
（3）高强竹集成材腹板制作；
（4）抗剪竹螺丝竹销制作；
（5）腹板与翼缘的连接组合；
（6）外涂防火无溶剂环保涂层。
本发明的优点：
1）采用高强竹集成材生物质材料和无溶剂防火涂层制作防火工字型梁，在保证梁承载力与变形能力的基础上，充分利用了我国天然竹资源，低能耗、污染小，减轻了建筑生产对环境的负荷；
2）翼缘构型可采用生产线标准化尺寸，梁的高度可根据受力情况通过腹板高度调整，因此，这种形式的梁既便于标准化生产，可满足装配式结构，也可满足建筑多样性的需求；
3）翼缘与腹板采用卡槽及竹螺丝竹销连接件连接，工艺简单，连接可靠，质量易控制；
4）梁的截面采用工字型截面，充分利用了工字型截面抵抗矩大、高强竹集成材拉、压强度高的特点，提高了梁承载效率，节省了大量材料，也减轻了构件自身重量，竹集成材的容重仅为混凝土容重的三分之一左右，而工字型截面还更节约材料，所以次梁自重很小，有利于抗震、节能，因竹集成材为易燃材料，应用受到消防限制，因此外涂无溶剂防火涂层，提高构件耐火性能，打破消防规范限制。
附图说明
附图1是防火工字型高强竹集成材梁示意图。
附图中的1是防火工字型高强竹集成材梁上翼缘（中间带卡槽4），2是防火工字型高强竹集成材梁下翼缘（中间带卡槽4），3是高强竹集成材腹板，4是卡槽，5是低密度竹集成材抗剪竹螺丝竹销。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术解决方案：
防火工字型高强竹集成材梁，其结构包括高强竹集成材上翼缘1、高强竹集成材下翼缘2、高强竹集成材腹板3、低密度竹集成材抗剪竹螺丝竹销5，其中高强竹集成材上翼缘1与高强竹集成材腹板3的上部通过A卡槽4、A抗剪竹螺丝竹销5连接，高强竹集成材下翼缘2与高强竹集成材腹板3的下部通过B卡槽4、B抗剪竹螺丝竹销5连接；梁外涂防火无溶剂环保涂层；工作时，防火工字型高强竹集成材梁受到荷载作用，工字型高强竹集成材梁上翼缘1首先受压，梁发生弯曲，继而高强竹集成材下翼缘受到拉伸作用；同时，连接翼缘与腹板的卡槽、抗剪竹螺丝竹销提供足以满足抗拔与抗剪的承载力，将高强竹集成材的上、下翼缘与高强竹集成材腹板3连接成具有承载能力与变形能力的梁。
所述的A、B卡槽与A、B低密度竹集成材抗剪竹螺丝竹销是对应设置的，其中A卡槽4设在高强竹集成材上翼缘1的中间，B卡槽4设在高强竹集成材下翼缘2中间，高强竹集成材上翼缘1与高强竹集成材下翼缘2的厚度采用定型尺寸，工字型高强竹集成材梁的高度可根据受力情况通过高强竹集成材腹板3的高度调整。
防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，包括如下步骤：
（1）防火工字型高强竹集成材梁所有的部件即高强竹集成材上翼缘1、高强竹集成材下翼缘2和高强竹集成材腹板3通过B低密度竹集成材抗剪竹螺丝竹销5装配在一起，同时外涂防火无溶剂环保涂层，提高结构构件耐火性能，工字型高强竹集成材梁的长度、宽度由设计要求确定，工字型高强竹集成材梁的高度根据受力情况通过腹板高度调整；
（2）高强竹集成材翼缘，其制作步骤，包括
1）采用高强竹集成材，其竹龄4年的原竹，截成2.55米符合压机的长度；
2）剖成25mm左右宽度的竹片，剔除竹节、竹青、竹黄，加工成1mm左右厚度的竹篾，经干燥到含水率不超过12%；
3）选用酚醛树脂胶浸胶，沥胶后再次干燥到含水率为10%~12%；
4）组坯、热压，热压温度为130℃~140℃，压力不低于3MPa；
5）以每毫米2分钟的速度进行固化而制成高强竹集成材；
6）经过砂光平整、裁边、指接等加工成规定尺寸的构件，翼缘的长度、宽度根据设计要求确定，厚度采用定型尺寸且不小于梁高度的1/10；
（3）高强竹集成材腹板，制作与高强竹集成材翼缘相同，腹板的长度、厚度根据设计要求确定，高度根据受力情况确定；
上述步骤（2）、（3）中的高强竹集成材是指顺纹抗拉强度不低于100MPa，顺纹抗压强度不低于50MPa，顺纹弹性模量不低于11000MPa，顺纹抗剪强度不低于12MPa，含水率不大于12%；
（4）低密度竹集成材梁中的抗剪竹螺丝竹销，其制作步骤，包括
1）采用低密度竹集成材制作带螺纹的竹螺丝竹销；
2）采用竹龄4年左右的原竹，截成2.55米长度，符合压机的长度；
3）剖成25mm左右宽度的竹片，剔除竹节、竹青、竹黄，加工成1mm左右厚度的竹篾，经干燥到含水率不超过12%；
