一种可持续发展材料

闫梦媛 赵凯铂 乔冠宇

摘要：竹钢是一种可持續发展材料，属于高性能竹基纤维复合材料。竹钢具有易于加工、低碳环保、阻燃性好、强附着性和施工性能好等特点，外观优雅，塑型性能强，从再生利用与环境保护的层面来看，竹钢材料的应用有利于维护地球生态环境和资源利用，可以成为可持续发展的建筑材料。

关键词：竹钢;材料特性;可持续发展;建筑

1前言

马克思曾经说过：“自然界为劳动提供材料，劳动把材料变为财富。”自然界的资源是材料的重要来源，它们主要来源于地球，然后又把没用的东西返回到地球上，这是一个再生又利用的大循环过程。

长久以来，建筑材料的重要依据是对它本身所提出的力学功能要求进行研究开发，结构材料主要探求高强度、高耐久性等，而装饰材料则注重找寻装饰功能和造型图案的美观性。但是，随着地球环境的逐渐变坏和资源不断减少，无论什么类型的材料除了要拥有高强度和装饰功能之外，还一定要考虑关于再生循环的利用问题，让材料工业走可持续发展之路。

笼统地说，传统材料主要谋求材料的使用性能，而可持续发展的材料所追求的不仅仅是优良的使用性能，而且在从材料的制做、应用、废弃直到再生再利用的整个寿命周期中，一定要具有与生态环境的协调共存性、舒适性，对资源、能源损耗少，生态环境影响小，再生资源利用率高，或是可降解使用的具有优良的使用性能的新型材料。

2关于竹和竹钢

（1）天然材料竹

竹子即是一种可持续的负碳材料。每一公顷竹林的年固碳量为5.09吨，是杉木的1.46倍、热带雨林的1.33倍。而所说的固碳，就是摄取二氧化碳的能力。当我们使用竹材来建造房屋时，就等于将这些二氧化碳固定在建筑中，而新生的竹子又可以源源不断的吸收空气中的二氧化碳。木材的可持续性原理也是这样。然而，与树木相比，竹子成材的周期要短很多，竹子3-4年即可成材，一棵60英尺的树木要恢复得60年，一棵竹子只需要59天。因此，将竹材应用到工程当中具有很大的潜力和利好。然而，一直以来，国内在工业化利用竹材上面存在一些技术瓶颈，制约了发展与应用前景。其一，以往的竹材应用通常以毛竹为主，若想达到工业化应用，需对其进行去黄去青处理，利用率低至20～50%;其二，在国内，小径竹资源占比60%以上，因其壁薄径小，无法得到高效的利用;其三，目前国内的人工处理的竹材板主要以传统的竹篾、竹片和竹条为基本单元，宽度在2公分左右，限制了其在结构用材方面的应用。

（2）新材料竹钢

竹钢是一种可持续发展材料，其实就是一种“高性能竹基纤维复合材料”，主要是指基本构成单元为竹基纤维，按顺纹理方向经热（冷）压胶合而形成的材料。实际上就是将竹材（目前大多数采用慈竹）原料通过碾压疏解成竹丝束，然后将酚醛树脂（俗称“电木”，一种有机粘结剂）均匀导入其中，热压成型，然后固化干燥，然后便形成了这种重组竹新材料。

这项技术来源于中国林科院木材所的研究，根据相关论文和专业的结果来看，这项产品技术节省了传统的剖蔑工序，是我国在竹材加工应用领域的一项重大突破，属于竹材工业化利用的第五代技术，竹材的利用率可以提高到95%以上。

在制备过程中，竹材纤维的排列方向没有被打乱，仍然可以保证竹材原来的高强度的特性。通过权威检测：这种材料的抗弯强度≥350MPa，抗拉强度≥360MPa，抗压强度≥140MPa，弹性模量≥30GPa，水煮膨胀率≤5%，单位重量的强度可达到钢材的2.5倍，因此被称作“竹钢”。同时，竹钢也可以作为建筑结构的理想选材。根据实验，它对于冲击荷载和周期性疲劳破坏具有超强的抵抗力，拥有较高的抗震性，在各种条件下，竹钢都表现出优良的稳定性和结构的完整性。高性能竹基纤维复合材料（竹钢）板材常规尺寸为2500L*1280W*20T（25、30、35）mm大板面设计，自由裁切，100%出材率，适用性更强。

