Что прочнее сталь или бамбук
Обновлено: 16.05.2024
Каковы их сравнительные преимущества в различных направлениях и направлениях?
Я много читал в Интернете, но, похоже, не могу найти однозначного сравнения, которое говорит о цифрах и конкретном сравнении чисел в разных направлениях.
Существуют ли конкретные эксперименты или исследования, результаты которых можно изложить здесь?
Посмотрите внимательно на то, что на самом деле сравнивается. Во второй ссылке говорится: «Наш [бамбуковый композитный] материал составляет всего четверть веса стали. С точки зрения прочности к весу он работает лучше, чем сталь». Таким образом, здесь сравнивается не прочность на разрыв, а удельная прочность, которая является важным материальным параметром в гражданском строительстве.
@Robin - если возможно, расскажите об этом подробнее. Я не могу вспомнить все отличительные особенности сильных / стрессовых / деформационных разновидностей из моих дней в колледже Engg
На мой взгляд, главное, что вы должны смотреть на приложение. Не имеет смысла сравнивать сталь с бамбуком только ради этого. Они слишком разные. Это также ядро того, что написал starrise. Поэтому я боюсь, что не могу больше писать на эту тему.
Категорически заявлять, что бамбук прочнее стали, немного похоже на утверждение, что автомобили быстрее самолетов. На первый взгляд, это немного шокирует и кажется неправильным. Но автомобиль с ракетным двигателем, безусловно, будет быстрее, чем самолет с одним винтом, на коротком расстоянии по контролируемой трассе. С другой стороны, та же самая ракетная машина проиграет в гонке на путевой скорости черному дрозду SR-71 примерно в 2,5 раза. Обратите внимание, что у каждого транспортного средства есть свои преимущества и недостатки, помимо измерения скорости. Так что это идет с широкими сравнениями материалов. Бамбук может быть прочным, но есть стали, которые почти наверняка будут прочнее. Бамбуковые волокна могут быть более прочными, чем сам бамбук, или даже более прочными, чем некоторые стали, но, вероятно, все еще не приблизятся к прочности самых прочных сталей.
Стали с самой высокой прочностью имеют изотропную прочность около $ 2 \ \ textrm $ и имеют пластичность от $ 3 \% $ до $ 10 \% $. Волокна кевлара около $ 3 \ \ textrm $, но только вдоль их длины. Их поперечная сила ближе к $ 50 \ \ textrm $, и они имеют ограниченную растяжимость, ближе к $ 1 \% $. Все эти значения доступны в Интернете и во многих учебниках. Труднее найти данные по бамбуковому волокну, но источники Вот а также Вот (обе ссылки заканчиваются на ScienceDirect и являются рецензируемыми журнальными статьями) дают интересные результаты. Прежняя ссылка имеет либо $ 350 \ \ textrm $, либо $ 550 \ \ textrm $ в зависимости от метода подготовки, без сообщаемой дисперсии (хотя, вероятно, существует значительная разница, о ней не сообщалось). Последняя ссылка дает $ 650 \ pm175 \ \ textrm $ и $ 800 \ pm100 \ \ textrm $ для различных методов подготовки. Обратите внимание, что эти значения по всей длине волокна. Значений поперечной прочности не обнаружено, хотя, вероятно, она на порядок ниже продольной прочности, если механизмы аналогичны небиологическим полимерам. И, во всяком случае, прочность волокон вводит в заблуждение, поскольку волокна должны быть смешаны в композит полимер-матрица для любого использования (за исключением, возможно, в виде веревок), что приведет к значениям прочности, меньшим, чем у одних волокон.
Измерение прочности бамбуковых растений является сложной задачей из-за различий в размерах и форме, а также из-за трудностей с поиском подходящих измерительных инструментов или даже из-за того, какие геометрические значения измерять. Мне не удалось найти какую-либо информацию на тему растений бамбука.
Как и в случае всех проблем с выбором материала, существуют и другие компромиссы, которые стоит рассмотреть в зависимости от применения и требований. Некоторые факторы, которые следует учитывать, включают экологические факторы (бамбук является возобновляемым), факторы окружающей среды (бамбук огнеопасен), факторы нагрузки (сталь может быть пластичной, а ее высокие свойства изотропными), а также соображения веса (бамбук гораздо менее плотный) Другим важным фактором является обработка: сталь всегда изначально изготавливают путем литья в обычную форму, а затем в процессе обработки или непосредственно в форму путем литья. Процесс интенсивный, но относительно простой и понятный. Для формирования бамбукового композита необходимо отделить волокна от оставшегося растительного материала, нарезать их по размеру, покрыть их проклейкой для обеспечения совместимости с матричным материалом, смешать с матричной смолой и, наконец, сформировать форму. Некоторые из этих шагов и то, как они влияют на свойства, еще не совсем понятны.
