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user: 4. 胶合竹材 胶合竹材是指采用化学药剂在特定温度下对原竹材进行胶合处理，或是对竹材的纤维进行重组、胶合而成的竹纤维复合材料。 4.1. 原竹材的表面处理 原竹材的表面处理主要是为了降低因环境温湿变化对竹纤维的不利影响从而提高材料的耐久性。研究发现，竹材的含水率不仅影响竹材的力学性能，对竹材的耐久性能也有很大的影响。此外，季节更替产生的温湿循环会加速竹纤维的降解，从而使竹材过早丧失承载力而失效。Te-Hsin Yang [ 30 ] 等采用空气、氮气、亚麻籽油三种不同热胶合介质对竹材处理后发现，竹材的抗吸水能力都得到了很大程度上的改善。Pallav Saikia [ 31 ] 等发现，生物化学制剂BF-N/14在提高竹材抗拉性能的同时，还能够有效降低竹材中竹纤维和木质素的降解速度，从而提高竹材的耐久性。U. M. K. Anwar [ 32 ] 等将竹条浸入酚醛后放入恒温恒湿环境中加压固化，从分析结果来看，经过不同固化时间后竹条的吸水性和膨胀系数都有了一定程度的降低，且竹条的抗弯弹性模量和断裂模量也有不同程度的提高。原竹的表面处理是生产制作物理和力学性能更加稳定的胶合竹材的基础。 4.2. 竹集成材 竹集成材是将圆竹沿顺纹方向加工成一定长、宽、厚的竹片单元，养护至含水率10%左右，然后通过胶黏剂经蒸汽热压成型的胶合竹材。竹集成材的研究始于上世纪80年代 [ 33 ]，经过三十多年的发展，在如何提高竹集成材的强度和耐久性以及竹集成材构件的力学性能这几个方面的研究较为深入和全面。 4.2.1. 影响竹集成材强度因素 影响竹集成材强度的因素很多，除了竹材本身外，加工工艺方面如：碳化处理、竹片单元的组坯和接长方式、胶水的类型、施胶量、热压温度、压力大小、热压时间、防腐处理等都影响竹集成材的强度。殷寿柏 [ 34 ] 通过对比水性高分子异氰酯胶黏剂和酚醛树脂胶黏剂的胶合性能得出，酚醛树脂胶黏剂胶合效果更好。Nugroho [ 35 ] [ 36 ] 发现，在热压胶合时，胶水的渗透速率影响竹材内部的粘结强度。田磊 [ 37 ] 从热压时间、升温速率、热压温度三个方面综合考虑得出，户外竹集成材的最佳热压工艺为：温度130℃，施胶量280 g/m²，压力2 MPa，热压时间3 mim/mm。高频热压胶合工艺表明，竹集成材的密度、静曲强度、抗弯弹性模量随施胶量的增加而上升 [ 38 ]。此外，采用微波辅助酚醛树脂胶固化能够有效提高胶合面的强度 [ 39 ]。 由于影响胶合竹材强度因素的多样性，决定了研究工作的复杂性与重复性。未来，还需要开展更系统的实验研究，来完善生产工艺以提高竹集成材的强度。 4.2.2. 竹集成材的防腐 为了提高户外竹材耐久性，基材竹片单元在浸胶组坯前要先进行碳化处理，称作防腐前处理，目的是除去竹材中的糖分，提高材料的热稳定性以及降低虫蛀风险。热压成型之后还需要在表面涂刷防腐材料，称作为防腐后处理，目的是防止因渗水而加速竹纤维老化。张禄晟 [ 40 ] 等采用两种水载铜基防腐剂：季铵铜和铜唑对竹集成材进行表面防腐处理后发现，竹集成材的耐腐蚀性能得到了很大程度的提高，并且防腐效果随着药量的增加而提高。张融 [ 41 ] 等开发出的防霉乳液涂料能够有效地减缓水对竹集成材的渗透速度。虽然此类方法防腐效果显著但也存在明显的不足，水载型防腐材料的抗流失性能普遍较差，若竹材用于户外，需要定期维护。 不难发现，防腐后处理需要解决防腐材料的流失问题，但目前并没有较好的措施来解决，而且后处理一般只是在竹材表面涂刷防腐材料，一旦防护层遭到破坏，竹材的腐蚀速度将大大加快。有学者尝试彻底的防腐前处理，即采用浸渍的方式对竹篾单元进行防腐处理，以季铵铜和铜唑加压浸渍处理的毛竹精刨竹条为单元制作的防腐竹集成材的弹性模量和断裂模量都略有下将，胶合层的剪切强度有所提高 [ 42 ]，但这种方式的经济性较差，同时也不能忽略防腐材料对竹材力学性能的影响。 4.2.3. 竹集成材构件力学性能 试验研究表明，竹集成材抗弯性能和胶合木相当 [ 35 ]。Sharma [ 43 ] 等对竹集成材梁构件的抗弯性能进行研究，并与木材进行了对比。Sinha [ 44 ] 等通过足尺试验探讨了胶黏剂对竹集成材梁强度和刚度的影响，同时验证了该材料在建筑结构中应用的可行性。