CN202781367U

CN202781367U - 竹层积板仿竹结构集成轻型材

Info

Publication number: CN202781367U
Application number: CN 201220068653
Authority: CN
Inventors: 丁定安; 孙晓东; 何合高
Original assignee: Hunan Academy of Forestry
Current assignee: Hunan Feng Hezhumu Science and Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-02-28

Abstract

本实用新型属于建筑材料，一种竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：它包括由竹层积板组成的仿竹结构的横向箱体结构轻型材和立柱空心结构轻型材。本实用新型的仿竹结构集成轻型材，既能减轻结构型材重量，又能减少竹材用量，降低生产成本，发挥了竹材顺纹抗拉抗压强度高的优良力学性能，用作建筑结构中的梁、柱或墙体，其承载能力和刚度得到大幅度的提高，为竹材在建筑结构中的应用提供了新的途径。

Description

竹层积板仿竹结构集成轻型材

技术领域

本实用新型属于建筑材料技术领域，具体涉及一种竹层积板仿竹结构集成轻型材及其制备方法。

背景技术

竹材具有相当好的力学性能，就强度和成本而言，竹子被认为是自然界中效能最高的材料。竹材的抗拉强度约为木材的2倍，抗压强度为木材的1.5倍，竹材的比强度高于木材和普通钢材，因此，竹材具备作为建筑结构型材的良好条件。若将其开发出合理的结构型材，就能够拓宽竹材的用途，为利用竹资源开拓一种有效途径。到目前为止，竹材还基本停留在室内家装和建筑模板的应用上，尚未被用作建筑结构型材，竹材的抗拉、抗压力学性能没有得到充分的发挥，而竹材自身优良的力学性能非常适合开发建筑结构中的梁板、柱、墙体等结构型材和单向受力结构件。

竹子虽然是自然界里存在的一种典型的、具有良好的力学性能的生物体，它强度高、弹性好、性能稳定，而且密度小。结构决定力学性能，竹子生物体结构要承受自身的质量及生长环境的载荷，漫长的进化过程使其结构具有优良的力学性能。然而，竹子是小直径的空心圆柱体，从形状到性能均不能满足现代建筑工程结构的建造要求。欲将其作为建筑结构型材使用，必须对原竹进行改形改性，制作出能够适用现代建筑工程结构建造技术的板材和型材。目前，重组竹材、层积竹材在压机容量满足要求情况下，可获得较厚尺寸的板坯，然后再裁成不同尺寸的梁、柱等方材，这种竹材人造板压制是需要很高压力才能获得足够的强度，故产品密度较大，原材料消耗较多，生产成本高，采用实心截面的梁、板、柱等建筑构件跨越较大，跨度和高度不经济。而且，它们在制造过程中，竹材的纤维生物刨铣较多，竹材的内组织结构遭到了破坏，其强度得不到充分发挥。建筑结构件的轻量化设计在实际工程应用中的需求日益增加，竹子的结构是自然界中存在的比较典型的轻量化结构，给予了我们设计竹质建筑结构轻型材有益的启发。同时，由于当前我国对木结构型材的需求日益增大，而木材资源相对缺乏，木材供应需求矛盾日趋紧张的形势下，加快发展竹质建筑结构轻型材，将具有重要的现实意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种从原竹的轻量化结构得到启发，能充分利用原竹材的抗压、抗拉力学性能，既能获得足够强度，又能减轻重量、减少原材料消耗、符合现代建筑工程结构建造技术的竹层积板仿竹结构集成轻型材。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的：该竹层积板仿竹结构集成轻型材，它包括由竹层积板通过组坯、成型热压而制成的仿竹结构的横向箱体结构轻型材和立柱空心结构轻型材。

具体地说，所述横向箱体结构轻型材包括两块侧立放置且其间有一定间距的竹层积板，并在两块竹层积板相对的内侧面之间沿横向均匀设置有若干联接节，在两块竹层积板的两端面设置有联接板。

上述横向箱体结构轻型材中，竹层积板与联接节和联接板之间采用热固形树脂粘接和采用预制的竹钉定位。两块竹层积板内侧面的间距范围是60～100mm，每两块联接节的间距范围是300～400mm，联接节的厚度为20～30mm。

