0 引言

　　竹材生长周期短，是可再生、易降解的绿色环保生物质材料。工程竹是将圆竹经切削、蒸煮、炭化、干燥、胶合等工艺制成的型材，目前适用于作为建筑承重结构的工程竹包括胶合竹和重组竹。胶合竹又称为竹集成材，是以定宽精刨竹片为构成单元，按顺纹组坯，经热压胶合而成的板材或方材。重组竹是以竹束为构成单元，浸渍水溶性酚醛树脂，干燥后按顺纹组坯，经热压胶合而成的板材或方材^[1]。上述2种竹材尺寸规整、性能稳定，突破了圆竹在尺寸、连接等方面的限制，是竹结构建筑由个体化走向工业化的突破。

　　竹材中含有纤维素、木质素、半纤维素等成分，在自然环境下易发生老化变质，引起自由基断裂，使颜色及物理力学性能发生不可逆的变化，降低结构安全性^[2,3]。

　　对于工程竹耐久性，单波等^[4]对人工气候加速老化试验方法进行研究，该方法能综合模拟光照、干湿度和温度变化的影响;张晓冬等^[5]对用于公交车底板的竹木复合材料进行6个循环周期老化试验，测试材料吸水性及厚度膨胀率;秦莉^[6]对重组竹进行加热，分析热处理对重组竹物理力学性能及化学成分的影响;魏万姝等^[7]选用由不同竹龄竹材制备的重组竹，分析竹龄对重组竹强度和耐久性的影响;杨忠等^[8]设计木材试件加速腐朽试验方法，对木材腐朽时间和腐朽程度进行人为控制;任海青等^[9]和任红玲等^[10]利用扫描电子显微镜对白腐菌和褐腐菌侵腐竹材显微构造进行观察，探讨竹材腐蚀机理。

　　本研究开展工程竹干湿循环人工加速老化试验，研究胶合竹和重组竹干湿循环老化后的物理力学性能变化，并与花旗松进行对比，为工程竹结构设计和维护提供技术支撑。

　　1 试验概况

　　1.1 试件设计及制作

　　选用胶合竹、重组竹和花旗松3种板材进行试验，每种板材均从同批板材中随机选取，并将其切割成符合试验尺寸要求的试件，由于目前尚无针对工程竹的标准试验方法，因此本试验参考木材相关测试标准进行，测试参数包括尺寸、质量、密度、顺纹抗压强度、顺纹抗压弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量(见表1)。通过3种板材干湿循环老化前后测试参数的变化反映湿度对工程竹物理力学性能的影响。

　　表1 物理力学性能测试内容 

　　表1 物理力学性能测试内容

　　1.2 试验方案

　　干湿循环人工加速老化试验参考GB/T17657—2013《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》^[16]进行，首先将试件浸泡于(20±3)℃清水中，12h后取出，擦干表面水分，然后将试件置于电热鼓风干燥箱中，先设置60℃保持4h，再设置(103±2)℃保持8h，此为1个循环。将试件分为5组(每组6个)，其中1组作为对比试件，置于恒温恒湿箱中。其余4组分别进行1,2,4,8次循环试验，试验结束后，按JG/T 199—2007《建筑用竹材物理力学性能试验方法》^[17]将试件置于(20±2)℃、相对湿度(65±5)%的恒温恒湿箱中存放14d以上，待含水率达到稳定状态后进行测试。

　　1.3 物理力学性能测试

　　使用精度为0.01mm的游标卡尺测量试件沿长度、宽度和厚度方向的尺寸，使用精度为0.001g的电子天平测量试件质量。物理力学性能测试在100kN微机控制环刚度试验机上进行，根据抗压强度试验结果，在顺纹抗压弹性模量试验中，胶合竹试件变形下、上限荷载分别取2.5,7.5kN，重组竹试件分别取3,10kN，花旗松试件分别取2,5kN，在抗弯弹性模量试验中3种试件变形下、上限荷载均分别取300,700N。

　　2 试验结果

　　2.1 物理性能

　　试件尺寸、质量和密度变化如表2所示，其中正值表示数值增大，负值表示数值减小;L₁,L₂表示横纹方向，L₃表示顺纹方向，应注意，胶合竹试件2种横纹方向不同，L₂为竹片压制方向，不区分其余2种试件横纹方向。由表2可知，胶合竹试件经干湿循环老化后，L₁,L₂方向尺寸变化率基本随着循环次数的增加而增大，经8次循环后分别减小1.2%,1.3%,L₃方向尺寸较稳定，经8次循环后减小0.3%;重组竹试件经干湿循环老化后，顺纹方向尺寸变化率小于横纹方向，经8次循环后，L₁,L₂,L₃方向尺寸分别减小3.5%,3.6%,0.2%;胶合竹试件横纹方向尺寸稳定性优于重组竹试件，二者顺纹方向尺寸稳定性接近;花旗松试件经干湿循环老化后尺寸增大，顺纹方向尺寸变化率较大，经8次循环后，L₁,L₂,L₃方向尺寸分别增大1.3%,0.3%,1.4%。综上所述，经干湿循环老化后，胶合竹、重组竹试件尺寸减小，花旗松试件尺寸增大;重组竹试件横纹方向尺寸变化率最大;胶合竹、重组竹试件顺纹方向尺寸稳定性优于花旗松试件。