Топ-25: самые прочные и твердые материалы, известные науке
Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!
25. Алмазы
Фото: pixabay
Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.
24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini
Фото: pixabay
В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!
23. Аэрографит
Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.
22. Палладиевое металлическое стекло
Фото: pixabay
Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.
21. Карбид вольфрама
Фото: pixabay
Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.
20. Карбид кремния
Фото: Tiia Monto
Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.
19. Кубический нитрид бора
Фото: wikimedia commons
Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.
18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)
Фото: Justsail
Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.
17. Титановые сплавы
Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)
Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.
16. Сплав Liquidmetal
Фото: pixabay
Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).
15. Наноцеллюлоза
Фото: pixabay
Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.
14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»
Фото: pixabay
Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно зубы морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.
13. Мартенситно-стареющая сталь
Фото: pixabay
Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.
Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.
11. Кевлар
Фото: wikimedia commons
Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.
СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.
9. Графен
Фото: pixabay
Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!
8. Бумага из углеродных нанотрубок
Фото: pixabay
Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят сталь в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.
7. Металлическая микрорешетка
Фото: pixabay
Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.
6. Углеродные нанотрубки
Фото: User Mstroeck / en.wikipedia
Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.
5. Аэрографен
Фото: wikimedia commons
Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.
4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)
Фото: pixabay
Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.
3. Карбин
Фото: Smokefoot
Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!
2. Нитрид бора вюрцитной модификации
Фото: pixabay
Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.
1. Лонсдейлит
Фото: pixabay
Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.
Бамбуковая конструкция - Bamboo construction
Бамбук можно использовать в качестве строительного материала для строительных лесов , мостов , домов и зданий. Бамбук, как и дерево , представляет собой натуральный композитный материал с высоким соотношением прочности и веса, пригодный для строительства. Отношение прочности к весу у бамбука такое же, как у древесины, а его прочность, как правило, аналогична прочной древесине хвойных или твердых пород.
Бамбук - одно из самых быстрорастущих растений в мире благодаря уникальной системе, зависящей от корневища . Некоторые виды бамбука могут вырасти до 91 см за 24 часа, или почти 4 см / ч.
СОДЕРЖАНИЕ
Историческое использование бамбука для строительства
В естественном виде бамбук как строительный материал традиционно ассоциируется с культурами Южной Азии, Восточной Азии, южной части Тихого океана, Центральной и Южной Америки. В Китае и Индии бамбук использовался для удержания простых подвесных мостов путем изготовления тросов из расщепленного бамбука или скручивания целых стеблей достаточно гибкого бамбука вместе. Об одном таком мосте в районе Цянь-Сянь упоминается в письменных источниках, датируемых 960 годом нашей эры, и, возможно, он существовал еще в третьем веке до нашей эры, в основном благодаря постоянному обслуживанию.
Бамбук также издавна использовался в качестве строительных лесов; эта практика была запрещена в Китае для зданий более шести этажей, но до сих пор постоянно используется для небоскребов в Гонконге. На Филиппинах хижина нипа является довольно типичным примером самого простого жилья, в котором используется бамбук; стены разделены и сотканы из бамбука, а в качестве опоры могут использоваться бамбуковые рейки и шесты. В японской архитектуре бамбук используется в основном в качестве дополнительного и / или декоративного элемента в зданиях, таких как ограды, фонтаны, решетки и водостоки, в основном из-за большого количества качественной древесины.
В некоторых частях Индии бамбук используется для сушки одежды в помещении, как в качестве прута высоко под потолком, на котором можно вешать одежду, так и в качестве палки, которой владеют с приобретенными экспертными навыками, чтобы поднимать, раскладывать и снимать одежду после высыхания. Из него также обычно делают лестницы, которые, помимо своей обычной функции, также используются для переноски тел на похоронах. В Махараштре бамбуковые рощи и леса называются Велувана, название велу для бамбука, скорее всего, происходит от санскрита, а вана означает лес. Кроме того, бамбук также используется для создания флагштоков для индуистских религиозных флагов шафранового цвета, которые можно увидеть развевающимися по всей Индии, особенно в Бихаре и Уттар-Прадеше .
