專利名稱：適用建筑、橋梁工程結(jié)構(gòu)的高強竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種適用建筑、橋梁工程結(jié)構(gòu)的高強竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法， 屬于建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國每年開工建設(shè)的房屋總建筑面積為近20億m2，消耗水泥近14億噸、鋼材近6 億噸。大規(guī)模的建設(shè)消耗了大量的資源和能源，給環(huán)境、生態(tài)造成的破壞是不可估量的。因此，利用可再生的綠色建筑材料代替高污染、高能耗、不可再生的礦物質(zhì)建筑材料，是當(dāng)今世界亟待解決的重要課題。竹材是一種可再生、可降解的天然生物質(zhì)材料，一般3-5年就可以成材，其比強度、比剛度均高于鋼材，而生產(chǎn)Im3竹材所消耗的能量僅為生產(chǎn)Im3鋼材的0. 1%。因此，竹材是一種理想的綠色高強材料，作為建筑結(jié)構(gòu)材料有著其他材料不可替代的優(yōu)勢。以竹材作為建筑結(jié)構(gòu)材料，避免或減少使用粘土磚、水泥混凝土等高污染、高能耗的不可再生礦物質(zhì)建筑材料，符合《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要O006-2020年)》中確定的綠色建筑和農(nóng)林生物質(zhì)資源綜合利用等重點領(lǐng)域及優(yōu)先主題，符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。傳統(tǒng)的竹建筑主要以原竹材料作為基本構(gòu)件，將其捆綁成桿系結(jié)構(gòu)體系以抵御外部作用。由于原竹材料壁薄中空、直徑較小、尖削度大、結(jié)構(gòu)不均勻，其幾何尺寸、力學(xué)性能有很大的變異性，故原竹構(gòu)件不能滿足現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)對材料的物理力學(xué)性能及構(gòu)件尺寸的要求。已有將竹材經(jīng)工業(yè)化過程加工成一定規(guī)格的竹材集成材與重組材的報道，這類竹制品已廣泛應(yīng)用于家具、地板、建筑模板、包裝等領(lǐng)域，也有將這類材料用于建筑結(jié)構(gòu)的報道。 但由于這種材料在加工過程中，沒有對材料組分、層鋪幾何、界面性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計與控制，導(dǎo)致材料的力學(xué)性質(zhì)有很大的隨機性與離散性，因而不能滿足現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)對材料物理力學(xué)性能的要求。故根據(jù)現(xiàn)代過程結(jié)構(gòu)的對材料需求，制備滿足目標(biāo)力學(xué)性能的高強竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，是竹結(jié)構(gòu)獲得普遍應(yīng)用的前提。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是一種適用建筑、橋梁工程結(jié)構(gòu)的高強竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法， 根據(jù)工程結(jié)構(gòu)對材料物理力學(xué)性能的目標(biāo)需求，首先依據(jù)原竹材的微觀結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行分級，通過材料的組份與層鋪幾何設(shè)計、組份界面性質(zhì)控制等技術(shù)，獲得滿足目標(biāo)物理力學(xué)性能、具有一定規(guī)格與預(yù)期目標(biāo)性能的高強竹質(zhì)工程材料。本發(fā)明的技術(shù)解決方案，適用建筑、橋梁工程結(jié)構(gòu)的高強竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟—、將砍伐的成年竹材通過機械去青、去黃，經(jīng)蒸汽烘箱恒溫干燥處理，使其含水率在10%左右；二、隨機在每一批原料堆里抽取不少于3%，總數(shù)不少于60根的竹材制作試塊 15mmX 15mmX 4mm，將試塊放入裝有適量水的燒杯中，置于DK-SM型電熱恒溫水浴鍋中，以100°c的溫度連續(xù)蒸煮M小時進(jìn)行軟化處理，然后晾干，用滑步式切片機進(jìn)行制作切片，采用電子顯微鏡拍攝試塊顯微圖像，通過圖像處理技術(shù)進(jìn)行細(xì)觀構(gòu)造研究，得到原竹材維管束體積比rf與空間分布；三、按照維管束的空間分布，根據(jù)《建筑用竹材物理力學(xué)性能試驗方法》(JG/ T199-2007)的相關(guān)規(guī)定，制作總數(shù)不少于60個的竹材標(biāo)準(zhǔn)試件，測定其宏觀力學(xué)性能，建立原竹材縱向彈性模量、縱向抗拉強度與/之間的定量關(guān)系；大量的試驗證明，原竹材的縱向彈模、縱向抗拉強度與其維管束體積比之間的關(guān)系可表達(dá)為E11 = arf+b(1)ft = crf+d(2)式中，E11為原竹材宏觀縱向彈模。