馬昆泉 陳 立 田小亮 王 鵬 王 龍

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100070）

竹纏繞材料是20世紀初在我國建筑領域迅速涌起的一種新型材料，近年來在房建、基建領域得到了大力推廣。竹纏繞作為一種新型材料，在應用中還存在諸多問題，如強度問題、耐久性問題、抗腐蝕問題、裝配化問題、氧化問題等，逐漸成為行業(yè)中研究的重點。竹纏繞材料應用中的問題可以總結為三類，即材料的組合應用問題、材料的針對性改良問題、材料應用的可持續(xù)性問題。本文將對這三個問題進行深入剖析。

1 材料的組合應用問題

材料的組合應用問題是實現(xiàn)各種材料優(yōu)勢互補、缺陷互抵的問題，實質(zhì)上是各種材料的優(yōu)勢權衡，實現(xiàn)最大邊際效用的問題，需要對材料的優(yōu)勢進行能動的折損。

竹纏繞材料的原材料“竹子”的優(yōu)勢主要包括廉價、環(huán)保、產(chǎn)量大、輕質(zhì)、纖維韌性強。其中廉價是竹纏繞材料的外部性優(yōu)勢，產(chǎn)量大、輕質(zhì)、纖維韌性強是內(nèi)生性優(yōu)勢，環(huán)保屬于衍生優(yōu)勢。

竹纏繞材料用量因素關系如圖1所示。

圖1 竹纏繞材料用量的主要因素關系

廉價和環(huán)保是竹纏繞材料得以應用的驅動性因素，其中廉價是市場驅動，環(huán)保是政策驅動，產(chǎn)量大、輕質(zhì)、韌性強是竹纏繞材料得以應用的基礎性因素。竹纏繞材料的組合應用，實際就是在保障廉價、環(huán)保的前提下，發(fā)揮其產(chǎn)量大、輕質(zhì)和韌性強的特點。在應用過程中，非驅動性因素可以根據(jù)實際情況進行舍棄。

（1）對輕質(zhì)性的舍棄。

現(xiàn)階段，在竹纏繞材料應用中，首要的方式就是對其輕質(zhì)性進行舍棄。將竹纏繞材料構建為三層，即內(nèi)襯層、纖維層、防腐層，中間的纖維層為竹材料，其他兩層均不以質(zhì)量的輕重問題為考慮重點。該方式廣泛應用于管廊、管道、單元形狀規(guī)則性較好的構筑物建設。

（2）對產(chǎn)量大的舍棄。

竹纏繞材料的應用中，對竹子的性能有具體要求的。首在選材方面，其抗拉強度應為普通人工林木材的2倍以上，比強度應達到鋼材的4倍以上。竹纏繞技術本身是對竹材的一種深加工，加工的第一步是將竹材變成整齊劃一的竹篾，在這一過程中需要淘汰對竹皮內(nèi)部質(zhì)量較差的部分。

用于竹纏繞技術的竹篾如圖2所示。

圖2 用于竹纏繞技術的竹篾

（3）對纖維韌性強的舍棄。

纖維韌性強屬于竹材料的工程優(yōu)勢，但在個別形式的應用中，并不看重纖維韌性，特別竹材料用于制作外飾材料時。竹纏繞技術中，竹材料的韌性以軸向抗拉能力為主要利用對象，使用樹脂對竹篾進行膠結纏繞，形成無應力缺陷分布。竹纏繞技術中的應力設計，是一種以竹材韌性為基礎的復合設計，竹纏繞加工技術可以看作是對竹材纖維韌性的拆除整合過程。

2 材料的針對性改良問題

竹材是我國的傳統(tǒng)材料，作為建筑主體使用還是近年來起步的。目前在管道、房屋、車廂、整體式可移動房屋、筒狀機械構造中得到了廣泛應用。材料的針對性改良是根據(jù)應用對象的要求，對材料的性能進行傾向性塑造。

在建筑工程中，竹纏繞技術應用的主要優(yōu)勢為可配合裝配式建筑進行整體組裝。房屋以整體作業(yè)的方式在工廠組裝完成，運輸至現(xiàn)場經(jīng)過簡單組裝即可使用。

