低碳環(huán)境下重組竹的應(yīng)用研究

俞君寶，呼夢(mèng)潔，張?zhí)K俊(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127)

低碳環(huán)境下重組竹的應(yīng)用研究

俞君寶，呼夢(mèng)潔，張?zhí)K俊
(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127)

文章通過(guò)分析重組竹的加工工藝及性能，闡述重組竹在室內(nèi)外家具、景觀設(shè)計(jì)和建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，論證面對(duì)生態(tài)環(huán)境的日益惡化，重組竹作為低碳環(huán)保的建筑材料逐漸替代耗能高的傳統(tǒng)材料的發(fā)展趨勢(shì)。

重組竹；綠色建筑；戶(hù)外家具；結(jié)構(gòu)用材

隨著全球氣候不斷變暖的嚴(yán)重趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，低碳環(huán)境成為人類(lèi)追求的共同目標(biāo)，需我們不斷開(kāi)拓綠色節(jié)能新途徑。作為四大基礎(chǔ)材料的木材，環(huán)保低碳，為宜居環(huán)境的首選建筑材料，而木材供應(yīng)緊張，需運(yùn)用價(jià)值工程探索出替代品。竹材生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)量及利用率高，具有較高的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[1-3]，竹材較木材強(qiáng)度高、韌性好、硬度大，但原材中空裂縫極易沿著莖干方向出現(xiàn)，借鑒澳大利亞重組木的制造工藝與原理，結(jié)合我國(guó)豐富的竹材資源，許多科研單位研制出重組竹這種新型材料為木材的替代品。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工程中，實(shí)現(xiàn)“以竹代木”甚至“以竹勝木”的可能。

1 重組竹的制造與性能

目前，重組竹加工技術(shù)多采用碎竹重組技術(shù)、小徑級(jí)竹材重組技術(shù)、碳纖維增強(qiáng)塑料/竹復(fù)合重組技術(shù)、OSB(定向刨花板)/竹復(fù)合重組技術(shù)和竹材原態(tài)多方重組材料制造技術(shù)，這些重組竹制造技術(shù)均的工藝流程(圖1)。其中，重組竹加工生產(chǎn)工藝主要有冷壓工藝和熱壓工藝。冷壓和熱壓法工藝均有利弊：冷壓法工藝熱固化階段隨著溫度的上升模具會(huì)產(chǎn)生熱膨脹現(xiàn)象，致使模內(nèi)材料的邊緣密度不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但冷壓工藝生產(chǎn)的重組竹板面質(zhì)量好，可刨可鋸，適合制造成地板、家具及梁柱等；熱壓工藝可在相對(duì)短時(shí)間內(nèi)，對(duì)其施加數(shù)千噸壓力下快速完成熱壓固化，成型后材質(zhì)均勻，適合制作常規(guī)尺寸的重組竹人造地板，但熱壓法工藝制作的重組竹材料密度較大，材板面沒(méi)有冷壓法的質(zhì)量好。

圖1 重組竹材料的生產(chǎn)工藝流程

制備重組竹的原料可以利用各種竹材，根據(jù)各種竹材組成及外觀顏色不同，可以制備本色、碳化色和斑馬紋重組竹，而且重組竹觸感與木材相近具有天然的木質(zhì)感。重組竹加工便捷，可根據(jù)使用者的需要利用木材加工設(shè)備和方法對(duì)重組竹進(jìn)行隨意加工，同時(shí)，不同結(jié)構(gòu)和制作工藝可以調(diào)節(jié)重組竹的物理力學(xué)性能。重組竹多以小徑竹、劣質(zhì)材和竹下腳料為原料，利用率高達(dá)90 %以上，生產(chǎn)成本低，且開(kāi)發(fā)利用竹材資源極大地減少了森林采伐，有利于自然資源的保護(hù)和生態(tài)平衡。

根據(jù)浙江林學(xué)院的研究結(jié)果，重組竹板材密度為1.0～1.1 g/cm3時(shí)，平均靜曲強(qiáng)度達(dá)到120 MPa，彈性模量達(dá)到16 GPa，強(qiáng)度完全可以達(dá)到結(jié)構(gòu)材的要求[4]，可以成為一種很好的工程結(jié)構(gòu)用材。隨著重組竹制作工藝的不斷成熟，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于家裝和建筑結(jié)構(gòu)材，并取得較好的成效。

2 重組竹室內(nèi)家居領(lǐng)域的應(yīng)用

我國(guó)中式家具追求典雅、端莊、精致、和諧的傳統(tǒng)文化氣息，多采用紅木等硬木材質(zhì)打造，但這些優(yōu)質(zhì)木材資源緊缺、價(jià)格高昂、生產(chǎn)加工受限。重組竹的出現(xiàn)，滿(mǎn)足中式家具對(duì)這些珍貴木材密度和強(qiáng)度等物理性能方面的要求，甚至更優(yōu)。研究表明[5-6]，重組竹打造的新中式家具設(shè)計(jì)新穎、品類(lèi)繁多，兼具時(shí)尚與傳統(tǒng)、自然和諧、加工工藝簡(jiǎn)單、有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

“寧可食無(wú)肉，不可居無(wú)竹”把中國(guó)人與竹子的密切關(guān)系更加形象化，人們的衣食住行均與竹子息息相關(guān)，竹編、竹刻字畫(huà)等裝飾品歷史悠久、技藝精湛，為中華竹文化史上一顆璀璨的奇葩。重組竹家具的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)為現(xiàn)代化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)竹文化的一種傳承(圖2)。重組竹家具在制作過(guò)程中加工設(shè)備和工藝均參照現(xiàn)代實(shí)木家具，多數(shù)廠家正在小批量的生產(chǎn)對(duì)加工制作工藝進(jìn)行嘗試，初定重組竹家具的加工工藝流程：重組竹→開(kāi)料→毛料刨光、精截→膠制空心板→加工凈料→精細(xì)砂光→裝配部件→修整與加工部件→涂飾→質(zhì)量檢驗(yàn)→總裝配包裝。

