竹材原态多方重组预应力结构材料的制造方法技术

本发明专利技术提供一种竹材原态多方重组预应力结构材料制造方法，其包括竹材原态多方重组预应力结构材料基材的制造和增强材料的加设。将竹材单元经药水蒸煮、干燥，再将竹单元外侧面加工成正多边形化的竹段，横截面方向上按边对边并列排放、纵向指接延长粘结组坯而成所述基材，再在该基材全部或部分竹材单元中穿设拉筋，并在基材两端设高强度挡板，用锚具或螺母将拉筋的两端拉紧固定在挡板上，使拉筋作为增强材料，制成预应力结构材料。本发明专利技术充分利用竹材原态的结构和物理特性以及拉筋的预应张力作用，可加工成高强度、大跨度、低耗能、绿色环保的结构材料，能有效缓解我国木材供需矛盾，且可部分替代混凝土以及钢质材料，具有广阔的开发应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于结构材料领域，涉及一种。
技术介绍
竹子具有生长迅速、轮伐期短的特点，竹材强度高、韧性好、硬度大、外密内疏，具 有良好的仿生学研究优势。我国竹子种类、竹林面积和蓄积量均居世界之冠，是世界上竹子 资源最丰富的国家之一。将空心竹材重组复合加工成复合材料，可以替代木材，充分利用 竹材原态的结构和物理特性以及拉筋材料的预应张力作用，可加工成高强度、大跨度、低耗 能、绿色环保、亲近感特性的结构材料，能有效缓解我国木材供需矛盾，且可部分替代混凝 土以及钢质材料，具有广阔的开发应用前景。现有竹材重组以及相关建筑材料技术主要有(1)竹方重组技术将空心竹材劈裂成弧形竹坯，再将竹坯加工成一定规格的竹 方条，把竹方条胶合到一起，组成竹板材或竹方材。该技术的缺点和不足是将弧形竹坯切 削成方条，导致大量原料的浪费，一般竹材利用率不足30%。(2)碎竹重组技术将整竹压碎后进行重组胶合到一起，形成竹板材或竹方材。该 技术的缺点和不足是1)天然竹材的纹理遭到不同程度破坏；2)竹板材或竹方材内部容易 形成微小空隙，影响断面质量。(3)小径竹重组技术将小径竹竹材揉磋成竹束，重组胶合到一起，形成竹板材或 竹方材。该技术的缺点和不足是破坏了天然竹材的宏观结构，失去了竹材的“原态”，表面 质量欠佳，无法替代较高档次实木。(4)弧形竹材原态重组技术由内弧半径与外弧半径相等、具有光滑的竹青面和 竹黄面的弧形竹板，以其弧形的相同朝向并列排放加压粘结而成。该技术的缺点和不足是 由于材料是由弧形竹片叠加而成，没有利用竹材内部中空和竹隔的天然结构，制造大型结 构材料很不经济。(5)碳纤维增强塑料/竹复合技术它是由高性能的碳纤维增强塑料与竹结构进 行复合，经过一定的加工工艺而制成的高强度复合材料。该技术的缺点和不足是1)不能 单独用作高强度、大跨度结构材料等建筑构件；2)制作技术要求高、生产成本较高；2)在复 合的过程中，破环了竹中空、竹节等特有生理结构，没有真正意义上保持竹原态。(6)拉筋预应力混凝土技术为了避免拉筋混凝土结构的裂缝过早出现，利用高 强度拉筋及高强度混凝土，在结构材料承受使用荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力， 使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控 制在较小范围，以推迟混凝土裂缝的出现和扩展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。该技术 主要不足1)制作技术要求高，施工周期长；2)耗能高，不利于环保，不可回收利用，属于非 绿色建筑材料。上述几种重组技术均没有充分体现竹材本身所具有的结构、物理等原态特性，不是单位质量内力学性能不高，就是不能实现高强度、长范围、大跨度重组的要求。而钢筋混 凝土建筑材料制作技术要求高、生产成本高及属非绿色材料，因此，上述各种材料都不能用 作绿色结构材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是改进现有技术的不足，提供一种可保持竹材天然结构，与拉筋材 料复合，加工强度高、跨度大且竹材利用率高的竹材原态多方重组预应力结构材料的制造 方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下工艺技术方案本专利技术提供的一种竹材原态多方重组预应力结构材料制造方法，包括竹材原态多 方重组预应力结构材料基材的制造和增强材料的加设，所述基材的制造是将若干保持原始 竹子基本形态的竹材单元通过横向和纵向的连接形成设定长度和横截面积的结构材料；所 述增强材料的加设是将与所述基材长度相当的拉筋纵向穿设在所述基材的至少一部分竹 材单元中，再将该拉筋的两端固定在基材的两端。