竹纏繞材料在建筑工程中的應(yīng)用問(wèn)題及解決對(duì)策

馬昆泉 陳 立 田小亮 王 鵬 王 龍

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070）

竹纏繞材料是20世紀(jì)初在我國(guó)建筑領(lǐng)域迅速涌起的一種新型材料，近年來(lái)在房建、基建領(lǐng)域得到了大力推廣。竹纏繞作為一種新型材料，在應(yīng)用中還存在諸多問(wèn)題，如強(qiáng)度問(wèn)題、耐久性問(wèn)題、抗腐蝕問(wèn)題、裝配化問(wèn)題、氧化問(wèn)題等，逐漸成為行業(yè)中研究的重點(diǎn)。竹纏繞材料應(yīng)用中的問(wèn)題可以總結(jié)為三類，即材料的組合應(yīng)用問(wèn)題、材料的針對(duì)性改良問(wèn)題、材料應(yīng)用的可持續(xù)性問(wèn)題。本文將對(duì)這三個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入剖析。

1 材料的組合應(yīng)用問(wèn)題

材料的組合應(yīng)用問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)各種材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、缺陷互抵的問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上是各種材料的優(yōu)勢(shì)權(quán)衡，實(shí)現(xiàn)最大邊際效用的問(wèn)題，需要對(duì)材料的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行能動(dòng)的折損。

竹纏繞材料的原材料“竹子”的優(yōu)勢(shì)主要包括廉價(jià)、環(huán)保、產(chǎn)量大、輕質(zhì)、纖維韌性強(qiáng)。其中廉價(jià)是竹纏繞材料的外部性優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)量大、輕質(zhì)、纖維韌性強(qiáng)是內(nèi)生性優(yōu)勢(shì)，環(huán)保屬于衍生優(yōu)勢(shì)。

竹纏繞材料用量因素關(guān)系如圖1所示。

圖1 竹纏繞材料用量的主要因素關(guān)系

廉價(jià)和環(huán)保是竹纏繞材料得以應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)性因素，其中廉價(jià)是市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，環(huán)保是政策驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)量大、輕質(zhì)、韌性強(qiáng)是竹纏繞材料得以應(yīng)用的基礎(chǔ)性因素。竹纏繞材料的組合應(yīng)用，實(shí)際就是在保障廉價(jià)、環(huán)保的前提下，發(fā)揮其產(chǎn)量大、輕質(zhì)和韌性強(qiáng)的特點(diǎn)。在應(yīng)用過(guò)程中，非驅(qū)動(dòng)性因素可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行舍棄。

（1）對(duì)輕質(zhì)性的舍棄。

現(xiàn)階段，在竹纏繞材料應(yīng)用中，首要的方式就是對(duì)其輕質(zhì)性進(jìn)行舍棄。將竹纏繞材料構(gòu)建為三層，即內(nèi)襯層、纖維層、防腐層，中間的纖維層為竹材料，其他兩層均不以質(zhì)量的輕重問(wèn)題為考慮重點(diǎn)。該方式廣泛應(yīng)用于管廊、管道、單元形狀規(guī)則性較好的構(gòu)筑物建設(shè)。

（2）對(duì)產(chǎn)量大的舍棄。

竹纏繞材料的應(yīng)用中，對(duì)竹子的性能有具體要求的。首在選材方面，其抗拉強(qiáng)度應(yīng)為普通人工林木材的2倍以上，比強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到鋼材的4倍以上。竹纏繞技術(shù)本身是對(duì)竹材的一種深加工，加工的第一步是將竹材變成整齊劃一的竹篾，在這一過(guò)程中需要淘汰對(duì)竹皮內(nèi)部質(zhì)量較差的部分。

用于竹纏繞技術(shù)的竹篾如圖2所示。

圖2 用于竹纏繞技術(shù)的竹篾

（3）對(duì)纖維韌性強(qiáng)的舍棄。

纖維韌性強(qiáng)屬于竹材料的工程優(yōu)勢(shì)，但在個(gè)別形式的應(yīng)用中，并不看重纖維韌性，特別竹材料用于制作外飾材料時(shí)。竹纏繞技術(shù)中，竹材料的韌性以軸向抗拉能力為主要利用對(duì)象，使用樹(shù)脂對(duì)竹篾進(jìn)行膠結(jié)纏繞，形成無(wú)應(yīng)力缺陷分布。竹纏繞技術(shù)中的應(yīng)力設(shè)計(jì)，是一種以竹材韌性為基礎(chǔ)的復(fù)合設(shè)計(jì)，竹纏繞加工技術(shù)可以看作是對(duì)竹材纖維韌性的拆除整合過(guò)程。

2 材料的針對(duì)性改良問(wèn)題

竹材是我國(guó)的傳統(tǒng)材料，作為建筑主體使用還是近年來(lái)起步的。目前在管道、房屋、車廂、整體式可移動(dòng)房屋、筒狀機(jī)械構(gòu)造中得到了廣泛應(yīng)用。材料的針對(duì)性改良是根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的要求，對(duì)材料的性能進(jìn)行傾向性塑造。

在建筑工程中，竹纏繞技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)為可配合裝配式建筑進(jìn)行整體組裝。房屋以整體作業(yè)的方式在工廠組裝完成，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單組裝即可使用。

2.1 實(shí)踐中需要注意的問(wèn)題

（1）竹纏繞材料的輕質(zhì)性會(huì)引起結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不足，抗風(fēng)、抗震效果較差。

（2）竹纏繞材料是以竹篾為主體的新型材料，防火性能較差?，F(xiàn)階段，普遍采用鋼結(jié)構(gòu)與竹纏繞混合使用的方式，增加了材料的易燃性。

（3）竹篾本身具有韌性，竹纏繞最初應(yīng)用于管狀、筒狀結(jié)構(gòu)，房屋建筑主要以非筒狀體的情況出現(xiàn)，且需要較大比例的開(kāi)窗、開(kāi)洞，對(duì)竹纏繞材料的完整性造成了破壞，在受到劇烈外力作用的條件下，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生損壞。

2.2 針對(duì)性改良措施

（1）針對(duì)抗風(fēng)、抗震的問(wèn)題，可以采用“框架-裝配”的方式加以解決。房屋的整體框架采用傳統(tǒng)材料進(jìn)行構(gòu)建，針對(duì)竹纏繞建筑采用整體裝配方式嵌入建筑框架中，目前在施工中已經(jīng)得到了局部應(yīng)用。

（2）采用“鋼結(jié)構(gòu)-竹纏繞”的方式，防火性能的實(shí)現(xiàn)需要針對(duì)易燃材料另行構(gòu)建防火系統(tǒng)，防火系統(tǒng)應(yīng)為物理防火系統(tǒng)。應(yīng)改變現(xiàn)有的竹纏繞三層設(shè)計(jì)，增加防火層，自外向內(nèi)為防腐層、纖維層、防水層、內(nèi)襯層，防水層應(yīng)為毛細(xì)降溫管，設(shè)置在內(nèi)襯層和纖維層之間。

竹纏繞的四個(gè)材料層如圖3所示。

圖3 竹纏繞四個(gè)材料層

（3）竹纏繞在房屋建筑中的應(yīng)用，主要在于增強(qiáng)材料對(duì)非連續(xù)面界面的適應(yīng)性。非連續(xù)界面主要有兩種，一種是不同面的交接處，另一種是同一面中的開(kāi)洞處。

竹纏繞公廁如圖4所示。

圖4 竹纏繞公廁

竹纏繞公廁建筑的設(shè)計(jì)和建造，主要采取了分面設(shè)計(jì)、整體組裝的形式。在墻壁之間采用鋼架緊固，在同一面中，開(kāi)洞沿順紋方向，盡量減少竹纖維破壞的數(shù)量。

3 材料應(yīng)用的可持續(xù)性問(wèn)題

竹材料在建筑工程中的應(yīng)用，目的是可持續(xù)發(fā)展，但通常是根據(jù)竹材料的可再生特性，衍生出社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展價(jià)值，針對(duì)建筑本身的可持續(xù)性缺乏考慮。

（1）材料的耐久性問(wèn)題。

竹材料作為自然生成的草本材料，其耐久性與巖土材料之間存在本質(zhì)差異，必須經(jīng)過(guò)化學(xué)處理才具備耐久性。

（2）材料的維護(hù)問(wèn)題。

竹纏繞材料作為多層復(fù)合材料，需要竹纖維與樹(shù)脂充分組合黏結(jié)，在制造過(guò)程中整體性較好，但整體性成為材料維護(hù)的障礙。

綜合以上兩個(gè)方面考慮，竹纏繞材料的可持續(xù)問(wèn)題主要在于增強(qiáng)材料的可維護(hù)性。在目前的工藝中，竹纏繞形成無(wú)應(yīng)力缺陷的螺旋筒狀物或竹篾狀的板狀物，如果發(fā)生局部質(zhì)量缺陷，維護(hù)方式不同于傳統(tǒng)建筑材料。傳統(tǒng)建筑材料可以通過(guò)更換部件、提高缺陷部位材料密實(shí)度的方式進(jìn)行，竹纏繞材料的維護(hù)主要采用修補(bǔ)的方式，維護(hù)后的竹纏繞材料整體性和工作性大幅度下降。

解決竹纏繞材料的維護(hù)問(wèn)題，主要途徑是將材料的單元細(xì)化，形成局部可拆換材料結(jié)構(gòu)，類似古代橋梁工程中的拱圈結(jié)構(gòu)，提升裝配化程度，降低對(duì)材料整體性的依賴。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）竹纏繞材料的組合應(yīng)用，實(shí)際是在保障廉價(jià)、環(huán)保的前提下，發(fā)揮其產(chǎn)量大、輕質(zhì)和韌性強(qiáng)的特點(diǎn)，應(yīng)用過(guò)程是對(duì)竹材纖維韌性的拆除整合過(guò)程。

（2）竹纏繞材料在建筑工程中應(yīng)用，應(yīng)在內(nèi)襯層和纖維層之間增加防火層。

（3）竹纏繞材料應(yīng)進(jìn)行單元細(xì)化，形成局部可拆換材料結(jié)構(gòu)，提升裝配化程度，降低對(duì)材料整體性的依賴。