◆冷予冰

0 引言

竹文化滲透于中國(guó)傳統(tǒng)文化的方方面面，北宋著名文學(xué)家蘇軾的名言“寧可食無(wú)肉，不可居無(wú)竹”，體現(xiàn)了竹在中華文明中兼具的實(shí)用價(jià)值和文化傳承價(jià)值。面對(duì)全球綠色建筑日新月異、我國(guó)綠色和高質(zhì)量發(fā)展方興未艾的發(fā)展機(jī)遇，富有中華人文內(nèi)涵的現(xiàn)代竹建筑，正在也必將在生態(tài)城市、美麗鄉(xiāng)村和“一帶一路”建設(shè)中占據(jù)重要地位，并發(fā)揮其獨(dú)特影響與作用，成為美麗中國(guó)的生動(dòng)符號(hào)。

建筑業(yè)對(duì)全球可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)氣候變化有重要的影響，在發(fā)展綠色環(huán)保生態(tài)建筑的背景下，我國(guó)作為擁有全球最豐富竹林資源和最深厚竹文化底蘊(yùn)的國(guó)家，在推動(dòng)竹建材和竹建筑的發(fā)展上做出了諸多努力，取得的進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)值得肯定。2021年1月25日習(xí)近平主席在世界經(jīng)濟(jì)論壇“達(dá)沃斯議程”對(duì)話(huà)會(huì)中提出，“中國(guó)將繼續(xù)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，確保實(shí)現(xiàn)2030年前CO排放達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)”。竹材是低碳可再生的生物質(zhì)材料，具有可再生易降解、強(qiáng)重比高、輕質(zhì)抗震等優(yōu)點(diǎn)，且導(dǎo)熱系數(shù)小、保溫隔熱性能好、內(nèi)部溫濕環(huán)境舒適，裝配化程度高、建造快，是綠色建筑和裝配式建筑的重要類(lèi)型之一。竹建筑的不可替代性和圓竹在使用中的不足

我國(guó)是世界上最主要的產(chǎn)竹國(guó)，竹材種類(lèi)、竹林面積、蓄積和產(chǎn)量等均居世界首位，據(jù)第八次全國(guó)森林資源清查（2009—2013年）數(shù)據(jù)，我國(guó)竹林面積總計(jì)601萬(wàn)公頃，占全世界竹林總面積的19%，主要集中在浙江、江西、安徽、湖南、湖北、福建、廣東、廣西、貴州、四川、重慶、云南等省、市和自治區(qū)。長(zhǎng)江以南的江西、福建、湖南和浙江四省出產(chǎn)最多，以毛竹為主，約占全國(guó)竹林總面積的60.7%。豐富的竹資源使得在我國(guó)推廣現(xiàn)代竹建筑具有天然優(yōu)勢(shì)和較大潛力。

圓竹建筑在我國(guó)乃至世界范圍內(nèi)有悠久的使用歷史，在浙江河姆渡遺址和四川金沙遺址中均出土了我國(guó)早期的竹結(jié)構(gòu)房屋。我國(guó)湖南湘西吊腳樓、西南地區(qū)傣族民居“干闌式”竹樓是傳統(tǒng)竹建筑的代表。在福建土樓墻體中也普遍采用竹材作為拉結(jié)材料增強(qiáng)墻體的整體性能。竹材至今依舊是我國(guó)多層建筑施工或維修時(shí)選用的腳手架主要材料之一。圓竹雖然具有天然環(huán)保的特性和深厚的資源優(yōu)勢(shì)，但其物理性能不夠穩(wěn)定、易干裂，未經(jīng)處理的竹材易受蟲(chóng)蛀、腐朽和霉變的損害，耐久性能普遍不佳，且單根圓竹承載力不高、節(jié)點(diǎn)連接復(fù)雜、易發(fā)生劈裂破壞，導(dǎo)致其在建筑工程中的應(yīng)用受到諸多限制。截至目前，圓竹仍難以滿(mǎn)足現(xiàn)代建筑業(yè)對(duì)材料的要求。

1 對(duì)竹材做改性重組及其成效

研究人員從20世紀(jì)70年代開(kāi)始嘗試?yán)矛F(xiàn)代膠合工藝對(duì)圓竹進(jìn)行改性重組，制成符合現(xiàn)代建筑業(yè)需求的規(guī)格材料。當(dāng)前應(yīng)用較廣的工程竹材包括膠合竹、重組竹、竹席膠合板、竹席竹簾膠合板、竹材刨花板、竹篾層積材等，其中典型的建筑用工程竹材包括膠合竹、重組竹等。