圖2 重組竹家具

綠色環(huán)保的重組竹地板日益得到國(guó)內(nèi)消費(fèi)者的認(rèn)可。重組竹地板的制作原料均采用竹齡在5 a以上的毛竹，經(jīng)過(guò)18道生產(chǎn)工序和2 600 t重壓壓制成型，內(nèi)部密實(shí)，產(chǎn)品密度為普通木材的兩倍，故穩(wěn)定性較高。重組竹地板加工過(guò)程中采用E0級(jí)環(huán)保膠和綠色UV漆，并保留了竹材自有的清新淡雅氣息，滿(mǎn)足“低碳族”對(duì)生產(chǎn)的每一道工序高標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保要求。

3 重組竹戶(hù)外家具領(lǐng)域的應(yīng)用

重組竹的物理力學(xué)性能和戶(hù)外耐久性能優(yōu)良，外觀色澤美觀具有天然竹材紋理，觸感自然舒適，廣泛應(yīng)用于重組竹戶(hù)外家具，其將人、家具、環(huán)境三者銜接的更加和諧。但在造型設(shè)計(jì)上，重組竹無(wú)法像金屬一樣塑造豐富的造型，更無(wú)法像石材一樣耐久、堅(jiān)硬。有學(xué)者提出采用組合的方式將金屬、石材等材料的優(yōu)勢(shì)與重組竹結(jié)合應(yīng)用，來(lái)彌補(bǔ)重組竹的不足。英國(guó)Studio Weave事務(wù)所設(shè)計(jì)的The longest bench，利用木材和不銹鋼各自?xún)?yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)制作，如同隨意卷曲的線條，與周?chē)h(huán)境很貼切。

重組竹戶(hù)外家具在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，利用單元體組合后整體的特點(diǎn)，重復(fù)使用，形成節(jié)奏統(tǒng)一的一種形式美感。重組竹室外直線形坐凳，通過(guò)直線形排列帶給人放松、寧?kù)o、愜意的感覺(jué)；重組竹室外折線形坐凳，利用花壇轉(zhuǎn)角特征，與環(huán)境融為整體并節(jié)省了空間；重組竹弧形花壇坐凳，迎合花壇的曲線形狀，達(dá)到柔和、變動(dòng)、輕巧的美感享受。汴河街特色商業(yè)區(qū)的拱形門(mén)，外部石材，內(nèi)部重組竹板環(huán)形組合形成，此門(mén)既是風(fēng)景，亦可透過(guò)門(mén)看遠(yuǎn)處的風(fēng)景[7]。

4 重組竹在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用

綠色建筑的出現(xiàn)，在為人們提供舒適、實(shí)用及高效的使用空間基礎(chǔ)上，能最大限度的節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。位于安吉縣遞鋪鎮(zhèn)竹園區(qū)的科技竹樓，建筑面積為278 m2，從地板家具至屋頂瓦片均采用重組竹材料，為綠色建筑的典型代表。

湖北省咸寧市的二層竹子博物館，建筑面積1 361.52 m2，框架結(jié)構(gòu)體系，梁柱均采用重組竹，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)參照GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行抗震參數(shù)的選取，考慮材料安全性，在重組竹主受力構(gòu)件制作時(shí)，加入一些碳纖維(圖3)。該工程施工完至今有5 a，仍能滿(mǎn)足使用要求，為重組竹作為結(jié)構(gòu)用材可行性提供依據(jù)[8]。

圖3 竹子博物館主立面和內(nèi)部

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，重組竹在室內(nèi)外家具及景觀設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛和成熟，在建筑結(jié)構(gòu)用材中還處于起步階段，歸根究底，在于缺乏對(duì)重組竹加工工藝中的防火性、防蟲(chóng)防霉性、耐久性、振動(dòng)性等之間的相互關(guān)系，阻礙重組竹在建筑結(jié)構(gòu)材中的進(jìn)一步發(fā)展。相信隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，新技術(shù)、新工藝的不斷突破，重組竹的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)展，將成為低碳環(huán)境下新型建筑材料的主力軍。

[1] 單煒，李玉順.竹材在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用前景分析[J] .森林工程，2008，24( 2)：62-65．

[2] 劉一星，趙廣杰.木質(zhì)資源材料學(xué)[M] .北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2004．

[3] 李明，鄭靚.竹材在建筑工程中的應(yīng)用[J] .廣東建材，2011(2)：23-26.

[4] 朱一辛，饒文彬.木竹重組材研究進(jìn)展及開(kāi)發(fā)前景[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā)，2003，17(6)：67.

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[6] 王智睿.重組竹在新式家具造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].包裝工程，2016，37(2)：155-157.

[7] 劉欣.重組竹戶(hù)外家具設(shè)計(jì)研究[D].中南林業(yè)科技大學(xué)，2014.

[8] 束必清，肖忠平，趙志高，等.重組竹框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā)，2014(5):82-86.

俞君寶(1986～)，男，碩士研究生，助教，研究方向?yàn)榛炷敛牧霞盎緲?gòu)件基礎(chǔ)理論研究。

TU531.3

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[定稿日期]2016-10-25