科技成果轉化新質(zhì)生產(chǎn)力
“植物鋼鐵”竹子，已成為日用品、建筑、新能源的理想材料
竹子變“鋼筋”的科技密碼
三層樓高、建筑面積1499平方米、總重量近千噸的大樓，里面沒(méi)有一根鋼筋水泥柱子和支撐橫梁。這樣的建筑，結實(shí)嗎？又是怎么“蓋”起來(lái)的？
近日，中青報·中青網(wǎng)記者走進(jìn)位于湖南省益陽(yáng)市桃江縣的國家(桃江)楠竹產(chǎn)業(yè)示范園，一棟全竹結構現代裝配式的科研試驗樓引人注目。
竹子是如何變“鋼筋”的？其強度如何，安全嗎？對于在這棟大樓內辦公的數十名員工而言，并沒(méi)有心驚肉跳的感覺(jué)。大樓建造背后的技術(shù)團隊，更是用一種成熟技術(shù)轉化應用的心態(tài)來(lái)看待。
強度是鋼材的3-4倍
這幢三層竹結構裝配式建筑，用于科研應用與展示。單層面積約500平方米，建筑高度為12.06米，主立柱為400×500毫米截面竹集成材構件，長(cháng)度超過(guò)10米。主梁是尺寸為240×600×7300毫米的一體成形竹集成材構件。
“專(zhuān)業(yè)上說(shuō)，這叫大尺度竹質(zhì)集成材?！敝駱堑慕ㄔO方、湖南桃花江竹材科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“桃江竹科”)董事長(cháng)薛志成介紹，天然竹片經(jīng)過(guò)自主研發(fā)的設備熱壓膠合后，具有了優(yōu)良的力學(xué)性能，“普通混凝土蓋房子，抗壓強度要求達到30兆帕。竹質(zhì)集成材的抗壓強度則可達70兆帕以上”。
薛志成說(shuō)，竹樓建造時(shí)，先吊起21根柱子，再一根根固定，跟梁連接起來(lái)，形成一個(gè)穩定的框架結構，之后裝上樓板，再配上玻璃幕墻?！爸駱恰崩锩鏇](méi)有鋼筋混凝土，是目前國內單體最大的全竹結構現代建筑之一。
把以往的“鋼混結構”變成“竹結構”，大樓主體只用了一個(gè)星期就完成了裝配。
竹子變鋼筋，強度如何？中青報·中青網(wǎng)記者發(fā)現竹樓的承重柱，每根截面積約為A4紙大小，木色條紋，是由一根根厚度1厘米左右的扁平長(cháng)竹條拼接黏合而成。用食指關(guān)節敲擊，手感敦實(shí)厚重，與常規竹材輕巧柔韌的特點(diǎn)有很大區別。集成的竹材沉重，密度遠超普通木材。在梁柱結合處，肉眼可見(jiàn)寬厚的白色鋼板與銷(xiāo)栓將梁、柱連接起來(lái)。
“竹樓”的建造與高?？蒲腥藛T的成果轉化落地息息相關(guān)。
大樓的設計團隊由中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程學(xué)院教授陳伯望領(lǐng)銜，而掌握竹材代替“鋼筋”科技的材料科學(xué)與工程學(xué)院團隊，已經(jīng)與企業(yè)合作、落地科技成果近14年。衍生的諸多產(chǎn)品中，建造大樓的大尺度竹質(zhì)集成材只是其中一項。
“竹是君子的象征，亦柔亦剛！”中南林業(yè)科技大學(xué)教授李賢軍說(shuō)，竹材的橫紋斷裂韌性與鋁合金相當，順紋抗壓強度遠超普通混凝土，強度更是鋼材的3-4倍，被稱(chēng)為“植物鋼鐵”。用竹質(zhì)集成材建造房屋既能達到安全要求，還更加環(huán)保節能。
李賢軍介紹，湖南是竹資源大省，現有竹林面積超過(guò)1800萬(wàn)畝，居全國第三。南方盛產(chǎn)楠竹，其天然竹片經(jīng)過(guò)校企聯(lián)合研發(fā)的設備與工藝技術(shù)膠合成型后，具有了優(yōu)良的力學(xué)性能。
湖南城市學(xué)院設計研究院有限公司總工程師喻常雄認為，湖南桃花江現代竹結構科研試驗樓是湖南省內首次采用竹集成材建筑房屋，開(kāi)了現代竹結構建筑之先河，具有重要的示范作用和推廣價(jià)值。
企業(yè)出題 高校解疑
竹子變鋼筋，還得解決防腐、防霉、防火、防蟲(chóng)等功能問(wèn)題。
李賢軍告訴記者，該全竹結構裝配式建筑通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)和工藝創(chuàng )新，突破竹材作為工程材，尤其是竹結構裝配式建筑用材使用時(shí)尺寸小、易霉變、易腐朽、易燃燒等技術(shù)瓶頸，運用“水性全有機防霉防腐”“連續無(wú)限接長(cháng)”“大幅面高效膠合成形”等制造技術(shù)，使得竹材霉變防治力達到100%、耐腐性能達到強耐腐Ⅰ級、防火性能達到B1級(難燃級)。