3竹钢特性

除了作为常规板材，竹钢最大的突破在于它可作为梁、柱等主要结构构件应用在建筑、景观工程项目上，主要是由于以下几个特点：

（1）竹钢易于加工。常规木工工艺均可操作，可裁，可钻，可锯，可刨，不可钉;板材厚度虽然只有20～35mm，长度虽然只有2500mm，但是借用优异的双组份拼板胶，采用直拼、叠拼、错逢拼、指接、螺接等方式，可获取到厚达几米，长达几十米的方材;因为竹材不存在木材的虫蛀和结疤等问题，加工面亦非常完整光滑，无需补腻;

（2）竹钢阻燃性好。防火能力达到B1级（难然级别），且即使燃烧碳化，在一段时间内也会无毒无烟，同时碳化表层还可以阻燃;

（3）低碳环保。甲醛释放量仅为0.1mg/L，符合欧洲E0级环保标准;

（4）表面良好的附着性。可使用普通的木材着色剂，调出任何色彩;根据具体需要，表面可喷涂、擦刷各类木油、木蜡油、水性清漆、硝基清漆、醇酸清漆以及已调色后的木蜡油和调和漆;

（5）易于施工。由于规格板材的商品化，竹钢更适合装配式施工，适合工厂室内定做、现场拼装加工施工方式;并且，这一种材料的施工条件对气候的要求很低，不会像混凝土工程一样需要很长的养护期，就算冬季施工也不受制约;

（6）防虫耐腐蚀。耐白腐菌和褐腐菌等级达到强耐腐水平，处理的竹材重组材在哈慈木霉、产紫青霉和烟曲霉等类霉菌作用下，平均被害值可达到1。

（7）类木材外观的美观性。由于竹纤维未被破坏，竹钢整体呈现木质纤维的外观，无需过多装饰就很美观，更具有亲和力。

4材料性质与加工

关于材料的性质、施与形态化的问题，当涉及到材料应用时，自然地包括技术方面的实际工作问题，及技术制造过程中能够遇到的问题，材料具有其强烈的表现特性，同样，使用工具、机器也有其独特性，比如，用锯子不能钻孔，钻孔既不能锯木板等，这种工具也都有它的特性，我们所想创造的物品和材料会暗示出适应于什么样的工具技术，相反，我们所欲使用的技术也会令你选择适当的材料。竹钢的强度或竹钢的机械性能，是表示竹钢抵抗外部机械力作用的能力，外部机械力的作用，用拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转等表达，由于组成竹钢的纤维是定向排列的，竹钢强度也就与其的切面有着密切关系，各项强度也不一样。

固然，愈来愈多的可持续发展如雨后春笋，比如玻璃钢制做的一种新型的绿色建材——自洁玻璃，能够实现玻璃的自我清洁，因此解决了高层建筑中玻璃清洁的困难情况。有一种塑料金属复合管可以代替金属管材，与普通自来水管比较，它不生锈，不污染水质。绿色高性能混凝土，是一种新型高技术混凝土，与普通混凝土的主要区别在于掺入足量的粉煤灰与高效外加剂。与普通混凝土在性能上比较有了巨大的突破，并且可以节约能源，保护环境。

5总结：从再生利用与环境的层面来看，很多建材加工、生产技术和制品皆值得加以改善，人们也需要从社会和环境的角度进一步更新观念。特别是新材料的开发和应用，要最大限度地降低环境污染，竹钢材料在建筑等领域的应用，在保证物质生产和文明水平不断提高的同时，还要有利于维护地球生态环境和资源利用，使建筑材料真正成为可持续发展的产业。21世纪已经来临在这挑战与机遇并存的经济时代，我们更应充分认识开发建材再生资源的必要性和紧迫性。保护我们的环境，保护我们的地球。

备注：本文是2021年辽宁科技大学基金项目，大学生创新创业训练计划项目《基于可持续发展的百变模块化组合展架研究》的阶段性成果。

（辽宁科技大学）