未來,竹建築會大量取代“鋼筋水泥”嗎?

鋼材、混凝土等建築材料的生產需耗費大量資源和能源,綠色建築材料的緊缺令全世界頭疼。尤其在我國,隨著“禁伐”天然林等一系列林業政策的調整,木材資源緊缺的問題日益突顯。因此,節能、環保、健康的竹建築材料已逐步成為建築市場的新寵。


未來,竹建築會大量取代“鋼筋水泥”嗎?


建築新寵


在低碳風潮的引領下,竹建材正成為大眾眼中的“低碳”明星,引起整個產業鏈廠商的廣泛關注。在加工技術持續改進,一系列實際案例推出,以及相關國家標準制定與發佈等多個因素的共同影響下,竹建材正逐步成為建築市場的新寵。


關於竹結構房屋的優勢,國際竹藤中心常務副主任費本華認為,我國竹資源豐富,且竹子生長快、強度高、韌性好,具有一次栽培,永續利用的特點,是製造工程材料的理想原料;竹結構房屋具有抗震、保溫隔熱,居住舒適等特點;更重要的是,以竹材為建築材料,其生產過程清潔,能耗低,對環境造成的負荷較小。有數據顯示,竹材的二氧化碳吸收量是普通樹木的4倍,還具有木材加工過程中可車、可銑、可雕的工藝性能;當建築面積相同時,竹材與混凝土的能耗比為1∶8,與鋼材的能耗比為1∶50。


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中國林學會竹藤資源利用分會副主任委員、西南林業大學教授王慷林在演講時介紹,竹子是世界上生長最快的植物,2年—5年即可成材,被砍伐後還可以再生。在建築領域,竹結構建築的性價比是非常高的。據統計,竹房屋比普通材料住宅便宜20%,而且,竹建築的技術要求不高。


竹結構建築以其優越的居住性能和生態效益,掀起了一股竹建材熱浪。


同時,現代竹結構建築將使用原竹、竹材、竹集成材、竹地板、竹重組材等各種結構和裝飾用材,是應用竹質材料量最大、種類最多的開發項目。竹結構建築的發展可以作為竹產業發展的龍頭,帶動許多相關竹加工業的發展,並能促進竹子種植的同步發展,從而形成“產學研銷”的良性循環產業鏈。因此,不斷擴大竹建材的應用範圍,是竹類資源開發利用的戰略任務之一。


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竹結構建築產業的應用前景


事實上,竹結構早已應用到建築業中。例如,模板工程作為現澆鋼筋混凝土的重要施工程序,對於保證施工進度、控制鋼筋混凝土結構的施工質量都起到決定性的作用,同時也是工程成本控制的重要考慮因素之一。目前,我國建築行業使用的主要模板中就有竹模板等。


針對竹結構建築今後的發展前景,費本華認為:


加大新技術、新工藝、新產品和新設備的研究和開發力度是當務之急。輕質高強的竹材屋架是一種經濟、可靠、環保的結構體系。比如輕型竹結構住宅,它在北美輕型木結構基礎上提高了模塊化設計,增加了工廠預製加工量,以減少現場施工量,並以平臺式施工加快安裝速度;竹材等有機材料易受到白蟻等昆蟲的侵蝕,傳統的辦法是利用化學藥物隔離帶,但是為了保護環境,現在使用者用隔離罩封閉建築物來進行高溫燻蒸防蟲。


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大力發展適用於我國國情的竹質結構房屋設計與技術,最有代表性的是“竹鋼”,“竹鋼”採用純天然慈竹經酚醛樹脂熱壓膠合而成,具有高強度、低碳環保、高耐候性、阻燃、淨化空氣、使用壽命長等特點,可廣泛應用於房屋建築、室內外裝飾以及高檔傢俱,是“以竹代木、以竹代鋼”的最佳產品。


在竹子建築中,連接部分是竹結構的另一個難點。榫卯和捆紮等傳統技術效率較低,且不穩固;一種新技術——螺旋水泥連接法,在螺旋節點之間填充固化水泥,可以增大竹子建築的跨度。


此外,馬里蘭大學的胡良兵教授團隊在《Advanced Materials》上發表了題為“A Strong, Tough, and Scalable Structural Material from Fast-Growing Bamboo”的文章,報告了一種簡便且經濟高效的自上而下的方法,以製備具有高達1 GPa抗拉強度和400 MPa抗彎強度的質輕而堅固的塊狀緻密竹。這種“超級竹子”有潛力成為一種高性能、可再生和可持續的工程材料,應用於在傳統上由不可再生的結構化合物主導的領域,如塑料、碳纖維、玻璃纖維、混凝土和金屬。


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圖1. A)天然竹向緻密竹的轉化示意圖。B)與其他天然材料,工程鋼和高強度金屬合金相比,緻密竹子的比抗張強度與比剛度的關係。C)典型的竹子和各種木材的生長速度。


由此可見,竹結構未來在建築業中的應用也將有無限可能。同時,作為最古老的建築材料之一,竹材來源廣泛、價格低廉、加工容易,是一種集力學和美學等多方面優勢為一體的環境友好型工程材料。全方位開展現代竹結構建築研究工作,有助於推動建築業的綠色、低碳發展,具有重要的社會、經濟和環境效益。


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