團隊多名科研人員向中青報·中青網(wǎng)記者表示，這些技術(shù)突破的背后，是與企業(yè)負責人協(xié)商，根據生產(chǎn)加工工藝中的難點(diǎn)反復攻關(guān)?！懊磕昶髽I(yè)老總都會(huì )出一二十個(gè)題目，我們會(huì )挑其中最急切的部分來(lái)做?！敝心狭謽I(yè)科技大學(xué)教授李霞鎮告訴記者，使用大尺度竹質(zhì)集成材進(jìn)行制造，就是學(xué)校團隊與企業(yè)在綠色建筑材料應用方面的開(kāi)創(chuàng )性示范，為此雙方進(jìn)行多年技術(shù)攻堅，一批青年科技人員兩地奔波。
該現代竹結構裝配式建筑科研試驗樓，已申報湖南省工業(yè)旅游示范點(diǎn)。去年8月初，湖南省委主要領(lǐng)導在看到該樓建筑施工場(chǎng)景時(shí)，要求加大對竹產(chǎn)業(yè)的宣傳力度，在長(cháng)沙湘江新區建立專(zhuān)門(mén)展示館。
一個(gè)離長(cháng)沙遙遠的小縣城企業(yè)如何與省內高校搭上界？合作雙方都稱(chēng)“說(shuō)來(lái)話(huà)長(cháng)”。
據了解，桃江縣擁有115萬(wàn)畝竹子，是湖南竹林面積最大的縣。成立于21世紀初的桃江竹科，是農業(yè)產(chǎn)業(yè)化國家重點(diǎn)龍頭企業(yè)，20余年來(lái)專(zhuān)注于高檔環(huán)保竹材研發(fā)與生產(chǎn)。
中國工程院院士、中南林業(yè)科技大學(xué)黨委書(shū)記吳義強團隊致力于對竹材科學(xué)及其深加工技術(shù)進(jìn)行研究和探索，在竹材功能性改良、竹塑復合材料等領(lǐng)域努力耕耘。接觸在竹海耕耘多年的桃江竹科后，中南林業(yè)科技大學(xué)團隊轉讓了一個(gè)高溫熱處理改性的專(zhuān)利。
“竹材在戶(hù)外環(huán)境容易長(cháng)霉，我們就通過(guò)這個(gè)技術(shù)把竹子中類(lèi)似糖分的營(yíng)養物質(zhì)在高溫缺氧的條件下處理掉，使其抗腐性大大增強?！崩钯t軍說(shuō)。
雙方合作的“蜜月”就此開(kāi)啟。
一項成果每年節省兩三百萬(wàn)元
中南林業(yè)科技大學(xué)在該公司設立省級專(zhuān)家工作站和博士創(chuàng )新站后不久，桃江竹科管理層就看到了變化。
過(guò)去，竹材的干燥都是用隧道式的窯爐，能耗高、干燥時(shí)間也較長(cháng)，更麻煩的是，干燥之后顏色不均勻，影響品質(zhì)。
于是，科研團隊就對窯爐重新改造?！皽囟仍趺纯刂?，材料在里面怎么擺放，也很有講究?！崩钕兼傉f(shuō)，比如竹子之間的間隔，竹子和氣流到底是垂直方向還是順向，都要在實(shí)驗室試驗，然后在車(chē)間里進(jìn)行一系列的操作。幾乎每個(gè)星期，團隊人員都要來(lái)工廠(chǎng)做研究，而企業(yè)也為他們提供餐宿服務(wù)。
最終，竹材干燥時(shí)間減少了一半，就此一項每年可以節省兩三百萬(wàn)元的費用，且產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。
中南林業(yè)科技大學(xué)副教授朱愿主攻的是竹材的戶(hù)外霉變——霉變影響抗拉和抗壓強度。2019年以前，這一問(wèn)題讓企業(yè)負責人頗為頭痛，因為很多產(chǎn)品要銷(xiāo)售到國外，如果防霉防腐方面出現了問(wèn)題，公司需要派人出國解決，費用高昂暫且不說(shuō)，還可能面臨巨額賠償。
在李賢軍帶領(lǐng)下，朱愿攬下了這個(gè)“題目”。他以前研究木材霉變，但竹木之間差異甚遠。與木材不同，竹材因含有較多的營(yíng)養物質(zhì)，易于發(fā)霉和腐爛，而且由于竹子的密度大，藥劑不好滲透。費了無(wú)數心力后，團隊研發(fā)出水性全有機綠色高效防腐防霉劑。
