applicate

重组竹高温处理后的性能研究

肖忠平;俞君宝;束必清;张苏俊

【摘要】为了研究重组竹在高温后的性能特点,将重组竹试样置于100～300℃下

处理2h,自然降温至室温后,对其质量损失率、裂纹宽度、顺纹抗压强度及破坏形式

进行测试和分析.结果表明,随着温度的增加,重组竹的质量损失率逐渐增大,当温度达

到250℃,试样出现部分炭化,在300℃质量损失率快速递增到18.6％.在200℃以下

裂缝出现较少,最大裂缝宽度只有0.18mm,从250℃开始裂缝增多,在300℃时最

大裂缝宽度达到0.52mm.随着处理温度的增加,重组竹的抗压强度有所下降,在

300℃时,其顺纹抗压强度仍有62.58MPa,但极限承载力下降较多,最低的只有

508.46kN,说明重组竹在高温后还具有较大的抗压强度,不会大幅降低建筑物的安

全性能.%Inordertounderstandthecharacteristicsofthebambootimber

afterhightemperaturetreatment,thebamboosampleswereexpodto

hightemperaturefrom100℃to300℃for2hours,aftercooledtoroom

temperature,themasslossrate,crackwidth,compressivestrengthand

tresultsshowedthatthemasslossrate

ofthegluedlaminatedbamboograduallyincreadwiththeincreaof

250℃,thesamplesappearedpartialcarbonizationandthe

masslossrateincreadto18.6％at300℃.Below200℃,lesscracks

occurred,250℃to

300℃,thenumberofcracksincreadandthemaximumcrackwidthwas

0.52mmat300℃.Thecompressivestrengthofgluedlaminatedbamboo

decreadfrom100℃to300℃.Thecompressivestrengthwas62.58MPa

at300℃,buttheminimumultimatebearingcapacitywasonly508.46

ultsindicatedthatgluedlaminatedbamboohadagreat

compressivestrengthafterhightemperaturetreatment,anditwouldnot

significantlyreducethesafetyperformanceofthebuilding.

【期刊名称】《西北林学院学报》

【年(卷),期】2017(032)004

【总页数】5页(P240-243,287)

