抗拉、抗壓、抗彎 無機膠複合竹材料前景可期

用無機膠複合竹材料建成的濟南國際機場客運站。受訪單位供圖

日前，在濟南召開的現代竹木結構建築學術論壇上，建築結構加固改造與地下空間工程教育部重點實驗室主任、山東建築大學教授張鑫帶來的“高性能無機膠複合竹材料及結構”項目讓人眼前一亮。中國工程院院士、國家建築綠色低碳技術創新中心首席科學家崔愷認為，上述新材料代表著建築材料的未來方向。

張鑫團隊的試驗結果顯示：無機膠複合竹材料在經歷了一系列拉、壓、彎、剪等力學性能測試後，其抗拉、抗壓、抗彎性能表現出色，甚至在某些方面比工程木材更勝一籌。無機膠複合竹材料已經在北京、山東的一些工程中進行了示範。

解決傳統工程竹痛點

我國優質木材短缺，現代木結構原材料主要依賴進口。但與此同時，我國竹林資源豐富，是世界上最主要的産竹地區，竹林面積約佔全球的1／3。如何實現竹材的“小材大用、劣材優用”、推進竹材建材化是關鍵問題。

工程竹作為結構承重用材的時間並不長。對於這方面的研究，全世界均處於探索階段。“傳統工程竹材料主要採用酚醛樹脂等有機膠進行黏結，存在不抗火、不耐久、釋放有害物質三大痛點。”張鑫介紹，如今，他們研發的高性能無機膠複合竹材料相關技術使得這些問題迎刃而解。採用無機黏結劑製成的工程竹解決了傳統有機膠工程竹木材存在的甲醛釋放等問題；無機膠複合竹承重柱、梁的耐火極限也達到了3小時和2小時以上，滿足了一級耐火等級建築構件耐火標準的極限要求。

如何將竹子與無機膠緊密結合起來是要突破的另一個關鍵問題。張鑫介紹，他們通過無機膠微奈米改性技術及生産工藝解決了無機膠與竹材之間浸潤性、親和性、協同工作能力差等技術短板，使得竹子與無機膠實現了“你中有我，我中有你”的牢固結合。目前這種通過無機膠黏接竹子製作成的高性能無機膠複合竹材料，已經在濟南國際機場客運站應用。應用了該材料的樓層表面簡潔大氣，大樓木質紋理流暢且富有層次。

具有天然固碳屬性

將竹子製成竹條，經過竹條疏解、高溫碳化得到竹纖維束，再經過無機膠自動化製備、竹束噴膠、組胚入模、冷壓成型，便得到了高性能無機膠複合竹材料。這是記者見到的新型竹材料的製造全過程。這種新型竹材料的研究也是中國工程院戰略諮詢研究項目“面向2035的中國竹建築工程發展戰略和關鍵技術研究”的一部分。

讓中國人住進竹房子是張鑫的導師、中國工程院院士陳肇元的夙願，也是張鑫努力的方向。從2012年開始動手研究到2024年研製成功，張鑫用12年實現了關鍵技術突破。其間，他嘗試過多種木材，比如松木等，但最終還是回到竹子的道路上。

“建築業的節能降碳和綠色轉型是實現‘雙碳’目標的要求。”張鑫説，建築業碳排放中，建材生産、建築施工、建築運作階段分別佔28．2％、1％、21．7％。他認為，我國建築業的碳排放主要在建材生産階段，而竹木材料在生長過程中吸收二氧化碳，釋放氧氣，具有天然固碳屬性，是理想的綠色建材。

在高性能無機膠複合竹材料研發成功之後，張鑫團隊在崔愷的支援下將該材料推廣到北京南苑森林公園森林書屋城市更新項目、濟南國際機場客運站擴建改造工程等項目中。

掌握了核心技術，研發了産品，並將技術推廣到示範工程中，讓張鑫有了更多技術話語權。最近，由其主編的中國工程建設標準化協會CECS標準《無機膠複合竹結構技術規程》發佈，這是無機膠複合竹領域的行業標準。

以中國工程院院士呂西林為組長的審查組專家認為，張鑫團隊建立的無機膠複合竹結構設計方法，填補了無機膠複合竹結構研究領域的空白。該方法總體達到國際先進水準，其中鎂質無機黏結劑製備複合竹材技術達到國際領先水準。