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建筑用竹篾层积材力学性能的影响因子研究

赵瑞龙  
【摘要】:竹篾层积材是采用由竹篾串接而成的竹帘通过顺纹组坯方式,在适当的热压工艺条件下压制而成的竹质复合材料,由于其结构特点,在顺纹方向具有良好的物理力学性能,已被用作建筑结构中的梁、柱、椽子等承重构件。本论文旨在通过对建筑用竹篾层积材力学性能的影响因子研究,揭示各因子对其性能的影响规律,为实际竹篾层积材的生产及应用提供理论依据和参考,从而促进我国竹/木结构建造领域和竹材加工利用领域的发展。 本论文研究了“热上-热下”工艺条件下,目标密度、热压温度和热压时间三个因子对竹篾层积材的力学性能的影响,包括静曲强度、弹性模量、24h吸水厚度膨胀率和抗弯强度,确定了其最佳工艺参数;探讨了竹篾浸胶量的多少对板材力学性能的影响规律;针对实际大尺寸竹篾层积材生产情况,考察了竹篾拼长时产生的缝隙对板材抗弯性能的影响。通过研究得出以下结论: (1)“热上-热下”工艺制备竹篾层积材,通过合理控制热压工艺和采用梯度降压的方法,能够制得性能优良的竹篾层积材,针对传统“热进-冷出”的制备工艺,大大缩短了其生产周期,试验中制备的18mm厚的竹篾层积材,生产周期从50min减少到27min,生产效率提高了近一倍。 (2)密度、热压温度和热压时间三因子正交试验结果表明:热压温度对竹篾层积材的24h吸水厚度膨胀率、弹性模量、静曲强度和水平剪切强度影响显著,随着热压温度的升高,静曲强度和水平剪切强度先升高后降低,弹性模量逐渐增大且增加趋势逐渐变缓,24h吸水厚度膨胀率逐渐降低;热压时间和密度对竹篾层积材的24h吸水厚度膨胀率有非常显著性影响,随着热压时间和密度的增加,24h吸水厚度膨胀率逐渐降低。本试验条件下,竹篾层积材制备的最佳工艺参数:密度1.0g/cm3,热压温度145-155℃,热压时间1.5min/mm。 (3)浸胶量单因子试验结果表明:浸胶量对竹篾层积材的静曲强度、2h水煮内结合强度和水平剪切强度有非常显著性影响,随着浸胶量的增加,静曲强度、2h水煮内结合强度和水平剪切强度都先增加后降低;浸胶量对竹篾层积材的24h吸水厚度膨胀率有显著性影响,随着浸胶量的增加,24h吸水厚度膨胀率总体上呈下降趋势;浸胶量对竹篾层积材的弹性模量无显著性影响;本试验条件下,确定竹篾最佳浸胶量为6%。 (4)缝隙对竹篾层积材的抗弯性能有显著影响,大大降低了其静曲强度和弹性模量值;单个缝隙分别在竹篾层积材上表层和下表层逐渐加深时,静曲强度下降程度明显大于弹性模量;单个缝隙在下表层的深度变化对板材抗弯性能的影响更加明显,静曲强度下降比例约是缝隙在上表层相同情况下的1.5倍。 (5)缝隙在厚度方向上由板材表层逐渐移向芯层时,相对缝隙在表层而言,其抗弯强度逐渐增强,说明表层竹篾是否完好对竹篾层积材抗弯性能影响明显。当生产需要对竹篾进行拼长处理时,最好将每层竹篾的接头位置交错拼接,尤其不宜使表层拼缝产生较大深度(小于板材总厚度的15%)。


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