　　胶合竹、重组竹试件经干湿循环老化后质量减小，而花旗松试件质量随着循环次数的增加先增大后减小，这是因为短期内平衡含水率有所波动。胶合竹、重组竹、花旗松试件经8次循环后质量变化率分别减小4.1%,9.7%,1.3%，可知胶合竹、重组竹试件质量变化率高于花旗松试件，且质量变化率随着循环次数的增加而增大，说明随着材料用胶量的增加，经干湿循环老化后的质量损失增大。

　　表2 物理性能变化结果  

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　　表2 物理性能变化结果

　　3种试件密度基本随着循环次数的增加而减小，胶合竹、重组竹试件经2次循环时密度有所波动。

　　2.2 顺纹抗压强度和顺纹抗压弹性模量

　　试件顺纹抗压强度如图1所示，由图1可知，随着循环次数的增加，胶合竹、花旗松试件顺纹抗压强度先减小后增大再减小，经8次循环后分别减小4.6%,8.3%;重组竹试件顺纹抗压强度逐渐增大，经8次循环后增大70.4%。

　　图1 试件顺纹抗压强度  

　　试件典型受压应力-应变曲线如图2所示，顺纹受压破坏形态如图3所示。由图2可知，胶合竹、重组竹试件承载力达到峰值后缓慢减小;花旗松试件变形较小。由图3可知，胶合竹、花旗松试件破坏时产生的裂缝较少，发生纤维滑移现象;重组竹试件出现多条顺纹裂缝，发生劈裂破坏，试件被分成若干层，相比未老化试件，破坏时能量释放更突然。

　　试件顺纹抗压弹性模量如图4所示，由图4可知，胶合竹试件顺纹抗压弹性模量受干湿循环老化的影响最小，呈小幅度减小趋势，经8次循环后减小8.3%;重组竹试件顺纹抗压弹性模量经8次循环后增大7.8%;花旗松试件顺纹抗压弹性模量经1次循环后减小明显，降幅达19.6%，然后随着循环次数的增加呈先增大后减小再增大的趋势，经8次循环后减小14.1%。综上所述，经8次循环后，胶合竹、花旗松试件顺纹抗压弹性模量有所减小，而重组竹试件有所增大。

　　图2 试件受压应力-应变曲线  

　　图3 试件破坏形态  

　　图4 试件顺纹抗压弹性模量  

　　2.3 抗弯强度和抗弯弹性模量

　　试件抗弯强度如图5所示，由图5可知，胶合竹、重组竹试件抗弯强度经1次循环后分别减小8.2%,18.6%，然后随着循环次数的增加先增大后减小;花旗松试件抗弯强度经2次循环后减小22.2%，然后随着循环次数的增加先增大后减小;经8次循环后，胶合竹、重组竹、花旗松试件抗弯强度分别减小21.2%,26.9%,27.0%。与抗压强度相比，工程竹经干湿循环老化后的抗弯强度减小趋势更明显。

　　图5 试件抗弯强度  

　　试件抗弯弹性模量如图6所示，由图6可知，胶合竹试件抗弯弹性模量经2次循环后增大8.8%，然后随着循环次数的增加逐渐减小，经8次循环后减小13.1%;重组竹试件抗弯弹性模量经2次循环后增大9.0%，然后随着循环次数的增加变化幅度较小，经8次循环后增大8.7%;花旗松试件抗弯弹性模量经1次循环后增大14.7%，然后随着循环次数的增加先减小后增大再减小，经8次循环后减小2.4%。

　　图6 试件抗弯弹性模量  

　　3 结语

　　1)经干湿循环老化后，胶合竹、重组竹试件尺寸减小，花旗松试件尺寸增大;胶合竹、花旗松试件横纹方向尺寸稳定性优于重组竹试件，重组竹、胶合竹试件顺纹方向尺寸稳定性优于花旗松试件。

　　2)胶合竹、花旗松试件经干湿循环老化后顺纹抗压强度小幅度减小，受压破坏时具有较好的延性。重组竹试件经干湿循环老化后顺纹抗压强度有所增大，但出现多条裂缝，发生劈裂破坏，相比未老化试件，破坏时能量释放更突然。经干湿循环老化后，胶合竹、花旗松试件顺纹抗压弹性模量小幅度减小，重组竹试件小幅度增大。

　　3)经干湿循环老化后，3种试件抗弯强度均呈减小趋势。胶合竹、花旗松试件抗弯弹性模量经8次循环后有所减小，重组竹试件有所增大。相比抗压性能，工程竹抗弯性能更易受湿度变化的影响，这对工程竹结构设计和维护具有一定指导意义。