所述竹材原态多方重组预应力结构材料基材是由若干横截面为正多边形或正多 边形化的竹材单元组成，该基材的加工方法是，在原始竹子的外表面上纵向加工出若干平 面，形成截面为正多边形或正多边形化的竹材单元，在两个竹材单元横向接触的外侧所述 平面上涂设粘结剂层，通过该粘结剂层使得若干该竹材单元外侧所述平面粘结固连在一 起，形成横向边对边排列结构，实现横向任意扩展；在所述两个竹材单元纵向连接端加工 出指形榫，在竹材单元的指形榫结合面上涂设粘结剂层，通过该粘结剂层使得若干该竹材 单元榫接固连在一起，实现纵向任意延长，由此，构成竹材原态多方重组预应力结构材料基 材，再在这样的基材的至少一部分竹材单元中穿设拉筋，使其作为竹材原态多方重组预应 力结构材料的增强材料。上述基材的两端设有用于固定拉筋的高强度挡板，所述拉筋两端 拉紧固定在该高强度挡板上。所述竹材原态多方重组预应力结构材料的主要加工工艺中所述竹材原态多方重 组预应力结构材料基材的制作步骤包括A.定竹段即从原始竹子截取设定长度的竹段；B.蒸煮对所述竹段进行蒸或煮的工序；对竹段的蒸煮目的1)通过蒸煮软化竹 材，减小竹材的内应力，防止其开裂，提高耐候性；2)可以溶解浸出一部分竹材中的淀粉、 糖分、蛋白质等物质，从而减少整竹生霉、生虫等缺陷；3)清除竹材细胞中多余的盐分、细 胞质等，并在细胞间隙、薄壁组织等添加填充物质，充实竹材，提高抗裂性和稳定性，利于结 构材料的长期使用。C.干燥将蒸煮后的竹段进行干燥，降低其含水量；竹段干燥的目的是为减少竹 段的内应力，防止在后序制造和产品使用过程中发生变形、破裂等缺陷。干燥后，竹段的终 含水率为5% 20%。D.铣切加工将干燥的竹段的侧面铣切，形成正多边形或正多边形化的竹材单 元，对竹段的用于纵向连接的端头铣切指接榫；E.组坯在竹材单元的侧面铣切面及端头指接榫表面涂设胶粘剂，将所述的竹材 单元在横向和纵向结合组坯，通过冷压或者热压将若干竹材单元粘接在一起形成所述基材；或者还包括在所述定竹段步骤和蒸煮步骤之间加设去竹青环节，即将竹段外表面上的竹青层 去除。实例中，采用专用的整竹去青机或者人工去青即可。在B步骤的蒸煮工序中，实例中，优选将竹段置于明矾等高分子化合物溶液中进 行蒸煮；或将竹段置于高温高压(温度100°C 200°C，压力0. IMPa 1.6MPa)的容器中， 进行明矾等高分子化合物溶液蒸煮。使用明矾溶液进行蒸煮时，明矾浓度为沸水饱和溶液。 具体方法可以是在水中加入明矾，加热溶液，最后形成沸水饱和明矾溶液。将竹段置入沸 水溶液中蒸煮约4-6小时，然后取出进行干燥。在C步骤的干燥工序实例中，可以将竹段置于木材蒸汽干燥窑中进行干燥。一般 进行低温干燥较佳，即干燥温度为30°C 50°C。根据需要可以省去。所述铣榫指接和铣正多边形化面加工工艺次序可以调换。所 述纵向和横向组坯工艺次序可以调换。组成所述基材的从原始竹子上切割为一定长度的竹段，各个竹段的平均胸径误差 在士 15mm之内，且每根竹段两端的直径差在士 IOmm之内；按照各竹段横截面大小分组，同 组中的竹段横截面基本相同，确保加工出来的正多边形化竹材单元的侧面在两端的宽度基 本相等，也可避免组合起来的竹材原态多方重组预应力结构材料在竹材单元较小的直径部 分出现纵向空隙。在竹材单元的外侧面上加工成若干纵向平面，即按标准正多边形模式加工成双端 皆为标准正多边形、或一端为标准正多边形另一端为竹材原有的部分圆弧和部分直线组成 的非标准正多边形、或双端为竹材原有的部分圆弧和部分加工直线组成的非标准正多边形 截面的竹段，称为“正多边形化”竹材单元。竹段外侧面铣削成正多边形化目的是为获得在 竹材单元横向扩展中需要的粘结平面，因保留本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种竹材原态多方重组预应力结构材料制造方法，包括竹材原态多方重组预应力结构材料基材的制造和增强材料的加设，所述基材的制造是将若干保持原始竹子基本形态的竹材单元通过横向和纵向的连接形成设定长度和横截面积的重组材料；所述增强材料的加设是将与所述基材长度相当的拉筋纵向穿设在所述基材的至少一部分竹材单元之中和／或之间，再将该拉筋的两端固定在基材的两端。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：傅万四，余颖，周建波，
申请(专利权)人：国家林业局北京林业机械研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]