4）选用酚醛树脂胶浸胶，沥胶后二次干燥到含水率为10%~12%；
5）组坯、热压，热压温度为120℃~130℃，压力不低于2MPa；
6）以每毫米2分钟的速度进行固化而制成高强竹集成材，再经过砂光平整、裁边、指接加工成规定尺寸的构件；
7）抗剪竹螺丝竹销5内直径d为10~15mm，螺纹外直径D为15~20mm，销钉间距不小于螺钉直径D的5倍，且不大于150mm，竹销设置宜细而密，不宜粗而疏；腹板与高强竹集成材上、下翼缘通过卡槽及抗剪竹螺丝竹销连接组合；
（6）组合完成后，外涂防火无溶剂环保涂层，提高结构构件耐火性能，所述防火涂料组分及重量百分比：磷丙烯酸树脂30%，氢氧化铝35%，硼10%酸，丁酮25%；涂刷要求为：施工第一遍厚度为0.10-0.15mm，表层干后进行第二次施工，涂层厚度以0.15-0.20mm，以后各遍施工，涂层厚度应控制在0.20mm-0.30mm，直至达到规定厚度，每次施工时间间隔18-24小时，施工环境温度为0-40℃，基材温度为5-45℃，空气相对湿度不大于90%，保持施工现场空气流通，风速不大于5m/s，室外作业或施工构件表面结露时不宜施工。
所述低密度竹集成材是指顺纹抗拉强度不低于70MPa，顺纹抗压强度不低于40MPa，顺纹弹性模量不低于9000MPa，顺纹抗剪强度不低于10MPa，含水率不大于12%。
实施例
防火工字型高强竹集成材梁，其结构包括高强竹集成材上翼缘1（中间带卡槽4）、高强竹集成材下翼缘2（中间带卡槽4）、高强竹集成材腹板3、低密度竹集成材抗剪竹螺丝竹销5，其中高强竹集成材上翼缘1与高强竹集成材腹板3的上部通过卡槽4及抗剪竹螺丝竹销5连接，高强竹集成材下翼缘2与高强竹集成材腹板3的下部通过卡槽4及抗剪竹螺丝竹销5连接。
所述高强竹集成材是指顺纹抗拉强度不低于100MPa，顺纹抗压强度不低于50MPa，顺纹弹性模量不低于11000MPa，顺纹抗剪强度不低于12MPa，含水率不大于12%；所述低密度竹集成材是指顺纹抗拉强度不低于70MPa，顺纹抗压强度不低于40MPa，顺纹弹性模量不低于9000MPa，顺纹抗剪强度不低于10MPa，含水率不大于12%。
高强竹集成材上翼缘1与高强竹集成材下翼缘2的厚度为60mm，宽度为120mm，并在翼缘中间开设槽口，槽口宽度为62mm，深度为20mm；高强竹集成材腹板3的高度为130mm，厚度为60mm，长度为3600mm；防火工字型高强竹集成材梁的总高度为250mm，长度为3600mm，宽度为120mm。低密度竹集成材抗剪竹螺丝竹销5内直径为10mm，外直径D为15mm，长度为60mm，竹销间距为100mm，竹销在梁两端端距为75mm，竹销伸入翼缘长度为20mm，伸入腹板长度为40mm，在翼缘、腹板上预开孔为带螺纹的孔，内径为12mm，外径为17mm。外涂无溶剂防火涂层，所述防火涂料的组分及重量百分比：磷丙烯酸树脂30%，氢氧化铝35%、硼10%酸、丁酮25%组成的防火涂料。
涂刷要求为：施工第一遍厚度为0.10-0.15mm为宜，表层干后进行第二次施工，涂层厚度以0.15-0.20mm为宜，以后各遍施工，涂层厚度应控制在0.20mm左右，不超过0.30mm，直至达到规定厚度，每次施工时间间隔以涂层不沾手为准（一般在18-24小时左右），施工环境温度为0-40℃，基材温度为5-45℃，空气相对湿度不大于90%；保持施工现场空气流通，风速不大于5m/s，室外作业或施工构件表面结露时不宜施工。
Claims (10)
1.防火工字型高强竹集成材梁，其特征是包括高强竹集成材上翼缘、高强竹集成材下翼缘、高强竹集成材腹板、抗剪竹螺丝竹销，其中高强竹集成材上翼缘与高强竹集成材腹板的上部通过A卡槽、A抗剪竹螺丝竹销连接，高强竹集成材下翼缘与高强竹集成材腹板的下部通过B卡槽、B抗剪竹螺丝竹销连接；梁外涂防火无溶剂环保涂层；工作时，防火工字型高强竹集成材梁受到荷载作用，高强竹集成材上翼缘1首先受压，梁发生弯曲，继而高强竹集成材下翼缘受到拉伸作用；同时，连接翼缘与腹板的卡槽、抗剪竹螺丝竹销提供了足以满足抗拔与抗剪的承载力，通过高强竹集成材的上、下翼缘与高强竹集成材腹板的连接构成了具有承载能力与变形能力的梁。
2.根据权利要求1所述的防火工字型高强竹集成材梁，其特征是所述的A、B卡槽与A、B抗剪竹螺丝竹销是对应设置的，其中A卡槽设在高强竹集成材上翼缘的中间，B卡槽设在高强竹集成材下翼缘的中间，高强竹集成材上翼缘与高强竹集成材下翼缘的厚度采用定型尺寸，防火工字型高强竹集成材梁的高度可根据受力情况通过高强竹集成材腹板的高度调整。