膠合竹又稱(chēng)竹集成材，是以定寬精刨竹片為構(gòu)成單元，按順紋組坯經(jīng)熱壓膠合而成的板材或方材，膠合竹中保留了圓竹的竹片單元，其材性與圓竹自身的材性相關(guān)性很大。重組竹則對(duì)竹材的加工更加深化，是以竹絲束為構(gòu)成單元，浸漬水溶性酚醛樹(shù)脂，干燥后按順紋組坯、經(jīng)熱壓膠合而形成的板材或方材。工程竹材生產(chǎn)工藝的成熟實(shí)現(xiàn)了對(duì)竹材利用的突破，與圓竹相比，工程竹的物理性能更加穩(wěn)定、力學(xué)性能顯著提升、耐久性能得到改善，且克服了圓竹的材料缺陷和尺寸變異性，將其用于工程承重結(jié)構(gòu)有很大的發(fā)展空間。現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)建筑在保留生態(tài)綠色的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化與現(xiàn)代化，符合綠色低碳建筑和建筑工業(yè)化的行業(yè)發(fā)展需求，有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)建筑出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng)，在全世界范圍內(nèi)均處于探索階段，隨著越來(lái)越多的研究機(jī)構(gòu)加入研發(fā)隊(duì)伍中，以及生產(chǎn)加工工藝的不斷創(chuàng)新發(fā)展，近年來(lái)涌現(xiàn)了一批精美的現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)建筑，如昭君博物館、牛背山青年旅社等，其特有的建筑語(yǔ)境充分展示了“竹”在中國(guó)現(xiàn)代建筑中所代表的精神屬性和文化屬性。圖1為現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)的示范建筑。

圖1 現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)示范建筑

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究人員的研究結(jié)果，各類(lèi)膠合竹產(chǎn)品的密度為600～10 00 kg/m，含水率為8%～12%，抗壓強(qiáng)度多在40～60 MPa，抗拉強(qiáng)度多在90～140 MPa，抗彎強(qiáng)度多在90～120 MPa，抗彎彈性模量多在8 000～12 000 MPa，受壓和受彎破壞表現(xiàn)出較好的塑性性能，材料強(qiáng)重比高于鋼材，是一種綜合力學(xué)性能很好的建筑材料，可用于梁、柱、板等主要受力構(gòu)件。重組竹的各項(xiàng)物理力學(xué)性能與制備工藝及竹材品種密切相關(guān)，在目前的生產(chǎn)工藝下，根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究人員的測(cè)試結(jié)果，重組竹的密度為1 000～1 250 kg/m，含水率為8%～10%，抗壓強(qiáng)度多在50～80 MPa，抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度可達(dá)120 MPa以上，甚至高達(dá)250 MPa，抗壓和抗彎彈性模量多在12 000～13 000 MPa，綜合力學(xué)性能優(yōu)異且穩(wěn)定。

2 提升性能，讓竹建筑在生態(tài)文明建設(shè)中再放異彩

竹材作為一種可燃的生物質(zhì)材料，耐久性能和防火性能始終是關(guān)注的重點(diǎn)。

工程竹材經(jīng)過(guò)蒸煮、干燥或改性重組等生產(chǎn)工藝，其耐久性能要優(yōu)于未經(jīng)處理的圓竹，但其內(nèi)在的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等生物質(zhì)成分，在自然環(huán)境下受光照、潮濕等氣候條件影響，依舊存在耐久性問(wèn)題。目前對(duì)各類(lèi)竹產(chǎn)品耐久性能的評(píng)價(jià)多參考木材相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法和野外試驗(yàn)方法，進(jìn)行自然或人工加速老化性能試驗(yàn)、天然耐腐試驗(yàn)和防霉試驗(yàn)，通過(guò)材料老化或腐蝕霉變后外觀、物理力學(xué)性能劣化程度來(lái)評(píng)價(jià)其耐久性能。目前的研究成果表明，工程竹產(chǎn)品受自然條件影響會(huì)發(fā)生不同程度的老化，總體來(lái)說(shuō)重組竹的耐久性能優(yōu)于膠合竹。在耐腐性能上，重組竹經(jīng)過(guò)高溫干燥和酚醛樹(shù)脂的浸膠處理，耐腐性能基本達(dá)到強(qiáng)耐腐等級(jí)；而膠合竹中竹纖維與膠黏劑的粘結(jié)面積較小，膠合竹素板對(duì)腐菌的抵抗能力較差，防腐處理是必要的。

在防火性能方面，與木材類(lèi)似，竹材也具有可燃性，在高溫和火災(zāi)下吸收熱量溫度升高，材料中的水分蒸發(fā)，含水率的改變以及材料本身的分解和炭化引起材料物理力學(xué)性能的改變。目前的研究成果表明，膠合竹的炭化性能與常用軟木（花旗松）類(lèi)似，重組竹的炭化性能與常用硬木（菠蘿格）類(lèi)似，重組竹的炭化速度小于膠合竹。總體來(lái)說(shuō)，工程竹材的耐火性能略?xún)?yōu)于常見(jiàn)建筑用針葉材。

由于目前工程類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系的不完善，同時(shí)工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模有限，價(jià)格上還不具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，中國(guó)的現(xiàn)代竹建筑產(chǎn)業(yè)仍面臨很多挑戰(zhàn)，但也存在很多機(jī)遇。鑒于竹建筑在消除貧困和改善民生、發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、應(yīng)對(duì)氣候變化等方面發(fā)揮的獨(dú)特作用，以及其特有的文化屬性，中國(guó)現(xiàn)代竹建筑產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展可以為落實(shí)2030可持續(xù)發(fā)展議程、建設(shè)美麗中國(guó)做出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。