所述立柱空心结构轻型材包括四块竖直放置围成方形空心立柱形状的竹层积板，并在空心立柱中沿竖直方向均匀设置有若干联接节，在空心立柱两端面设置有联接板。

上述立柱空心结构轻型材中，四块竹层积板的各连接侧面之间、联接节和联接板与四块竹层积板之间采用热固形树脂粘接和采用预制的竹钉定位。每两块联接节之间的间距范围是400mm，联接节的厚度范围是30～35mm。

更具体地说，所述竹层积板是由毛竹通过剖解、展开铣刨而制成的竹块单元再通过顺纹铺装组坯、成型热压而成的板状构件；它包括：由竹块单元的各侧边相互接触横向排列，各竹块单元的竹青面同时为上表面或同时为下表面而形成的表层单层板；或者，由竹块单元的各侧边相互接触横向排列，各相邻竹块单元的竹青面和竹黄面交错地为上表面而形成的芯层单层板；或者，由两块所述表层单层板的竹黄面与竹黄面相接触或竹青面与竹青面相接触而形成的双层板，以及依此类推，双层板与双层板之间竹青面与竹青面相接触或竹黄面与竹黄面相接触而形成的偶数层多层板。

本实用新型的仿竹结构集成轻型材，首先采用原态竹材剖解展平刨铣工艺，制造出具有原竹材抗拉抗压力学性能的竹层积板材，最大限度地保留竹材实体物竹纤维，竹材利用率达到80％，比老工艺提高了30％，并且保持和增加了竹材抗拉抗压的力学性能。再仿形于竹结构，用较薄的竹层积板材集成建筑结构轻型材，既能减轻结构型材重量，又能减少竹材用量，降低生产成本，发挥了竹材顺纹抗拉抗压强度高的优良力学性能，达到型材轻量化的结构。由于本实用新型的仿竹结构集成轻型材，仿形于毛竹的空心结构，并且其中设置了类似竹节的联接节，这种类似竹节的联接节可看作是密布的加强筋，使本实用新型的集成轻型材的横向承载能力提高3倍，因此，提高了结构的刚度与稳定性。经检验，本实用新型的仿竹结构集成轻型材的各项技术指标达到：密度量≥75g/cm³，横向静曲强度≥65Mpa，纵向弹性模量≥5800Mpa，顺纹抗拉强度＞130Mpa，横纹抗压强度＞20Mp，顺纹抗压强度＞60Mpa，粘接强度≥1.0Mpa，握钉力≥1200N。因此，本实用新型的仿竹结构集成轻型材用作建筑结构中的梁、柱或墙体，其承载能力和刚度得到大幅度的提高，为竹材在建筑结构中的应用提供了新的途径。

附图说明

图1是本实用新型实施例的横向箱体结构轻型材的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的立柱空心结构轻型材的结构示意图。

图3是本实用新型实施例的表层单层板的结构示意图。

图4是本实用新型实施例的芯层单层板的结构示意图。

图5是本实用新型实施例的双层板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

参见图1，是本实用新型仿竹结构集成轻型材中的横向箱体结构轻型材的结构示意图，由图可见，横向箱体结构轻型材包括两块侧立放置且其间距范围是60～100mm的竹层积板1，并在两块竹层积板1相对的内侧面之间沿横向每隔300～400mm设置联接节2，联接节2的厚度为20～30mm；在两块竹层积板1的两端面设置有联接板3。竹层积板1与联接节3和联接板3之间采用热固形树脂粘接和采用预制的竹钉定位。

参见图2，是本实用新型仿竹结构集成轻型材中的立柱空心结构轻型材的结构示意图，由图可见，立柱空心结构轻型材包括四块竖直放置围成方形空心立柱形状的竹层积板4，并在空心立柱中沿竖直方向每隔400mm设置联接节5，联接节5的厚度为30～35mm。在空心立柱两端面设置有联接板6。四块竹层积板4的侧面与面边联接之间、联接节5和联接板6与四块竹层积板4之间采用热固形树脂粘接和采用预制的竹钉定位。