В Центральной и Южной Америке бамбук является важной частью строительной культуры. Были разработаны такие народные формы жилья, как бахареке , в которых используется бамбук в очень сейсмических районах. Было установлено, что в хорошем состоянии и в хорошем состоянии они на удивление хорошо справляются с землетрясениями.
Современное использование бамбуковых круглых столбов для строительства
За последние несколько десятилетий наблюдается рост интереса к использованию круглых бамбуковых столбов для строительства, в первую очередь из-за их устойчивости. Среди известных бамбуковых архитекторов и строителей - Симон Велес , Марсело Вильегас, Оскар Идальго-Лопес, Йорг Штамм, Во Тронг Нгиа , Элора Харди и Джон Харди . На сегодняшний день самые громкие строительные проекты из бамбука, как правило, происходят во Вьетнаме, Бали (Индонезия), Китае и Колумбии. Наибольшие успехи в структурном использовании бамбука были достигнуты в Колумбии, где университеты проводили значительные исследования в области проектирования элементов и соединений, а также были построены большие высокопрофильные здания и мосты. В Бразилии бамбук изучается более 40 лет в Папском католическом университете Рио-де-Жанейро PUC-Rio для структурных применений. Некоторые важные результаты: бамбуковые велосипеды, бамбуковая космическая конструкция с жесткими стальными соединениями, складывающиеся павильоны из бамбуковой конструкции и бамбуковая конструкция амфитеатра с активным изгибом и гибкими шарнирами.
Коды структурного проектирования
Первые коды структурного проектирования для круглого бамбука были опубликованы ISO в 2004 году (ISO 22156 Бамбук - структурное проектирование, ISO 22157-1 Бамбук - Определение физических и механических свойств, часть 1 и ISO 22157-2 Бамбук - Определение физических свойств). и Механические свойства, часть 2: Лабораторное руководство. Колумбия была первой страной, опубликовавшей специфические для страны нормы в отношении структурного использования бамбука (NSR-10 G12). С тех пор все опубликованные коды были опубликованы в Эквадоре, Перу, Индии и Бангладеш. Кодекс Колумбии по-прежнему считается наиболее надежным и всеобъемлющим.
Изогнутые структурные формы
Тепло и давление иногда традиционно используются для формирования изогнутых форм бамбука.
Структурное поведение
Типичный бамбук демонстрирует нелинейное поведение напряжения-деформации - он может сдерживать деформацию до 0,05, пока не сломается, при этом уровень напряжения может составлять около 300 МПа.
Долговечность
Бамбук более подвержен гниению, чем древесина, из-за отсутствия естественных токсинов и его обычно тонких стенок, что означает, что небольшое количество гниения может означать значительное процентное изменение емкости. Есть три причины гниения: нападение жуков, нападение термитов и поражение грибами (гниль). Необработанный бамбук может храниться 2–6 лет внутри помещения и менее года при контакте с водой.
Чтобы уберечь бамбук от гниения, необходимы два принципа конструкции:
- Бамбук необходимо поддерживать в сухом состоянии на протяжении всей жизни, чтобы защитить его от гнили ( грибка ). Этот фундаментальный архитектурный принцип называется «долговечность по дизайну» и включает поддержание бамбука в сухом состоянии с помощью надлежащих методов проектирования, таких как поднятие конструкции над землей, использование влагонепроницаемых мембран, наличие хороших каплеуловителей, хорошие свесы крыши, использование водонепроницаемых покрытий для стены и т. д.
- Бамбук необходимо обработать, чтобы защитить его от насекомых (а именно жуков и термитов). Наиболее распространенным и подходящим химическим веществом для обработки бамбука является бор, обычно это смесь буры и борной кислоты , но он также входит в состав одного соединения (декагидрат тетрабората натрия).
Оба принципа должны применяться к конструкции, чтобы защитить бамбук. Сам по себе бор недостаточен для защиты от гниения, и он вымывается под воздействием воды.
В качестве альтернативы бору можно использовать современные фиксированные консерванты, такие как азол меди , однако до настоящего времени с помощью этих методов было надежно протестировано небольшое количество бамбука. Кроме того, они, как правило, более опасны для лечебных работников и конечного пользователя и поэтому менее подходят для развивающихся стран, где в настоящее время в основном используется бамбук.