記者獲悉，中南林業(yè)科技大學(xué)與桃江竹科長(cháng)期開(kāi)展緊密的產(chǎn)學(xué)研合作，共同承擔了湖南省重點(diǎn)研發(fā)項目“大尺度竹質(zhì)集成材制造關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”、湖南省戰略性新興產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)與重大科技成果轉化“裝配式建筑竹質(zhì)墻板關(guān)鍵共性技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化”等科研項目，先后獲湖南省科技進(jìn)步獎一等獎、技術(shù)發(fā)明獎二等獎，梁希林業(yè)科學(xué)技術(shù)獎科技進(jìn)步獎二等獎。
綠色發(fā)展的又一個(gè)“風(fēng)口”
2021年，國家林業(yè)和草原局等10部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)竹產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新發(fā)展的意見(jiàn)》。2023年10月，國家發(fā)展改革委等部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《加快“以竹代塑”發(fā)展三年行動(dòng)計劃》。2023年11月，湖南省出臺《關(guān)于加快竹產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見(jiàn)》，明確到2028年實(shí)現全省竹產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值1000億元以上。
竹產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)新機遇。薛志成說(shuō)，運用現代技術(shù)和機械設備進(jìn)行大規模生產(chǎn)加工，改變了竹材的原始形態(tài)，讓平常不起眼的竹子變成了可行銷(xiāo)全球的新型高檔環(huán)保材料，以竹代鋼、以竹代塑都成為可能，顛覆了人們對竹材的傳統認知。像雄安新區市民服務(wù)中心、天津濱海新區文化中心、深圳江北郊野公園、福建海峽文化中心、西安奧體中央公園等工程項目，都大量應用竹材。
采訪(fǎng)中，中青報·中青網(wǎng)記者得知，桃江竹科還正在與中南大學(xué)、中南林業(yè)科技大學(xué)的其他科研團隊合作，將竹子進(jìn)行高溫碳化和改性處理后，做成鈉離子電池中的硬碳負極材料，應用于前景廣闊的綠色新能源產(chǎn)業(yè)。
在益陽(yáng)市馬跡塘鎮筍竹特色產(chǎn)業(yè)園里，一家竹筍加工企業(yè)利用現代食品工業(yè)的速凍鎖鮮技術(shù)，讓消費者一年四季都可以吃到新鮮竹筍；一家竹纖維加工企業(yè)，竹子和竹筍的邊角料被加工成飼料添加劑，為家畜提供營(yíng)養。
而在中南林業(yè)科技大學(xué)的實(shí)驗室內，青年教授萬(wàn)才超正在科研攻關(guān)，讓竹子變成透明且阻燃的新型玻璃……
吳義強說(shuō)，未來(lái)，竹產(chǎn)業(yè)將是綠色發(fā)展的又一個(gè)“細分風(fēng)口”?！皩ふ宜芰咸娲肥菧p少塑料使用、減輕塑料污染，從源頭解決問(wèn)題的有效途徑?！彼硎?，作為可再生、可循環(huán)、可生物降解的生物質(zhì)資源，竹材具有生長(cháng)周期短、固碳能力強以及強度高、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的綠色可持續材料。
這一方向顯然具有極高的環(huán)保意義。
根據聯(lián)合國環(huán)境規劃署(UNEP)的研究報告，全世界總計生產(chǎn)出的90億噸塑料制品中，被循環(huán)利用的僅有9%，其余大部分被填埋、焚燒或流入自然環(huán)境，對人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境造成了嚴重污染。在全球限塑、禁塑的背景下，“以竹代塑”產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)前景十分廣闊。吳義強說(shuō)，“以竹代塑”意味著(zhù)增加竹材使用率和塑料替代率，從而助推新材料、新技術(shù)和新裝備等多領(lǐng)域的科技創(chuàng )新，撬動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和轉型升級。
中青報·中青網(wǎng)記者 洪克非來(lái)源：中國青年報
2024年12月23日 08版