上述横向箱体结构轻型材和立柱空心结构轻型材是由竹层积板通过组坯、成型热压而制成的仿竹结构的型材，竹层积板是由毛竹通过剖解、展开铣刨而制成的竹块单元再通过顺纹铺装组坯、成型热压而成的板状构件。它包括表层单层板、芯层单层板和偶数层多层板。参见图3，是表层单层板的结构示意图，它由竹块单元7的各侧边相互接触横向排列，各竹块单元7的竹青面8同时为上表面而形成的。参见图4，是芯层单层板的结构示意图，它由竹块单元7的各侧边相互接触横向排列，各相邻竹块单元7的竹青面8和竹黄面9交错地为上表面而形成的。参见图5，是双层板的结构示意图，它由两块上述表层单层板的竹黄面9与竹黄面9相接触而形成的，也可由两块表层单层板的竹青面与竹青面相接触而形成。依此类推，双层板与双层板之间竹青面与竹青面相接触或竹黄面与竹黄面相接触而形成的偶数层多层板，如四层板、六层板等。

下面是本实用新型的仿竹结构集成轻型材的制造工艺过程：

整个生产工艺流程是：毛竹截筒→按厚度分筒→剖解竹块→展开铣刨→分类捆扎→软塑化热处理→堆码干燥→浸胶→再干燥→组坯→热压板材→按规制板→仿生结构组坯→集成型材→锯割→检验→包装。

(1)竹块的展开铣刨工艺：

竹块的展开铣刨工艺的目标是：将弧形竹块经过辊剖展开铣刨机加工成平面形等厚等宽的竹块。竹青面层只铣削外竹节。弧形竹块的获取是：毛竹截锯成定长竹筒，将定长竹筒按厚度分级，经剖裂撞机将竹筒剖分成一定宽的弧形竹块。然后进入竹材展开铣刨机。竹材的厚度不同，经过调整可加工成不同厚度的竹块。

(2)竹块的软塑化热处理：

自然竹材中存在着生虫、发霉物质和弹性模量大的特征，对竹材的使用和加工存在一些不利因素和难度，因此，要通过高温高压方法对竹材进行处理，将竹材中的虫子和发霉物质处理掉，使竹材的弹性模量降低，可塑性比例增大。软塑化热处理的工艺要求是：竹材在密封釜中，压力为0.25Mpa，温度135℃，保温30-50min，依据竹材厚度调整保温时间。

(3)竹块的干燥：

竹块干燥是由回风通道型干燥窑完成。将竹块四板一扎，按规定堆码到干燥窑的烘干架上，推入窑内进行干燥，一般情况是一端进料，一端出料。竹块干燥后的含水率在10％以下，干燥时竹块最好是压制型进行，防止竹块干燥弯曲过大。

(4)竹块浸胶：

竹块浸胶，均须达到规定的上胶量。胶粘剂采用间苯二酚改性酚醛树脂胶，掺入占其质量3～5％的偶联剂KH-602，以改善竹青层面的润湿性及胶合强度。胶粘剂的固含量为30％。竹块浸胶后陈化或低温干燥至不粘手，含水率≤12％才能组坯。

(5)竹层积板组坯：

竹层积板热压前要进行组坯，一般采用手工顺纹组坯。组坯包括如下几种形式。

第一，组表层单层板时，竹青面一边，竹黄面一边，竹块边相互接触，如图3所示；组芯层单层板时，一块竹青面与一块竹黄面交替横向排列，使芯层板中的竹青竹黄两个面上对称而均匀分布，如图4所示。

第二，组多层板时，也应按对称均匀布置原则作业。纵向排列偶数层次组坯，铺装时必须竹青对竹青，竹黄对竹黄，如图5所示，这样解决了竹层积板的变形问题。

另外，按竹块的强度进行适当分选，强度高的竹块铺装时放在表层，强度差的放在芯层。这样保证了竹层积板的整体强度。

以上组坯时均是纵顺纹铺装，竹块沿纵向顺纹接长，接长时接头要依次按照一定间隔要求错开，错开的间距＞300mm。

(6)热压板材工艺：

将上一步组坯后所得的竹层积板热压，热压温度为130～140℃，热压作业程序分以下三个阶段：

第一阶段：加热预压排气阶段：时间为1-2min，压力：正压力：3.0-4.0Mpa；侧压力：4.0-5.0Mpa。

第二阶段：压实阶段：时间为0.8-1min/mm，压力：正压力：4.0-5.0Mpa；侧压力：5.0-6.0Mpa。

第三阶段：降压排气阶段：时间为2-3min，压力：正压力：1.5-2.0Mpa；侧压力：1.0-1.5Mpa。

(7)按规制板材：

由于竹块采用浸胶方式上胶，热压粘制成的竹层积板，其表面覆有一层固化胶膜，影响下一步成型，必须对其表面进行刨削加工。刨削粘接面上的胶膜以及制成下一步加工所需的规定尺寸板材。也可采用砂削方法砂掉胶膜，效果更好。