3.如权利要求1的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是包括如下步骤：
（1）将各部件装配在一起；
（2）制作高强竹集成材翼缘；
（3）高强竹集成材腹板制作；
（4）抗剪竹螺丝竹销制作；
（5）腹板与翼缘的连接组合；
（6）外涂防火无溶剂环保涂层。
4.根据权利要求3所述的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是所述的步骤（1）装配各部件：将高强竹集成材上翼缘、高强竹集成材下翼缘和高强竹集成材腹板通过抗剪竹螺丝竹销装配在一起，同时外涂防火无溶剂环保涂层，提高结构构件耐火性能，防火工字型高强竹集成材梁的长度、宽度由设计要求确定，防火工字型高强竹集成材梁的高度根据受力情况通过腹板高度调整。
5.根据权利要求3所述的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是所述的步骤（2）制作高强竹集成材翼缘，其步骤包括如下：
1）采用高强竹集成材，其竹龄4年的原竹，截成2.55米的长度，以符合压机的长度；
2）剖成25mm宽度的竹片，剔除竹节、竹青、竹黄，加工成1mm厚度的竹篾，经干燥到含水率不超过12%；
3）选用酚醛树脂胶浸胶，沥胶后二次干燥到含水率为10%~12%；
4）组坯、热压，热压温度为130℃~140℃，压力不低于3MPa；
5）以每毫米2分钟的速度进行固化而制成高强竹集成材；
6）经过砂光平整、裁边、指接加工成规定尺寸的构件，翼缘的长度、宽度根据设计要求确定，厚度采用定型尺寸且不小于梁高度的1/10。
6.根据权利要求3所述的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是所述的步骤（3）高强竹集成材腹板：其制作步骤同高强竹集成材翼缘，腹板的长度、厚度根据设计要求确定，高度根据受力情况确定。
7.根据权利要求3所述的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是所述的步骤（2）、（3）中的高强竹集成材是指顺纹抗拉强度不低于100MPa，顺纹抗压强度不低于50MPa，顺纹弹性模量不低于11000MPa，顺纹抗剪强度不低于12MPa，含水率不大于12%。
8.根据权利要求3所述的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是所述的步骤（4）抗剪竹螺丝竹销，其制作步骤，包括：
1）采用低密度竹集成材制作带螺纹的竹螺丝竹销；
2）抗剪竹螺丝竹销5内直径d为10~15mm，螺纹外直径D为15~20mm，销钉间距不小于螺钉直径D的5倍，且不大于150mm；
所述低密度竹集成材是指顺纹抗拉强度不低于70MPa，顺纹抗压强度不低于40MPa，顺纹弹性模量不低于9000MPa，顺纹抗剪强度不低于10MPa，含水率不大于12%。
9.根据权利要求3所述的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是所述的步骤（5）腹板与翼缘的连接组合：工字型高强竹集成材梁中腹板与高强竹集成材上、下翼缘通过卡槽、抗剪竹螺丝竹销连接组合。
10.根据权利要求3所述的防火工字型高强竹集成材梁的制备方法，其特征是所述的步骤（6）外涂防火无溶剂环保涂层：防火无溶剂环保涂层的防火涂料的组分及重量百分比：磷丙烯酸树脂30%，氢氧化铝35%、硼10%酸，丁酮25%；
涂刷要求为：施工第一遍厚度为0.10-0.15mm，表层干后进行第二次施工，涂层厚度0.15-0.20mm，以后各遍施工，涂层厚度应控制在0.20mm-0.30mm，直至达到规定厚度，每次施工时间间隔18-24小时，施工环境温度为0-40℃，基材温度为5-45℃，空气相对湿度不大于90%，保持施工现场空气流通，风速不大于5m/s，室外作业或施工构件表面结露时不宜施工。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160629 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |