一種可持續發展材料

閆夢媛 趙凱鉑 喬冠宇

摘要：竹鋼是一種可持續發展材料，屬于高性能竹基纖維復合材料。竹鋼具有易于加工、低碳環保、阻燃性好、強附著性和施工性能好等特點，外觀優雅，塑型性能強，從再生利用與環境保護的層面來看，竹鋼材料的應用有利于維護地球生態環境和資源利用，可以成為可持續發展的建筑材料。

關鍵詞：竹鋼;材料特性;可持續發展;建筑

1前言

馬克思曾經說過：“自然界為勞動提供材料，勞動把材料變為財富。”自然界的資源是材料的重要來源，它們主要來源于地球，然后又把沒用的東西返回到地球上，這是一個再生又利用的大循環過程。

長久以來，建筑材料的重要依據是對它本身所提出的力學功能要求進行研究開發，結構材料主要探求高強度、高耐久性等，而裝飾材料則注重找尋裝飾功能和造型圖案的美觀性。但是，隨著地球環境的逐漸變壞和資源不斷減少，無論什么類型的材料除了要擁有高強度和裝飾功能之外，還一定要考慮關于再生循環的利用問題，讓材料工業走可持續發展之路。

籠統地說，傳統材料主要謀求材料的使用性能，而可持續發展的材料所追求的不僅僅是優良的使用性能，而且在從材料的制做、應用、廢棄直到再生再利用的整個壽命周期中，一定要具有與生態環境的協調共存性、舒適性，對資源、能源損耗少，生態環境影響小，再生資源利用率高，或是可降解使用的具有優良的使用性能的新型材料。

2關于竹和竹鋼

（1）天然材料竹

竹子即是一種可持續的負碳材料。每一公頃竹林的年固碳量為5.09噸，是杉木的1.46倍、熱帶雨林的1.33倍。而所說的固碳，就是攝取二氧化碳的能力。當我們使用竹材來建造房屋時，就等于將這些二氧化碳固定在建筑中，而新生的竹子又可以源源不斷的吸收空氣中的二氧化碳。木材的可持續性原理也是這樣。然而，與樹木相比，竹子成材的周期要短很多，竹子3-4年即可成材，一棵60英尺的樹木要恢復得60年，一棵竹子只需要59天。因此，將竹材應用到工程當中具有很大的潛力和利好。然而，一直以來，國內在工業化利用竹材上面存在一些技術瓶頸，制約了發展與應用前景。其一，以往的竹材應用通常以毛竹為主，若想達到工業化應用，需對其進行去黃去青處理，利用率低至20～50%;其二，在國內，小徑竹資源占比60%以上，因其壁薄徑小，無法得到高效的利用;其三，目前國內的人工處理的竹材板主要以傳統的竹篾、竹片和竹條為基本單元，寬度在2公分左右，限制了其在結構用材方面的應用。

（2）新材料竹鋼

竹鋼是一種可持續發展材料，其實就是一種“高性能竹基纖維復合材料”，主要是指基本構成單元為竹基纖維，按順紋理方向經熱（冷）壓膠合而形成的材料。實際上就是將竹材（目前大多數采用慈竹）原料通過碾壓疏解成竹絲束，然后將酚醛樹脂（俗稱“電木”，一種有機粘結劑）均勻導入其中，熱壓成型，然后固化干燥，然后便形成了這種重組竹新材料。

這項技術來源于中國林科院木材所的研究，根據相關論文和專業的結果來看，這項產品技術節省了傳統的剖蔑工序，是我國在竹材加工應用領域的一項重大突破，屬于竹材工業化利用的第五代技術，竹材的利用率可以提高到95%以上。

在制備過程中，竹材纖維的排列方向沒有被打亂，仍然可以保證竹材原來的高強度的特性。通過權威檢測：這種材料的抗彎強度≥350MPa，抗拉強度≥360MPa，抗壓強度≥140MPa，彈性模量≥30GPa，水煮膨脹率≤5%，單位重量的強度可達到鋼材的2.5倍，因此被稱作“竹鋼”。同時，竹鋼也可以作為建筑結構的理想選材。根據實驗，它對于沖擊荷載和周期性疲勞破壞具有超強的抵抗力，擁有較高的抗震性，在各種條件下，竹鋼都表現出優良的穩定性和結構的完整性。高性能竹基纖維復合材料（竹鋼）板材常規尺寸為2500L*1280W*20T（25、30、35）mm大板面設計，自由裁切，100%出材率，適用性更強。

