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圆竹性能评价及其帚化加工技术的研究

张文福  
【摘要】:竹材是我国重要的森林资源,由竹节和节间部分组成的圆竹竹秆是竹材加工利用的主要部分。为了更科学合理地发挥竹材本身的优良特性,将竹材更安全的用于日常建筑中。本文以我国具有代表性的散生竹--毛竹和丛生竹--梁山慈竹为研究对象,对直接用于建筑中圆竹的力学性能进行了研究;而对不适于直接用于建筑中的圆竹,在保证具有较高利用率的情况下,采用先进的竹材重组技术,研发圆竹帚化加工设备,生产出性能优良的竹质工程材料,达到合理利用竹质资源的目的。 本研究结论如下: 1圆竹力学性能的研究 1)随竹秆高度的增加,圆竹的纵向抗压强度、纵向抗剪强度、横向抗弯强度、环刚度均呈增大趋势;圆竹径向双轴压缩破坏力值随高度增加而逐渐减小。4年生毛竹圆竹各项力学性能总体优于6年生毛竹圆竹。 2)以圆竹为测试单元和以竹片为测试单元毛竹的力学性能变异规律相似,两者均能反映在不同高度和不同竹龄上毛竹材力学性能变异规律。 3)6年生毛竹的纵向抗压强度小于5年生梁山慈竹,6年生毛竹的纵向抗压和纵向抗剪破坏载荷远远大于5年生梁山慈竹,且6年生毛竹的环刚度约为5年生梁山慈竹的3倍,其破坏载荷约为梁山慈竹的4.5倍,由此可见,毛竹更适合直接用作于建筑材料。 4)竹节对圆竹的纵向抗压性能和纵向抗剪性能的增强效果不明显,但带有竹节圆竹的环刚度是无竹节圆竹环刚度的2.30倍。加喉箍可以改善圆竹的力学性能,打孔整体上降低了圆竹的力学性能,两者均影响了圆竹的破坏方式。 5)不同尺寸的竹材拉伸试件,对其拉伸性能的测试结果没有显著影响,但随着有效拉伸部位尺寸的增大,其加工精度有所提高,拉伸试验的成功率降低。因此建议竹材拉伸性能的测试,试件尺寸为(280×10×t)mm,有效拉伸部位宽度在4-6mm之间。 6)不同处理条件圆竹的径向双轴压缩的力学性能从大到小依次是:超低温处理、低温处理、恒温恒湿处理、蒸煮处理、气干处理。 2圆竹帚化加工利用的研究 1)随着帚化次数的增加,竹束单板的拉伸性能呈先降低后增加再降低的趋势。利用不同帚化次数竹束单板压制成的竹束单板层积材的物理力学性能差异较大,其中帚化6遍的竹束单板,压制的板材综合性能最好。 2)随着铺装方向的增加,竹束单板层压板顺纹的各项力学性能呈下降趋势,采用多向铺装方式的板材的耐水性能低于板材单一铺装方向的性能,但可以提高板材的连接性能。 3)通过对热压工艺试验结果的极差分析确定的因素主次顺序为热压温度热压时间单位压力。热进热出工艺压制的板材综合性能略差于冷进冷出工艺制的的板材,但是其热压周期远远低于冷进冷出工艺。 4)随着密度的增加,竹束单板层积材的静曲强度、弯曲模量和水平剪切强度整体上均是呈增加的趋势;吸水厚度膨胀率呈先增大后减小的趋势。试验证明,加入一定比例的杨木单板,可以改善低密度竹束单板层积材的力学性能,且将竹束单板铺装在表层可以提高竹/木单板复合层积材的弯曲模量。 5)竹束单板层积材室外水平剪切强度低于室内水平剪切强度。经过湿循环处理,板材的力学性能有较小幅度的降低,经过水煮(浸)-冰冻-干燥处理板材的力学性能下降幅度较大。但经过不同处理后,本研究制得的竹束单板层积材仍然具有较好的力学性能。 综上所述,对圆竹的各项力学性能进行综合评价,可以为圆竹在建筑工程、材料优化、结构设计等方面的利用提供参考。将竹材帚化加工成竹束单板,不仅可以提高竹材利用率,还可以压制出达到结构用单板层积材弹性模量和静曲强度指标中的180E级和水平剪切强度指标中的65V-55H级的层积材。竹材单元形态、板材的组坯结构、热压工艺和板材密度与竹束单板层积材的物理力学性能密切相关,了解各种相关因素对板材性能的影响,对进一步改善竹束单板层积材性能和优化结构具有指导意义。


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