科技日报记者 王延斌

    11月29日，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，也获得了中国工程院院士、国家建筑绿色低碳技术创新中心首席科学家崔愷的认可。崔愷院士认为，上述新材料代表着建筑材料的未来方向之一。

    在研究了拉、压、弯、剪作用下无机胶复合竹的材料力学性能之后，张鑫团队的试验结果显示上述材料的抗拉、抗压、抗弯特征表现出色，甚至在某些方面比工程木材更胜一筹。

    据了解，上述材料已经在北京、山东的一些工程中进行了示范。

    破解木质建筑三大世界性难题

    从外表上看，济南国际机场客运站两层楼简洁大气，用手触摸，大楼木质纹理流畅且富有层次。张鑫介绍，这是我们用无机胶粘接竹子制作成高性能无机胶复合竹材料，以此为建筑材料建成的大楼。

    张鑫言中的竹子是毛竹。

    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，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。更重要的是我国是世界上最主要的产竹地区，竹林面积约占全球的1/3。

    记者了解到，将工程竹作为结构承重用材的时间并不长，在全世界范围内均处于探索阶段。“传统工程竹材料主要采用酚醛树脂等有机胶进行黏结，但存在着不抗火、不耐久、有害物质释放三大痛点。”张鑫表示，如今，我们用新材料破解了这三大世界性难题。他表示，高性能无机胶复合竹材料的创新点就是采用无机粘结剂制成了工程竹材，解决了传统有机胶工程竹木材存在甲醛释放等问题，更大的突破点在于攻克工程竹承重构件的抗火“卡脖子”关键难题，无机胶复合竹承重柱、梁的耐火极限达到了3小时和2小时以上，满足了一级耐火等级建筑构件耐火极限的要求。

    如何将竹子与无机胶紧密结合起来，这是上述材料的关键核心技术。张鑫透露，我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。

    “让中国人住到竹房子里”

    将竹子破解为竹条，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。

    这是记者经历的新材料的制造全程。而这种新型竹材料的诞生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。

    “你要完成我的一个夙愿，让中国人住到竹房子里。”这是张鑫的导师、中国工程院院士陈肇元教授的夙愿。

    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。”张鑫表示，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%。他表示，我国建筑业碳排放主要差距是建材生产阶段，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，张鑫团队在中国工程院院士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，由其主编发布了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》，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，他们建立了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，总体达到国际先进水平，其中镁质无机粘结剂制备复合竹材技术达到国际领先水平。

    责任编辑：陈可轩