山东建筑大学教授研发的无机胶复合竹材料实现示范性应用

用无机胶复合竹材料建成的济南国际机场客运站。 受访单位供图

日前，在济南召开的现代竹木结构建筑学术论坛上，建筑结构加固改造与地下空间工程教育部重点实验室主任、山东建筑大学教授张鑫带来的“高性能无机胶复合竹材料及结构”项目让人眼前一亮。中国工程院院士、国家建筑绿色低碳技术创新中心首席科学家崔愷认为，上述新材料代表着建筑材料的未来方向。

张鑫团队的试验结果显示：无机胶复合竹材料在经历了一系列拉、压、弯、剪等力学性能测试后，其抗拉、抗压、抗弯性能表现出色，甚至在某些方面比工程木材更胜一筹。无机胶复合竹材料已经在北京、山东的一些工程中进行了示范。

解决传统工程竹痛点

我国优质木材短缺，现代木结构原材料主要依赖进口。但与此同时，我国竹林资源丰富，是世界上最主要的产竹地区，竹林面积约占全球的1/3。如何实现竹材的“小材大用、劣材优用”、推进竹材建材化是关键问题。

工程竹作为结构承重用材的时间并不长。对于这方面的研究，全世界均处于探索阶段。“传统工程竹材料主要采用酚醛树脂等有机胶进行黏结，存在不抗火、不耐久、释放有害物质三大痛点。”张鑫介绍，如今，他们研发的高性能无机胶复合竹材料相关技术使得这些问题迎刃而解。采用无机黏结剂制成的工程竹解决了传统有机胶工程竹木材存在的甲醛释放等问题；无机胶复合竹承重柱、梁的耐火极限也达到了3小时和2小时以上，满足了一级耐火等级建筑构件耐火标准的极限要求。

如何将竹子与无机胶紧密结合起来是要突破的另一个关键问题。张鑫介绍，他们通过无机胶微纳米改性技术及生产工艺解决了无机胶与竹材之间浸润性、亲和性、协同工作能力差等技术短板，使得竹子与无机胶实现了“你中有我，我中有你”的牢固结合。目前这种通过无机胶黏接竹子制作成的高性能无机胶复合竹材料，已经在济南国际机场客运站应用。应用了该材料的楼层表面简洁大气，大楼木质纹理流畅且富有层次。

具有天然固碳属性

将竹子制成竹条，经过竹条疏解、高温碳化得到竹纤维束，再经过无机胶自动化制备、竹束喷胶、组胚入模、冷压成型，便得到了高性能无机胶复合竹材料。这是记者见到的新型竹材料的制造全过程。这种新型竹材料的研究也是中国工程院战略咨询研究项目“面向2035的中国竹建筑工程发展战略和关键技术研究”的一部分。

让中国人住进竹房子是张鑫的导师、中国工程院院士陈肇元的夙愿，也是张鑫努力的方向。从2012年开始动手研究到2024年研制成功，张鑫用12年实现了关键技术突破。其间，他尝试过多种木材，比如松木等，但最终还是回到竹子的道路上。

“建筑业的节能降碳和绿色转型是实现‘双碳’目标的要求。”张鑫说，建筑业碳排放中，建材生产、建筑施工、建筑运行阶段分别占28.2%、1%、21.7%。他认为，我国建筑业的碳排放主要在建材生产阶段，而竹木材料在生长过程中吸收二氧化碳，释放氧气，具有天然固碳属性，是理想的绿色建材。

在高性能无机胶复合竹材料研发成功之后，张鑫团队在崔愷的支持下将该材料推广到北京南苑森林公园森林书屋城市更新项目、济南国际机场客运站扩建改造工程等项目中。

掌握了核心技术，研发了产品，并将技术推广到示范工程中，让张鑫有了更多技术话语权。最近，由其主编的中国工程建设标准化协会CECS标准《无机胶复合竹结构技术规程》发布，这是无机胶复合竹领域的行业标准。

以中国工程院院士吕西林为组长的审查组专家认为，张鑫团队建立的无机胶复合竹结构设计方法，填补了无机胶复合竹结构研究领域的空白。该方法总体达到国际先进水平，其中镁质无机黏结剂制备复合竹材技术达到国际领先水平。

来源：科技日报