【关键词】重组竹;高温处理;性能

【作者】肖忠平;俞君宝;束必清;张苏俊

【作者单位】扬州工业职业技术学院建筑工程学院,江苏扬州225127;扬州工业职

业技术学院建筑工程学院,江苏扬州225127;扬州工业职业技术学院建筑工程学院,

江苏扬州225127;扬州工业职业技术学院建筑工程学院,江苏扬州225127

【正文语种】中文

【中图分类】S795.9

竹、木结构建筑具有抗震、保温隔热、居住舒适、材料再生及循环利用等方面的优

越性，越来越被大众所喜爱。竹材资源丰富，强度高、韧性好，是一种理想的绿色

建材。重组竹是将竹束经过干燥、浸胶、组坯和热压固化成型的一种竹质新材料，

其力学性能明显优于木材和胶合木等木质结构材，目前已在房屋、桥梁结构等领域

得到了初步的应用[1-4]。但重组竹属于可燃性材料，其抗火性能决定了建筑物安

全性，也决定了建筑的层数和使用面积等[5]。因此，重组竹的抗火性能研究可以

从研究高温中材料的力学性能来评价结构整体和构件在火灾中的力学性能，以及从

研究材料高温后的力学性能来评价结构整体和构件在火灾后的力学性能。目前，有

关这方面的研究几乎均集中在木质材料[6]，而竹质材料的抗火性能研究多在阻燃

重组竹材料制造工艺方面[7]。在竹材的耐火性方面，钟永[8]等采用20mm(宽

度)×20mm(厚度)×300mm(长度)的小截面竹层积材试件在高温中和高温后的抗

弯性能进行了研究，发现随着温度的升高，其抗弯强度、弹性模量和延性系数均明

显减小；相对于高温中的试样，高温后的试样抗弯强度和弹性模量均明显较高，而

其延性系数则较低，并建立了竹层积材在高温中和高温后的相对抗弯强度与温度的

关模型。

由于大尺寸试件所含缺陷比小尺寸试件多，其破坏机理也不尽相同。为了更好地与

建筑领域的梁柱构件中的大尺度尺寸一致，本研究采用100mm×100mm×100

mm重组竹试件，针对高温后重组竹力学性能可能存在的差异，重点探究了其在

高温后的质量损失率、裂缝宽度、抗压性能等，为其在火灾后的力学性能评估提供

科学依据。

1.1试验材料

试验用重组竹由浙江荣事集团桐庐竹楠木环保科技有限公司提供，试件尺寸约为

100mm×100mm×100mm，每组试样5块，所有试样在试验前均放置于温度

25℃、相对湿度65%的恒温恒湿养护箱中，养护至试样具有相同的平衡含水率，

测得试样平衡含水率为7.8%。

1.2试验方法

除常温试验所需试件外，其余试件分组放入DC-B80/11智能箱式高温炉(炉腔尺

寸为500mm×400mm×300mm)内，采用8℃·min-1的升温速度分别升至

100、150、200、250、300、350℃(试件在350℃下炭化严重，整个高温炉充满

浓烟，为了试验设备的安全，试样在不到1h就取出，与其他试件无可比性，故舍

去。)，恒温2h后，自然冷却至室温，随后进行质量损失率、裂缝宽度测量、顺

纹抗压、横纹抗压试验。裂缝宽度测量采用KON-FK(A)裂缝宽度测试仪。抗压试

验采用无锡市德佳意试验仪器生产的TYE-2000压力试验机，试验加载及测试根

据GB/T50329-2012进行(图1)。

2.1重组竹高温后的质量损失率

称量试件在高温处理前和处理后的质量，根据公式计算其质量损失率(W)：

式中：m0—高温处理前含水率为7.8%的试件质量，g；m1—高温处理后试件质

量，g。

从图2可以看出，从室温到100℃，试样质量损失率从0增加到2.1%，增长幅度

较小，质量损失部分主要为试样中的水分散失为主；在100～200℃区间，质量损

失率增长较快，特别是温度在200℃时，损失率达到8.3%，主要是除了水分蒸发

以外，重组竹中比较不稳定的组分如半纤维素开始分解。随着温度的升高，竹材受

热分解速度显著加快，当温度达到250℃，试样出现部分炭化，特别是在300℃，

竹材热分解反应剧烈，出现大量浓烟，试样严重炭化，由于表面少许的炭脱落，质

量损失率快速递增，达到18.6%。

2.2重组竹高温后产生的裂缝宽度

重组竹经历高温后的外观形态见图3。采用裂缝宽度测试仪，选取纵截面顺纹方向

开裂的最大裂缝宽度进行测量(图4)。从图3、图4中可以看出，在200℃前，重

组竹外观变化不大，随着温度的增加，颜色稍微变深，裂缝出现较少，在200℃

最大裂缝宽度只有0.18mm，可见，胶合竹束的酚醛树脂胶黏剂具有较好的耐热

性，同时试样含水率为7.8%，水分的部分蒸发对裂缝的产生影响很小。从250℃

开始，试件出现明显炭化，裂缝增多，在300℃时最大裂缝达到0.52mm。主要

是由于酚醛树脂胶黏剂结构中的亚甲基和酚羟基在高温条件下会发生氧化分解，在

200℃以上就逐渐氧化，从而影响其胶合强度，出现较多的裂缝。

2.3重组竹高温处理对其顺纹抗压强度的影响

试件在高温处理后，由于试件的收缩以及横截面出现裂缝等因素，截面形状有的不

再是正方形，特别是在300℃高温处理后，表面试样炭化，出现竹炭脱落，为了

试验结果的准确性，分别测量试样的中间和两端共5个尺寸，取平均值作为试样

的截面尺寸。

从图5看出，高温处理对重组竹的顺纹抗压破坏形式无多大影响，在加载初期，

试件基本处于弹性阶段，随着荷载的加大，可以听到竹束劈裂的声音，竹纤维出现

向外凸出，部分地方出现折断；试件出现纵向裂缝，造成试件的破坏，试件承压面

和底面都出现大量裂缝。

从抗压极限荷载看，随着处理温度的增加，重组竹的抗压强度稍微下降，但下降幅

度较小(表1)。在室温至150℃区间，重组竹由于含水率的减少，强度应该有所增

加，但从试验结果看，抗压强度有所降低，主要是酚醛树脂胶虽然具有一定的耐热

性，但是竹材和胶黏剂具有一定的软化效应，使其强度有递减的趋势。当温

度>175℃时，重组竹材的主要成分半纤维素开始分解[8],由于半纤维素在细胞壁中

起粘结作用，其受热分解导致重组竹内部的强度降低，同时随着处理温度的提高，

酚醛树脂胶也发生分解，削弱了重组竹的胶合强度，也表现在纵向裂缝产生加快，

数量增多，但是由于顺纹抗压主要取决于顺纹的竹纤维束的强度，<200℃下的高

温处理未造成竹纤维束断裂破坏，因此，其强度下降幅度较小。但在300℃时，

由于炭化较严重，在施加荷载时，外围的炭化层在压力的作用下出现脱落，脱落的

炭化层达到5～8mm，抗压强度虽还保持在62.58MPa，但极限承载力下降较多，

最低的只有508.46kN，比未处理试样最小的极限承载力降低278.39kN，这也

说明重组竹在高温后还具有较大的抗压强度，具有一定的耐高温性能。但是重组竹

遇高温后，炭化会使有效截面积减少，其极限承载力会下降，因此，在进行构件尺

寸的设计时，考虑建筑物火灾后的安全性，构件尺寸不能过小，以免外部炭化后，

内部的有效截面积过小，导致承载力不足而出现坍塌。

随着温度的增加，重组竹的质量损失率逐渐增大。从室温到100℃，增长幅度较

小；在100～300℃，质量损失率增长较快，在200℃时损失率达到8.3%，当温

度达到250℃试样出现部分炭化，特别是在300℃，出现大量浓烟，竹材热分解

反应剧烈，试样严重炭化，质量损失率快速递增到18.6%。

低于200℃的温度处理对重组竹的外观变化影响不大，随着温度的增加，颜色稍

微变深，裂缝出现较少，在200℃，最大裂缝宽度只有0.18mm，从250℃开始，

试件出现明显炭化，裂缝增多，在300℃时，最大裂缝宽度达到0.52mm。

从抗压极限荷载看，随着处理温度的增加，重组竹的抗压强度有所下降，在300℃

时，其顺纹抗压强度仍有62.58MPa，但极限承载力下降较多，最低的只有

508.46kN，这也说明重组竹在高温后还具有较大的强度，不会大幅降低建筑物

的安全性能，具有一定的耐高温性，但在构件尺寸的设计时，需考虑重组竹在高温

后，其表面炭化后会使有效截面积减少而导致极限荷载下降，影响建筑物的安全。

建筑物的安全性很大程度上取决于连接节点的可靠性，并且绝大部分采用螺栓、钢

板连接，为了更好地研究重组竹建筑火灾后的安全性能，可以进一步开展重组竹连

接节点在高温后的性能研究。

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