Естественные формы обработки бамбука, такие как замачивание в воде и воздействие дыма, могут обеспечить некоторую ограниченную защиту от жуков, однако мало доказательств того, что они эффективны против термитов и гнили, и поэтому обычно не используются в современном строительстве.
Современное использование ламинированного бамбука для строительства
Бамбук можно разрезать и ламинировать на листы и доски. Этот процесс включает разрезание стеблей на тонкие полоски, их выравнивание и сушку; затем их склеивают, прессуют и обрабатывают. Давно использовавшиеся в Китае и Японии, предприниматели начали разрабатывать и продавать ламинированные бамбуковые полы на Западе в середине 1990-х годов; Продукция из бамбукового ламината, включая напольные покрытия, шкафы, мебель и даже украшения, в настоящее время набирает популярность, переходя от рынка бутиков к основным поставщикам, таким как Home Depot . Ожидается, что к 2012 году производство бамбуковых товаров (которое также включает мелкие товары, ткани и т. Д.) Будет стоить 25 миллиардов долларов. Качество бамбукового ламината варьируется среди производителей и зависит от зрелости растения, с которого он был собран (шесть лет считается оптимальным).
Распространенные мифы и заблуждения об использовании бамбука для строительства
Существует ряд распространенных мифов и заблуждений, связанных с использованием бамбука в строительстве.
Миф 1: « Бамбук прочнее стали ».
Это очень распространенное утверждение, полученное из двух источников:
- Поскольку бамбук имеет отношение прочности к весу, подобное мягкой стали, некоторые люди связывают это с реальной прочностью.
- Несколько лабораторных испытаний показали, что некоторые части некоторых видов стеблей имеют предел прочности при растяжении, приближающийся к низкоуглеродистой стали (250 Н / мм 2 ).
В действительности, однако, даже если некоторые волокна некоторых видов демонстрируют относительно высокую прочность, согласно международной практике, расчетная прочность, которую можно безопасно использовать, приближается к 5–10% от этого значения, чтобы учесть вариативность прочности.
Миф 2: « Бамбук нужно только обработать, чтобы защитить его от гниения ».
Как описано выше, бамбук также необходимо хранить в сухом состоянии, чтобы защитить его от гниения, и многие существующие бамбуковые конструкции демонстрируют признаки гниения, поскольку они изначально не соответствовали принципам долговечности.
Миф 3: « Бамбук хорошо работает в землетрясениях , потому что это качается" и „поглощает энергию“. »
Бамбук - хрупкий материал, поэтому сам по себе не может поглощать энергию землетрясений. Также нет преимущества его низкой жесткости с точки зрения характеристик бамбуковых зданий при землетрясениях. Вместо этого бамбуковые конструкции в первую очередь хороши при землетрясениях, потому что:
- Они, как правило, легкие.
- Соединения в бамбуковых зданиях могут поглощать некоторую энергию.
Миф 4: « Болтовые соединения нельзя использовать в бамбуковых конструкциях ».
Простые болтовые соединения могут стать хрупкими из-за продольного раскола бамбуковых стеблей. Ограничение бамбуковых стеблей в зонах соединения увеличивает устойчивость к этому режиму разрушения и значительно улучшает прочность и пластичность.
Что еще более важно, болтовые соединения демонстрируют предсказуемую податливость. Это жизненно важно для выполнения рационального инженерного проектирования. Болты также широко доступны, просты в использовании и универсальны.
Миф 5: « Бамбук можно использовать вместо стали в арматуре ».
Это заблуждение проистекает из первоначальной идеи, что бамбук прочнее стали и, следовательно, может просто заменить сталь в железобетоне.
На самом деле бамбук не может служить заменой стали в бетоне по следующим причинам:
- Бамбук имеет ≈ 1 / 30th из емкости с высоким пределом текучести стали , которая является наиболее широко в настоящее время используется в строительстве, так можно был бы необходим 30 × дополнительного материала. В железобетоне для этого нет места.
- Чтобы обеспечить надлежащее соединение бамбука и бетона, необходимо использовать дорогостоящие химические вещества для образования соединения, которое вредно для окружающей среды.
- Бетон не может защитить бамбук от поражения грибами и термитами.
