竹缠绕材料在建筑工程中的应用问题及解决对策

马昆泉 陈 立 田小亮 王 鹏 王 龙

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100070）

竹缠绕材料是20世纪初在我国建筑领域迅速涌起的一种新型材料，近年来在房建、基建领域得到了大力推广。竹缠绕作为一种新型材料，在应用中还存在诸多问题，如强度问题、耐久性问题、抗腐蚀问题、装配化问题、氧化问题等，逐渐成为行业中研究的重点。竹缠绕材料应用中的问题可以总结为三类，即材料的组合应用问题、材料的针对性改良问题、材料应用的可持续性问题。本文将对这三个问题进行深入剖析。

1 材料的组合应用问题

材料的组合应用问题是实现各种材料优势互补、缺陷互抵的问题，实质上是各种材料的优势权衡，实现最大边际效用的问题，需要对材料的优势进行能动的折损。

竹缠绕材料的原材料“竹子”的优势主要包括廉价、环保、产量大、轻质、纤维韧性强。其中廉价是竹缠绕材料的外部性优势，产量大、轻质、纤维韧性强是内生性优势，环保属于衍生优势。

竹缠绕材料用量因素关系如图1所示。

图1 竹缠绕材料用量的主要因素关系

廉价和环保是竹缠绕材料得以应用的驱动性因素，其中廉价是市场驱动，环保是政策驱动，产量大、轻质、韧性强是竹缠绕材料得以应用的基础性因素。竹缠绕材料的组合应用，实际就是在保障廉价、环保的前提下，发挥其产量大、轻质和韧性强的特点。在应用过程中，非驱动性因素可以根据实际情况进行舍弃。

（1）对轻质性的舍弃。

现阶段，在竹缠绕材料应用中，首要的方式就是对其轻质性进行舍弃。将竹缠绕材料构建为三层，即内衬层、纤维层、防腐层，中间的纤维层为竹材料，其他两层均不以质量的轻重问题为考虑重点。该方式广泛应用于管廊、管道、单元形状规则性较好的构筑物建设。

（2）对产量大的舍弃。

竹缠绕材料的应用中，对竹子的性能有具体要求的。首在选材方面，其抗拉强度应为普通人工林木材的2倍以上，比强度应达到钢材的4倍以上。竹缠绕技术本身是对竹材的一种深加工，加工的第一步是将竹材变成整齐划一的竹篾，在这一过程中需要淘汰对竹皮内部质量较差的部分。

用于竹缠绕技术的竹篾如图2所示。

图2 用于竹缠绕技术的竹篾

（3）对纤维韧性强的舍弃。

纤维韧性强属于竹材料的工程优势，但在个别形式的应用中，并不看重纤维韧性，特别竹材料用于制作外饰材料时。竹缠绕技术中，竹材料的韧性以轴向抗拉能力为主要利用对象，使用树脂对竹篾进行胶结缠绕，形成无应力缺陷分布。竹缠绕技术中的应力设计，是一种以竹材韧性为基础的复合设计，竹缠绕加工技术可以看作是对竹材纤维韧性的拆除整合过程。

2 材料的针对性改良问题

竹材是我国的传统材料，作为建筑主体使用还是近年来起步的。目前在管道、房屋、车厢、整体式可移动房屋、筒状机械构造中得到了广泛应用。材料的针对性改良是根据应用对象的要求，对材料的性能进行倾向性塑造。

在建筑工程中，竹缠绕技术应用的主要优势为可配合装配式建筑进行整体组装。房屋以整体作业的方式在工厂组装完成，运输至现场经过简单组装即可使用。

2.1 实践中需要注意的问题

（1）竹缠绕材料的轻质性会引起结构的稳定性不足，抗风、抗震效果较差。

（2）竹缠绕材料是以竹篾为主体的新型材料，防火性能较差。现阶段，普遍采用钢结构与竹缠绕混合使用的方式，增加了材料的易燃性。

（3）竹篾本身具有韧性，竹缠绕最初应用于管状、筒状结构，房屋建筑主要以非筒状体的情况出现，且需要较大比例的开窗、开洞，对竹缠绕材料的完整性造成了破坏，在受到剧烈外力作用的条件下，结构容易发生损坏。

2.2 针对性改良措施

（1）针对抗风、抗震的问题，可以采用“框架-装配”的方式加以解决。房屋的整体框架采用传统材料进行构建，针对竹缠绕建筑采用整体装配方式嵌入建筑框架中，目前在施工中已经得到了局部应用。

（2）采用“钢结构-竹缠绕”的方式，防火性能的实现需要针对易燃材料另行构建防火系统，防火系统应为物理防火系统。应改变现有的竹缠绕三层设计，增加防火层，自外向内为防腐层、纤维层、防水层、内衬层，防水层应为毛细降温管，设置在内衬层和纤维层之间。

竹缠绕的四个材料层如图3所示。

图3 竹缠绕四个材料层

（3）竹缠绕在房屋建筑中的应用，主要在于增强材料对非连续面界面的适应性。非连续界面主要有两种，一种是不同面的交接处，另一种是同一面中的开洞处。

竹缠绕公厕如图4所示。

图4 竹缠绕公厕

竹缠绕公厕建筑的设计和建造，主要采取了分面设计、整体组装的形式。在墙壁之间采用钢架紧固，在同一面中，开洞沿顺纹方向，尽量减少竹纤维破坏的数量。

3 材料应用的可持续性问题

竹材料在建筑工程中的应用，目的是可持续发展，但通常是根据竹材料的可再生特性，衍生出社会的可持续发展价值，针对建筑本身的可持续性缺乏考虑。

（1）材料的耐久性问题。

竹材料作为自然生成的草本材料，其耐久性与岩土材料之间存在本质差异，必须经过化学处理才具备耐久性。

（2）材料的维护问题。

竹缠绕材料作为多层复合材料，需要竹纤维与树脂充分组合黏结，在制造过程中整体性较好，但整体性成为材料维护的障碍。

综合以上两个方面考虑，竹缠绕材料的可持续问题主要在于增强材料的可维护性。在目前的工艺中，竹缠绕形成无应力缺陷的螺旋筒状物或竹篾状的板状物，如果发生局部质量缺陷，维护方式不同于传统建筑材料。传统建筑材料可以通过更换部件、提高缺陷部位材料密实度的方式进行，竹缠绕材料的维护主要采用修补的方式，维护后的竹缠绕材料整体性和工作性大幅度下降。

解决竹缠绕材料的维护问题，主要途径是将材料的单元细化，形成局部可拆换材料结构，类似古代桥梁工程中的拱圈结构，提升装配化程度，降低对材料整体性的依赖。

4 结语

（1）竹缠绕材料的组合应用，实际是在保障廉价、环保的前提下，发挥其产量大、轻质和韧性强的特点，应用过程是对竹材纤维韧性的拆除整合过程。

（2）竹缠绕材料在建筑工程中应用，应在内衬层和纤维层之间增加防火层。

（3）竹缠绕材料应进行单元细化，形成局部可拆换材料结构，提升装配化程度，降低对材料整体性的依赖。