3竹鋼特性

除了作為常規板材，竹鋼最大的突破在于它可作為梁、柱等主要結構構件應用在建筑、景觀工程項目上，主要是由于以下幾個特點：

（1）竹鋼易于加工。常規木工工藝均可操作，可裁，可鉆，可鋸，可刨，不可釘;板材厚度雖然只有20～35mm，長度雖然只有2500mm，但是借用優異的雙組份拼板膠，采用直拼、疊拼、錯逢拼、指接、螺接等方式，可獲取到厚達幾米，長達幾十米的方材;因為竹材不存在木材的蟲蛀和結疤等問題，加工面亦非常完整光滑，無需補膩;

（2）竹鋼阻燃性好。防火能力達到B1級（難然級別），且即使燃燒碳化，在一段時間內也會無毒無煙，同時碳化表層還可以阻燃;

（3）低碳環保。甲醛釋放量僅為0.1mg/L，符合歐洲E0級環保標準;

（4）表面良好的附著性。可使用普通的木材著色劑，調出任何色彩;根據具體需要，表面可噴涂、擦刷各類木油、木蠟油、水性清漆、硝基清漆、醇酸清漆以及已調色后的木蠟油和調和漆;

（5）易于施工。由于規格板材的商品化，竹鋼更適合裝配式施工，適合工廠室內定做、現場拼裝加工施工方式;并且，這一種材料的施工條件對氣候的要求很低，不會像混凝土工程一樣需要很長的養護期，就算冬季施工也不受制約;

（6）防蟲耐腐蝕。耐白腐菌和褐腐菌等級達到強耐腐水平，處理的竹材重組材在哈慈木霉、產紫青霉和煙曲霉等類霉菌作用下，平均被害值可達到1。

（7）類木材外觀的美觀性。由于竹纖維未被破壞，竹鋼整體呈現木質纖維的外觀，無需過多裝飾就很美觀，更具有親和力。

4材料性質與加工

關于材料的性質、施與形態化的問題，當涉及到材料應用時，自然地包括技術方面的實際工作問題，及技術制造過程中能夠遇到的問題，材料具有其強烈的表現特性，同樣，使用工具、機器也有其獨特性，比如，用鋸子不能鉆孔，鉆孔既不能鋸木板等，這種工具也都有它的特性，我們所想創造的物品和材料會暗示出適應于什么樣的工具技術，相反，我們所欲使用的技術也會令你選擇適當的材料。竹鋼的強度或竹鋼的機械性能，是表示竹鋼抵抗外部機械力作用的能力，外部機械力的作用，用拉伸、壓縮、剪切、彎曲和扭轉等表達，由于組成竹鋼的纖維是定向排列的，竹鋼強度也就與其的切面有著密切關系，各項強度也不一樣。

固然，愈來愈多的可持續發展如雨后春筍，比如玻璃鋼制做的一種新型的綠色建材——自潔玻璃，能夠實現玻璃的自我清潔，因此解決了高層建筑中玻璃清潔的困難情況。有一種塑料金屬復合管可以代替金屬管材，與普通自來水管比較，它不生銹，不污染水質。綠色高性能混凝土，是一種新型高技術混凝土，與普通混凝土的主要區別在于摻入足量的粉煤灰與高效外加劑。與普通混凝土在性能上比較有了巨大的突破，并且可以節約能源，保護環境。

5總結：從再生利用與環境的層面來看，很多建材加工、生產技術和制品皆值得加以改善，人們也需要從社會和環境的角度進一步更新觀念。特別是新材料的開發和應用，要最大限度地降低環境污染，竹鋼材料在建筑等領域的應用，在保證物質生產和文明水平不斷提高的同時，還要有利于維護地球生態環境和資源利用，使建筑材料真正成為可持續發展的產業。21世紀已經來臨在這挑戰與機遇并存的經濟時代，我們更應充分認識開發建材再生資源的必要性和緊迫性。保護我們的環境，保護我們的地球。

備注：本文是2021年遼寧科技大學基金項目，大學生創新創業訓練計劃項目《基于可持續發展的百變模塊化組合展架研究》的階段性成果。

（遼寧科技大學）