针对梁构件的综合试验研究表明，竹集成材梁极限承载力由刚度控制，而非强度控制；梁的受弯破坏表现出明显的脆性特征；剪跨比对梁的承载力影响较大，且随着剪跨比的增大，梁的抗弯承载力下降较快 [ 45 ] [ 46 ]。苏毅 [ 47 ] 等通过试验发现，受弯破坏时，竹梁破坏时的挠度过大，并提出以挠度作为控制指标进行梁构件设计。Mujiman [ 48 ] 等发现，采用截面存在一定曲率的竹片胶合而成的梁构件的耐久性、刚度、延展性都优于矩形截面竹片，并且当竹片厚度在7 mm时梁构件性能达到最佳状态。在梁的受拉侧，采用纤维增强复合材料(FRP)筋能够显著增强梁截面的刚度和抗弯承载力 [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]。采用箍筋增强的竹集成材梁构件在经过许用循环次数都为200万次的疲劳荷载作用下，承载力比裸梁提升了26% [ 52 ]。苏靖文 [ 53 ] 等对竹集成材方柱墩轴压力学性能所做的初步研究表明，竹集成材的两个横纹方向的抗压强度接近，顺纹抗压强度约是两个横纹方向的5倍。 4.3. 重组竹材 重组竹材是一种将竹材纤维重新组织经高温高压固化而成的新型竹质材料。重组竹材的施胶量较大，密度刚度比竹集成材大，其重度一般在1.0以上，由于重组竹材的工艺水平比较低，表观加工缺陷多，因此，重组竹材大都用于包装板材、建筑模板等围护结构。重组竹材采用的也是热压胶合工艺，在防腐处理上与竹集成材类似。 俞云水 [ 54 ] 等对竹席竹帘胶合竹工字型梁抗弯性能进行的试验研究表明，竹梁腹板和翼缘采用螺栓连接的可靠性不高，腹板和翼缘间的剪力不能有效传递，腹板的破坏为剪切破坏，进一步说明材料存在明显的工艺缺陷。 湖南大学基于竹席竹帘胶合板开发出纵横向纤维比为4:1的新型胶合竹材Glubam [ 9 ]，并且针对该材料的材性、构件和结构性能开展了较为系统的研究。李佳 [ 55 ] 对不同竹纤维布置下胶合竹抗剪性能对比得出，当纵横向纤维比为4:1时，Glubam抗剪性能最优，并给出了该纤维比下Glubam力学性能强度设计值与允许应力值。杨瑞珍 [ 9 ] [ 56 ] 针对Glubam的材性和螺栓连接性能进行了试验研究。单波 [ 57 ] 采用人工气候加速老化试验方法对Glubam耐候性能的试验表明，Glubam具有良好的尺寸稳定性，材料的内结合强度对老化时间最为敏感，随着时间的推移下降幅度显著，干湿循环是其老化的主要影响因素。 经过试验研究分析、结合试点工程建造经验和使用效果，2012年肖岩 [ 58 ] 等提出将Glubam作为未来建筑结构用材，并给出以中国木材容许应力设计方法为基础的Glubam容许设计应力建议值。此前肖岩 [ 59 ] 课题组测试了一根足尺长度为10 m的Glubam竹桥梁在自重荷载作用下的长期蠕变性能，竹梁受弯部分采用CFRP增强，3.7年后的蠕变变形约为7.98 mm。试验数据和相关分析表明，高温和潮湿气候会增加其蠕变速率、受拉侧CFRP能够提高竹梁的承载力、经长期荷载作用后竹梁的强度和刚度存在一定程度的下降。该结论与魏洋 [ 49 ] 等对FRP筋增强竹集成材梁构件的力学性能研究结果相吻合。曾竞宜 [ 60 ] 研究了Glubam梁的抗疲劳特性，在200万次疲劳循环加载后，Glubam梁试件刚度没有明显变化，但极限承载力下降约15%。宦亚鹏 [ 61 ] 也对Glubam工字型竹梁的抗弯性能进行了初步研究，和俞云水 [ 54 ] 等有所不同，该试件腹板和翼缘采螺栓与胶黏剂组合连接。实验表明，腹板和翼缘的连接效果可靠性有了一定提高，但是从最终的破坏形态来看，Glubam工字型梁的承载力一般由受压区域腹板的侧向稳定性能控制，并建议，如果需要进一步提高GluBam工字梁的承载力，可以通过改变腹板所用竹篾的配置方向和数量来提高腹板的抗剪强度和抗拉强度。轴心受压Glubam柱承载力实验研究表明：长柱破坏主要是由稳定控制，而短柱破坏主要由材料强度控制 [ 62 ] [ 63 ]。 与重组竹相比，竹集成材的强度与其相近、刚度略小，竹集成材中竹片单元之间经热压胶合后连接更为密实，耐久性能明显优于重组竹。因此，重组竹结构更适合应用在气候相对干燥，或有低湿度要求的室内环境中。