未来,竹建筑会大量取代“钢筋水泥”吗?

钢材、混凝土等建筑材料的生产需耗费大量资源和能源,绿色建筑材料的紧缺令全世界头疼。尤其在我国,随着“禁伐”天然林等一系列林业政策的调整,木材资源紧缺的问题日益突显。因此,节能、环保、健康的竹建筑材料已逐步成为建筑市场的新宠。


未来,竹建筑会大量取代“钢筋水泥”吗?


建筑新宠


在低碳风潮的引领下,竹建材正成为大众眼中的“低碳”明星,引起整个产业链厂商的广泛关注。在加工技术持续改进,一系列实际案例推出,以及相关国家标准制定与发布等多个因素的共同影响下,竹建材正逐步成为建筑市场的新宠。


关于竹结构房屋的优势,国际竹藤中心常务副主任费本华认为,我国竹资源丰富,且竹子生长快、强度高、韧性好,具有一次栽培,永续利用的特点,是制造工程材料的理想原料;竹结构房屋具有抗震、保温隔热,居住舒适等特点;更重要的是,以竹材为建筑材料,其生产过程清洁,能耗低,对环境造成的负荷较小。有数据显示,竹材的二氧化碳吸收量是普通树木的4倍,还具有木材加工过程中可车、可铣、可雕的工艺性能;当建筑面积相同时,竹材与混凝土的能耗比为1∶8,与钢材的能耗比为1∶50。


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中国林学会竹藤资源利用分会副主任委员、西南林业大学教授王慷林在演讲时介绍,竹子是世界上生长最快的植物,2年—5年即可成材,被砍伐后还可以再生。在建筑领域,竹结构建筑的性价比是非常高的。据统计,竹房屋比普通材料住宅便宜20%,而且,竹建筑的技术要求不高。


竹结构建筑以其优越的居住性能和生态效益,掀起了一股竹建材热浪。


同时,现代竹结构建筑将使用原竹、竹材、竹集成材、竹地板、竹重组材等各种结构和装饰用材,是应用竹质材料量最大、种类最多的开发项目。竹结构建筑的发展可以作为竹产业发展的龙头,带动许多相关竹加工业的发展,并能促进竹子种植的同步发展,从而形成“产学研销”的良性循环产业链。因此,不断扩大竹建材的应用范围,是竹类资源开发利用的战略任务之一。


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竹结构建筑产业的应用前景


事实上,竹结构早已应用到建筑业中。例如,模板工程作为现浇钢筋混凝土的重要施工程序,对于保证施工进度、控制钢筋混凝土结构的施工质量都起到决定性的作用,同时也是工程成本控制的重要考虑因素之一。目前,我国建筑行业使用的主要模板中就有竹模板等。


针对竹结构建筑今后的发展前景,费本华认为:


加大新技术、新工艺、新产品和新设备的研究和开发力度是当务之急。轻质高强的竹材屋架是一种经济、可靠、环保的结构体系。比如轻型竹结构住宅,它在北美轻型木结构基础上提高了模块化设计,增加了工厂预制加工量,以减少现场施工量,并以平台式施工加快安装速度;竹材等有机材料易受到白蚁等昆虫的侵蚀,传统的办法是利用化学药物隔离带,但是为了保护环境,现在使用者用隔离罩封闭建筑物来进行高温熏蒸防虫。


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大力发展适用于我国国情的竹质结构房屋设计与技术,最有代表性的是“竹钢”,“竹钢”采用纯天然慈竹经酚醛树脂热压胶合而成,具有高强度、低碳环保、高耐候性、阻燃、净化空气、使用寿命长等特点,可广泛应用于房屋建筑、室内外装饰以及高档家具,是“以竹代木、以竹代钢”的最佳产品。


在竹子建筑中,连接部分是竹结构的另一个难点。榫卯和捆扎等传统技术效率较低,且不稳固;一种新技术——螺旋水泥连接法,在螺旋节点之间填充固化水泥,可以增大竹子建筑的跨度。


此外,马里兰大学的胡良兵教授团队在《Advanced Materials》上发表了题为“A Strong, Tough, and Scalable Structural Material from Fast-Growing Bamboo”的文章,报告了一种简便且经济高效的自上而下的方法,以制备具有高达1 GPa抗拉强度和400 MPa抗弯强度的质轻而坚固的块状致密竹。这种“超级竹子”有潜力成为一种高性能、可再生和可持续的工程材料,应用于在传统上由不可再生的结构化合物主导的领域,如塑料、碳纤维、玻璃纤维、混凝土和金属。


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图1. A)天然竹向致密竹的转化示意图。B)与其他天然材料,工程钢和高强度金属合金相比,致密竹子的比抗张强度与比刚度的关系。C)典型的竹子和各种木材的生长速度。


由此可见,竹结构未来在建筑业中的应用也将有无限可能。同时,作为最古老的建筑材料之一,竹材来源广泛、价格低廉、加工容易,是一种集力学和美学等多方面优势为一体的环境友好型工程材料。全方位开展现代竹结构建筑研究工作,有助于推动建筑业的绿色、低碳发展,具有重要的社会、经济和环境效益。


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