- Бамбук - хрупкий материал, поэтому сам по себе не может поглощать энергию при землетрясении, в отличие от стали.
- Если учесть все вышеперечисленное, бетон, армированный бамбуком, оказывает более сильное воздействие на окружающую среду, чем бетон, армированный сталью.
Тематические исследования
Бамбук использовался для изготовления элементов конструкции павильона Индии на выставке Expo 2010 в Шанхае. Павильон представляет собой самый большой в мире бамбуковый купол диаметром около 34 м (112 футов) с бамбуковыми балками / элементами, перекрытыми железобетонной плитой, гидроизоляцией, медной пластиной, солнечными фотоэлектрическими панелями, небольшой ветряной мельницей и живыми растениями. Всего было использовано 30 км бамбука. Купол опирается на стальные сваи длиной 18 м и серию стальных кольцевых балок. Бамбук обработали бурой и борной кислотой в качестве антипирена и инсектицида и согнули до нужной формы. Бамбуковые секции были соединены арматурными стержнями и бетонным раствором для получения необходимой длины.
Бамбук успешно использовался для строительства жилья в Коста-Рике, Эквадоре, Сальвадоре, Колумбии, Мексике, Непале и на Филиппинах. Подходящим способом использования бамбука в качестве жилья считается «bahareque encemendato» или «улучшенный bahareque» / «спроектированный bahareque». В этом методе используется традиционная для Латинской Америки строительная система bahareque (производное от плетения и мазки) , благодаря чему она стала значительно более прочной и устойчивой к землетрясениям и тайфунам.
Выращивание
Сбор урожая
Бамбук, используемый в строительных целях, необходимо собирать, когда стебли достигают максимальной прочности и когда уровень сахара в соке самый низкий, поскольку высокое содержание сахара увеличивает легкость и скорость заражения вредителями .
Сбор бамбука обычно проводится в соответствии со следующими циклами:
Жизненный цикл стебля Поскольку каждый отдельный стебель проходит 5–7-летний жизненный цикл, в идеале необходимо позволить стеблю достичь этого уровня зрелости до сбора урожая на полную мощность. Расчистка или прореживание стеблей, особенно старых гниющих стеблей, помогает обеспечить достаточный свет и ресурсы для нового роста. Ухоженные кусты могут иметь продуктивность в 3–4 раза выше, чем у неубранных диких групп. В соответствии с описанным выше жизненным циклом бамбук собирают от двух-трех до пяти-семи лет, в зависимости от вида. Годовой цикл Поскольку весь рост нового бамбука происходит во время сезона дождей , нарушение куста на этом этапе потенциально может повредить будущий урожай. Также во время этого периода обильных дождей уровни сока достигают максимума, а затем уменьшаются к сухому сезону . Сбор непосредственно перед влажным сезоном / сезоном роста также может повредить новые побеги. Следовательно, сбор урожая лучше всего за несколько месяцев до начала сезона дождей. Суточный цикл В самый разгар дня фотосинтез находится на пике, производя самый высокий уровень сахара в соке, что делает это время дня наименее идеальным для сбора урожая. Многие традиционные практики считают, что лучшее время для сбора урожая - рассвет или закат на убывающей луне.
Дополнительные изображения
Бамбук долгое время использовался в качестве сборочного материала в Гонконге из-за его универсальности.
Бамбук в строительстве
Во многих странах, в которых растет бамбук, он используется в строительстве. В других странах стебли бамбука и его части иногда применяют в малых постройках, таких как беседки.
В этом ресторане бамбук применен как отделочный и декоративный материал
Бамбуку как строительному материалу присвоено три стандарта Международной организации по стандартизации ISO (International Organization for Standardization).
ISO 22156:2004 применяется к структурам из бамбука, например, это стволы, расщепленные стволы, клееный ламинированный или панели на его основе, соединенные клеем или механическим способом. Он относится к требованиям по механической прочности, долговечности и другим свойствам.
ISO 22157-1:2004 определяет методы для оценки содержания в бамбуке влажности, усадки, сжатия, изгиба и других характеристик.
ISO/TR 22157-2:2004 дает информацию для исследователей лабораторий по порядку проведения тестов по предыдущему стандарту ISO 22157-1:2004.