(8)仿竹结构组坯：

竹层积板具有原生态竹材的力学特性，为了更好的发挥和应用其力学特性，在组合结构材时，仿毛竹的原生态结构型进行组坯，制成结构轻型材，达到结构轻型材受力大，抗压抗拉强度高，抗震性能好，减轻重量，节省材料的目标。

其具体的组坯原则是：横向箱体结构轻型材组坯时，竹层积板侧竖两块对称配合，两板离开60-100mm间距，在两板中间每300-400mm间距，设置一个20-30mm厚的联接节，两端面设有联接板。这样两块侧竖板由这些联接节组合为一个整体结构轻型材。在联接节和联接板与侧竖板材接触的部位涂上热固形树脂胶和预制的竹钉定位。如图1所示。

立柱空心结构轻型材组坯时，用四块竹层积板侧面与面边相互接触组合成空心立柱体，在中芯间，每400mm间距设制一个30-35mm厚的联接节，两端面设有封端联接板，锁住四板的端头。联接节和联接板与板材接触的部位涂上热固形树脂胶和预制的竹钉定位。如图2所示。

上述联接节和联接板是采用竹层积板制成的板状构件，也可采用木材或其它材料制成。

(9)成型：

将组合好的仿竹竹结构轻型材进行热压定型加工。定型热压采用较低压力，一般压力为2.0Mpa左右，可保证粘接强度，热压温度105℃，时间0.8min/mm板坯厚。另外，还可以用冷压胶，采用冷压方法成型结构材。

(10)后续加工：

对定型后的仿竹结构集成轻型材的表面进行砂削、修边、油漆封面防护等加工，最后检验入库。

Claims

1.一种竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：它包括由竹层积板组成的仿竹结构的横向箱体结构轻型材和立柱空心结构轻型材。

2.根据权利要求1所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述横向箱体结构轻型材包括两块侧立放置且其间有一定间距的竹层积板，并在两块竹层积板相对的内侧面之间沿横向均匀设置有若干联接节，在两块竹层积板的两端面设置有联接板。

3.根据权利要求2所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述竹层积板与联接节和联接板之间采用热固形树脂粘接和采用预制的竹钉定位。

4.根据权利要求3所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述两块竹层积板内侧面的间距范围是60～100mm，每两块联接节的间距范围是300～400mm，联接节的厚度为20～30mm。

5.根据权利要求1所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述立柱空心结构轻型材包括四块竖直放置围成方形空心立柱形状的竹层积板，并在空心立柱中沿竖直方向均匀设置有若干联接节，在空心立柱两端面设置有联接板。

6.根据权利要求5所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述四块竹层积板的各连接侧面之间、联接节和联接板与四块竹层积板之间采用热固形树脂粘接和采用预制的竹钉定位。

7.根据权利要求6所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述每两块联接节之间的间距范围是400mm，联接节的厚度范围是30～35mm。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述竹层积板是由竹块单元组成的板状构件，由竹块单元的各侧边相互接触横向排列，各竹块单元的竹青面同时为上表面或同时为下表面而形成的表层单层板。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述竹层积板是由竹块单元组成的板状构件，由竹块单元的各侧边相互接触横向排列，各相邻竹块单元的竹青面和竹黄面交错地为上表面而形成的芯层单层板。

10.根据权利要求8所述的竹层积板仿竹结构集成轻型材，其特征在于：所述竹层积板是由两块表层单层板的竹黄面与竹黄面相接触或竹青面与竹青面相接触而形成的双层板，以及，双层板与双层板之间竹青面与竹青面相接触或竹黄面与竹黄面相接触而形成的偶数层多层板。