2.1 實踐中需要注意的問題

（1）竹纏繞材料的輕質(zhì)性會引起結構的穩(wěn)定性不足，抗風、抗震效果較差。

（2）竹纏繞材料是以竹篾為主體的新型材料，防火性能較差。現(xiàn)階段，普遍采用鋼結構與竹纏繞混合使用的方式，增加了材料的易燃性。

（3）竹篾本身具有韌性，竹纏繞最初應用于管狀、筒狀結構，房屋建筑主要以非筒狀體的情況出現(xiàn)，且需要較大比例的開窗、開洞，對竹纏繞材料的完整性造成了破壞，在受到劇烈外力作用的條件下，結構容易發(fā)生損壞。

2.2 針對性改良措施

（1）針對抗風、抗震的問題，可以采用“框架-裝配”的方式加以解決。房屋的整體框架采用傳統(tǒng)材料進行構建，針對竹纏繞建筑采用整體裝配方式嵌入建筑框架中，目前在施工中已經(jīng)得到了局部應用。

（2）采用“鋼結構-竹纏繞”的方式，防火性能的實現(xiàn)需要針對易燃材料另行構建防火系統(tǒng)，防火系統(tǒng)應為物理防火系統(tǒng)。應改變現(xiàn)有的竹纏繞三層設計，增加防火層，自外向內(nèi)為防腐層、纖維層、防水層、內(nèi)襯層，防水層應為毛細降溫管，設置在內(nèi)襯層和纖維層之間。

竹纏繞的四個材料層如圖3所示。

圖3 竹纏繞四個材料層

（3）竹纏繞在房屋建筑中的應用，主要在于增強材料對非連續(xù)面界面的適應性。非連續(xù)界面主要有兩種，一種是不同面的交接處，另一種是同一面中的開洞處。

竹纏繞公廁如圖4所示。

圖4 竹纏繞公廁

竹纏繞公廁建筑的設計和建造，主要采取了分面設計、整體組裝的形式。在墻壁之間采用鋼架緊固，在同一面中，開洞沿順紋方向，盡量減少竹纖維破壞的數(shù)量。

3 材料應用的可持續(xù)性問題

竹材料在建筑工程中的應用，目的是可持續(xù)發(fā)展，但通常是根據(jù)竹材料的可再生特性，衍生出社會的可持續(xù)發(fā)展價值，針對建筑本身的可持續(xù)性缺乏考慮。

（1）材料的耐久性問題。

竹材料作為自然生成的草本材料，其耐久性與巖土材料之間存在本質(zhì)差異，必須經(jīng)過化學處理才具備耐久性。

（2）材料的維護問題。

竹纏繞材料作為多層復合材料，需要竹纖維與樹脂充分組合黏結，在制造過程中整體性較好，但整體性成為材料維護的障礙。

綜合以上兩個方面考慮，竹纏繞材料的可持續(xù)問題主要在于增強材料的可維護性。在目前的工藝中，竹纏繞形成無應力缺陷的螺旋筒狀物或竹篾狀的板狀物，如果發(fā)生局部質(zhì)量缺陷，維護方式不同于傳統(tǒng)建筑材料。傳統(tǒng)建筑材料可以通過更換部件、提高缺陷部位材料密實度的方式進行，竹纏繞材料的維護主要采用修補的方式，維護后的竹纏繞材料整體性和工作性大幅度下降。

解決竹纏繞材料的維護問題，主要途徑是將材料的單元細化，形成局部可拆換材料結構，類似古代橋梁工程中的拱圈結構，提升裝配化程度，降低對材料整體性的依賴。

4 結語

（1）竹纏繞材料的組合應用，實際是在保障廉價、環(huán)保的前提下，發(fā)揮其產(chǎn)量大、輕質(zhì)和韌性強的特點，應用過程是對竹材纖維韌性的拆除整合過程。

（2）竹纏繞材料在建筑工程中應用，應在內(nèi)襯層和纖維層之間增加防火層。

（3）竹纏繞材料應進行單元細化，形成局部可拆換材料結構，提升裝配化程度，降低對材料整體性的依賴。