ft為原竹材的宏觀縱向抗拉強度，a、b、c、d分布為由試驗確定的參數(shù)，同時，竹材的泊松比可又下式確定
權(quán)利要求
1.適用建筑、橋梁工程結(jié)構(gòu)的高強竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征是該方法包括如下工藝步驟一、將砍伐的成年竹材通過機械去青、去黃，經(jīng)蒸汽烘箱恒溫干燥處理，使其含水率在 10%左右；二、隨機在每一批原料堆里抽取不少于3%，總數(shù)不少于60根的竹材制作試塊 15mmX 15mmX 4mm，將試塊放入裝有適量水的燒杯中，置于DK-SM型電熱恒溫水浴鍋中，以 100°C的溫度連續(xù)蒸煮M小時進(jìn)行軟化處理，然后晾干，用滑步式切片機進(jìn)行制作切片，采用電子顯微鏡拍攝試塊顯微圖像，通過圖像處理技術(shù)進(jìn)行細(xì)觀構(gòu)造研究，得到原竹材維管束體積比rf與空間分布；三、按照維管束的空間分布，根據(jù)《建筑用竹材物理力學(xué)性能試驗方法》(JG/ T199-2007)的相關(guān)規(guī)定，制作總數(shù)不少于60個的竹材標(biāo)準(zhǔn)試件，測定其宏觀力學(xué)性能，建立原竹材縱向彈性模量、縱向抗拉強度與/之間的定量關(guān)系；大量的試驗證明，原竹材的縱向彈模、縱向抗拉強度與其維管束體積比之間的關(guān)系可表達(dá)為E11 = arf+b(1)ft = crf+d(2)式中，E11為原竹材宏觀縱向彈模，ft為原竹材的宏觀縱向抗拉強度，a、b、c、d分布為由試驗確定的參數(shù)。同時，竹材的泊松比可又下式確定v = -^(3)^ll式中，ν為泊松比，Sn、ε 12分別為竹材的縱向、橫向應(yīng)變，由試驗測定；四、應(yīng)用復(fù)合材料混合定律，建立原竹材細(xì)觀力學(xué)模型，即將竹材中由厚壁細(xì)胞構(gòu)成的維管束視為增強體，薄壁細(xì)胞構(gòu)成的其他組織視為基體，從而得到其縱向彈性模量、縱向抗拉強度與維管束體積比之間的關(guān)系為En={E(x-E:y + E-(4)ft = (ff-fffl)rf+fffl(5)式中Ε{λ、Α"；分別為維管束和基體的彈性模量ff、fffl分別為維管束和基體的抗拉強度。五、由式(1)J2)J4)、和(5)，確定對、印、ff、fj々具體數(shù)值；維管束與基體其他方向的力學(xué)參數(shù)、竹材其他宏觀力學(xué)參數(shù)可按表1所給的關(guān)系確定，表1各力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系已知參數(shù)拉梅常數(shù)楊氏模量剪切模量泊松比
全文摘要
本發(fā)明是適用建筑、橋梁工程結(jié)構(gòu)的高強竹質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括如下工藝步驟一、將砍伐的成年竹材預(yù)處理；二、圖像處理；三、制作竹材標(biāo)準(zhǔn)試件；四、應(yīng)用復(fù)合材料混合定律，建立原竹材細(xì)觀力學(xué)模型；五、確定ft、fm的具體數(shù)值；六、依據(jù)維管束體積比對竹材進(jìn)行分級；七、設(shè)計材料組份與層鋪幾何；八、確定浸膠方式與材料成型壓力；九、組坯、浸膠、熱壓成型；十、產(chǎn)品檢驗十一、確定高強竹質(zhì)工程材料型材參數(shù)測定方法。本發(fā)明的優(yōu)點可達(dá)到竹質(zhì)工程材料生產(chǎn)的可控性、可設(shè)計性；能生產(chǎn)出滿足建筑結(jié)構(gòu)目標(biāo)力學(xué)性能的具有一定規(guī)格的高強竹質(zhì)工程結(jié)構(gòu)材料；發(fā)展綠色、可再生建筑工程材料，緩減環(huán)境、資源壓力。
文檔編號G01N3/32GK102490231SQ20111041087
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者周愛萍, 張齊生, 李海濤, 蘇毅, 黃東升 申請人:南京林業(yè)大學(xué)