竹材的性質及應用優勢分析

發布時間:2017-09-30 閱讀量:23229返回

  竹材有著優良的物理性質和力學性質,這些優良的性質確保它能成為一種及格的建筑材料,而且我國竹子資源特殊豐富,且其生長周期短,為其范圍利用創造了客觀條件。文章主要對其性質及應用優勢進行了分析。


  【關鍵詞】竹材;物理性質;力學性質;應用優勢
  在我國現代化建設過程中,土木工程占有極其重要的地位,各項建設的開始,而土木工程材料則是一切土建工程中必不可少的物質基礎。然而,現代社會的土木工程建筑材料大多用的都是鋼筋和混凝土,不僅生產能耗很高,而且污染環境,達不到綠色節能的效果;而應用的較多的木材料,也顯得不切實際,因為我國本來木材資源相對就比較稀少,隨著我國林業政策的調整,更多的強調環保,以及資源危機意識的提升,木材作為建材的發展空間大大縮減。而竹材作為一種綠色材料,必將走進公眾視野。


  一、竹材的物理性質
  (一)竹材的密度。竹材的密度是指單位體積竹材的質量,因為需求及應用范圍的不同,有兩種密度:一種是氣干密度,另一種是基本密度。由于竹材的竹秸位置、胸徑、竹子的竹齡、竹子的種類、竹子的生存和立地條件的不同,竹材的基本密度是相對變化的,但是其基本密度在0.4~0.8之間。并且,竹材的基本密度不同會影響其他方面的性質或含量:基本密度小,則竹材的濕脹率和力學強度都會減小;如果基本密度大,則增加的是竹材的機械性能和纖維含量。
  (二)竹材的吸水性。竹材的吸水性與水分蒸發是兩個相反的過程。竹材的體積和各個方向的尺寸在竹材吸收水分后都會有所增加,但是其強度也相應的會有所降低。其中,對于干燥的竹材,其吸水的進程主要是通過其橫切面進行的,但是與材料的橫截面大小關系不太大,而與材料的長度有緊密關系,一般是竹材越長,吸水速度就越慢,但是總體而言,其吸水能力還是很強的。
  (三)竹的干縮性。竹材具有干縮性,在各種外部條件下,竹材內部的水分會不斷地蒸發,從而導致竹材的體積減小。木材的干縮率大于竹材,在竹材的不同部位,弦向干縮率最大,徑向干縮率次之,縱向干縮率最小;并且竹材失水有缺陷,干燥時失水速度很快,但是很不均勻,這樣容易造成徑向裂紋,這是因為竹材的干縮率主要是竹材維管束中的導管失水后產生干縮所致,而竹材中維管束的分布疏密不一。


  二、竹材的力學性質
  竹材的力學強度隨含水率的增高而降低,但是當竹材絕干狀態時,因質地變脆,反而強度下降。上部竹材比下部竹材力學強度大,竹青比竹黃的力學強度大,竹材外側抗拉強度要比內側大,竹材節部抗拉強度要比節間低:主要原因是節部維管束分布彎曲不齊,受力時容易被破壞,新生的幼竹,抗壓、抗拉強度低,隨著竹齡的增加,組織充實,抗拉和抗壓強度不斷提高。竹齡繼續增加組織老化變脆,抗壓和抗拉強度又有所下降,所以,竹齡與竹材的抗壓和抗拉強度呈二次拋物線狀。并且等截面的空心圓桿要比實心圓桿的抗彎強度大,并且空心圓桿的內外徑之比越大,其抗彎強度也越大,當外徑與內徑之比為0.7時,空心的抗彎強度是實心的2倍。竹材在徑向施壓和弦向施壓下具有相同的力學行為,其整個大變形過程可以分為三個階段: 線彈性階段 、屈服后弱線彈性階段、強化階段。竹材組織是傳遞荷載的優良機體,竹材在徑向壓縮和弦向壓縮的情況下有相同的宏觀力學性能,可視為兩向纖維復合材料。在承受軸向壓縮大變形下,竹材承載的主體是竹纖維軸向屈服極限是橫向屈服極限的三倍。竹材的力學性能十分優越,抗拉強度能達到530MPa,但是竹材的密度會很低,單位質量的強度非常大,有利于結構受力。


  三、竹材及竹結構的優勢
  (一)有良好的抗震性能。在地震發生時,由于相比較其他建材的結構而言,竹結構的質量比較輕,在地震時吸收的地震能量比較少,并且竹材有著良好的韌性,對于沖擊荷載或者是疲勞荷載有著較強的抵御能力,因此,因此,在地震中,其表現較為優異,有著良好的抗震性能;并且由于整個建筑全為竹材,材料的相容性較好,因此結構的整體性較強,能有效防止結構的連續性倒塌造成的人員和財產損失。
  (二)竹材生態環保、原料充足。在原料方面,一方面,我國是世界上竹材資源最豐富的國家;另一方面,竹子的生長周期很短,條件要求不是很高,這就為其以后的大規模應用提供了客觀條件。竹子在生長過程中,相比于普通樹木,其有很強的光合作用,有效地改善空氣質量,并且,竹結構的構件都是預制,通過螺栓或鉚釘連接在一起,因此,在房屋拆除后,完全能被回收并再次被利用。因此,可以說竹材生態環保。
  (三)竹結構比較經濟。一方面是由于原材料竹材相對于其他建筑材料比較便宜,另一方面,從經濟學角度來說,竹結構的殘值率比較高,并且在建造的過程中,整個過程就是裝配的過程,構件都是預制好的,只需要用連接裝置把預制好的構件連接即可。相對而言,需要的勞動力比較少。因此,綜合而言,竹結構比較經濟。
  (四)保溫、隔音性能好。竹材的導熱系數相比較鋼筋混凝土和砌塊而言,導熱系數很小,因此,竹結構的能耗較低,并且保溫隔熱的性能要遠遠好于混凝土結構或砌體結構。


  四、結語
  綜上所述,竹材擁有很多的優點,其中包括生態環保,這些優勢將改變竹材在我國產量大、資源豐富但一直沒有廣泛應用的尷尬局面,相信隨著對竹子研究的不斷深入,人們對竹子在建筑方面的特性將更加明朗,這也會將使竹子作為綠色建材在建筑業的應用更加廣泛。



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