Причинами, по которым бамбук довольно широко применяется в малоэтажном строительстве в ряде стран, являются его достаточная для этого прочность, дешевизна и почти такая же технологичность, как у дерева. Недостатком необработанного ствола бамбука по сравнению с деревянными досками и брусьями является круглое, а не прямоугольное сечение. Отсюда — неплотное примыкание деталей.
Прочность на растяжение бамбука очень высока, если сравнить со сталью. Причина этого заключается в том, что волокна бамбука проходят в осевом направлении (параллельно его длине). При измерении прочности на сжатие или растяжение бамбука в этом направлении большинство его видов в несколько раз прочнее стали. Однако бамбук хрупкий в направлении перпендикулярном оси ствола и касательной окружности на поверхности.
В некоторых странах из бамбука изготавливают отделочные доски и даже брус для межэтажных перекрытий, например, в Нидерландах. У этих стройматериалов технологические качества значительно выше: они имеют стандартные размеры и плотно примыкают друг к другу и к другим плоским поверхностям.
Недавно появился новый строительный материал — бамбуко-бетон. По аналогии с железобетоном можно понять, что бамбук используется здесь в качестве арматуры. Бамбуко-бетон востребован в тех развивающихся странах, где нет своего производства стали и она очень дорогая. При всех положительных сторонах, эта технология еще до конца не отработана. Научная лаборатория из Сингапура Future Cities Laboratory плотно занимается изучением строительного потенциала бамбука. За свои эксперименты в этой области учёные этой лаборатории получили премию Zumtobel Group Award. В ряде случаев возможность замены стали бамбуком в бетоне вызвана его прочностью и упругостью.
Брус из прессованного бамбука применяют в межэтажных перекрытиях, а доски — там, где используются обычные доски, конечно, с учетом экономической целесообразности такой замены.
Интересным является применение нескольких слегка гнутых бамбуковых стволов, соединенных вместе, в качестве арочных конструкций, поддерживающих навесные крыши. Для самих крыш стали изготавливать гофрированные бамбуковые листы.
Из стволов бамбука в тропических странах строят широкий спектр малых и средних зданий. Это бунгало на пляжах и курортах, кафе и рестораны, склады, манежи, наблюдательные вышки, магазины, летние театры и многое другое. Но приобретает ощутимые черты массового строительства и сооружение целых домов из бамбука .
Бамбук имеет малый вес, что способствует быстрому монтажу и транспортировке на строительные площадки.
Любители восточных мотивов в странах умеренного пояса из бамбука обычно строят беседки на приусадебных участках.
На стройках рабочие применяют некоторые инструменты и приспособления из бамбука. Это приставные лестницы, строительные леса, подпорки (например, под горизонтальную опалубку).
Из-за относительной дороговизны бамбука в странах умеренного пояса в этом качестве его можно использовать там, где требуется небольшое количество материала, например в недлинных приставных лестницах на приусадебном участке. Такая лестница при достаточном диаметре стволов выйдет прочной и легкой, что немаловажно при ее частых переносах. Можно изготовить и накладную лестницу на кровлю при ее ремонте. Передвигать ее также будет легко.
Для садового хозяйства выпускается различный инструмент с ручками из бамбука. Например, для граблей, малярных кистей, лопаток.
Как отделочный материал внутри помещений бамбук имеет мало конкурентов. Многие жильцы заказывают такую отделку индивидуально или осуществляют ее самостоятельно. При строительстве зданий в России это встречается довольно редко. Это объяснимо — в каждой стране должен быть свой стиль, отражающий национальные традиции и использующий местные материалы. Больше бамбук встречается там, где растет, но не только. К нему прибегают в дорогих проектах в страх умеренного пояса. Например, на внутренней отделке крыши четвертого терминала аэропорта Барахас в Мадриде использованы тонкие планки из китайского бамбука высочайшего качества.
Как декоративный материал бамбук применяется в ресторанах, кафе, отелях, кинотеатрах при устройствах композиций. Это часто можно встретить и в России, в ресторанах китайской, вьетнамской и японской кухни. Например, картины в обрамлении рамок из бамбука.
Несмотря на ряд преимуществ, данный строительный материал имеет некоторые недостатки, которые ограничивают его массовое применение в строительстве. Влага является главным врагом бамбука, она увеличивает риск порчи его древесины грибками и насекомыми. Поэтому лучшее время для сбора бамбука — наиболее прохладный сезон.
Использование бамбука в строительстве позволяет сохранять большие площади лесов.
Читайте также: