户外用防腐竹集成材的制造与性能研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:adf2008
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竹集成材继承了竹子高强度、高韧性的优点,而且能够小材大用,是一种应用广泛的工程结构材料。但是户外使用的竹集成材容易发生腐朽霉变,必须进行防腐处理才能保证结构的安全。目前国内关于防腐竹集成材性能及其生产工艺的研究较少,防腐处理对竹集成材性能的影响有待考察。本研究以我国资源丰富的毛竹(Phyllostachyspubescens)为原料,选用环保型水载防腐剂铜唑和季铵盐(ACQ),开展竹集成材防腐前处理和后处理工艺研究,根据防腐处理工艺对处理材力学性能、耐久性能以及药剂固着性能等的影响,优化开发户外结构用防腐竹集成材生产技术,对延长竹集成材户外使用寿命,保障竹结构建筑安全,拓展竹材利用领域具有重要的现实意义。主要研究结果归纳如下:竹集成材构成单元——竹条的防腐处理工艺研究:1)防腐处理工艺对竹条载药量的影响显著(0.05水平)。防腐剂浓度对竹条载药量的影响最大,其次是浸注压力,加压时间的影响最小。2)防腐竹材的载药量与防腐剂浓度、浸注压力和加压时间均呈正相关。考虑到处理效率,优选的处理工艺为:药剂浓度1.40%,浸注压力0.7MPa,加压时间60min。3)防腐剂浓度、浸注压力和加压时间对防腐处理竹条的抗弯强度和弹性模量影响不显著(0.05水平),说明防腐处理不会导致竹材力学性能劣化。防腐前处理对竹集成材力学性能的影响:1)防腐前处理竹集成材具有良好的力学性能,且防腐处理竹集成材和对照样的抗弯强度及弹性模量均差异不显著(0.05水平)。与对照样相比,防腐处理材的抗弯强度和弹性模量均有所下降。其中防腐处理样的抗弯强度比对照样下降了约11.6%,弹性模量比对照样下降了1.36%。2)防腐前处理竹集成材具有良好的胶层剪切强度,干态条件下,防腐竹集成材的胶层顺纹剪切强度和对照样的差异不显著;但在湿态条件下,两者差异显著(0.05水平)。干态剪切试验中,试样的木破率超过了90%,且强度值达到12.40MPa,高于常用针叶材和阔叶材的性能要求;在干态条件下的处理材剪切强度略高于对照样,而湿态条件下,处理材的剪切强度低于对照样。3)DSC分析和接触角测试结果表明,竹条防腐处理对酚醛树脂胶粘剂的固化影响很小,而且防腐处理能够改善竹条的表面润湿性能,使得竹集成材的胶层剪切性能达到或超过未经防腐处理的试样。防腐竹集成材的耐久性研究:1)采用防腐剂ACQ-3和CuAz-2,以前处理和后处理两种工艺进行防腐处理的竹集成材具有良好的耐腐性能,可达到强耐腐等级;随着载药量的增加,防腐处理样的失重率逐渐降低,耐腐性能提高。2)采用同样的加压浸注处理参数,前处理工艺处理的竹材载药量比后处理材较大。3)采用ACQ-3和CuAz-2防腐剂进行防腐处理的竹集成材具有一定的霉菌防治效力。随着载药量的增加,防腐竹集成材的霉菌防治效力有所增加。两种防腐剂对桔青霉、绿色木霉的防治效果较好,对黑曲霉有一定的防治效果,而对蓝变菌基本没有防治效力。4)在同一载药量水平下,后处理防腐工艺的试样的霉菌防治效果比前处理防腐工艺的试样更好。对ACQ-3和CuAz-2处理的竹集成材进行霉菌防治时,建议采用后处理的工艺。5)BS EN1087-1加速老化方法处理后,防腐竹集成材和对照样的抗弯强度和弹性模量均明显下降;处理样的抗弯强度下降幅度比对照样大6.32%,但处理样的弹性模量下降幅度比对照样小1.89%。老化处理后防腐竹集成材和对照样的胶层剪切强度均呈现下降趋势;且防腐处理样下降幅度比对照样的下降幅度高了7.45%。防腐竹集成材的药剂固着性能研究:1)干燥方式对铜固着率无影响;采用不同温度对后处理防腐竹集成材进行干燥的结果表明,对同一载药量的试样,铜的固着率有所波动,未发现明显规律。从节约能源考虑,可选择气干方式干燥竹集成材。2)不同浓度的ACQ-3和CuAz-2处理后,试样中铜固着率随着载药量的增加而有所提高。3)不同的防腐处理材料中铜的固着率不同,前处理竹集成材的铜固着率最好,防腐竹条次之,后处理竹集成材最差。防腐前处理试样中ACQ-3的铜固着率最高达到91%,CuAz-2的铜固着率最高可达88%以上。
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