竹子变“钢筋”的科技密码

来源：中国青年报

科技成果转化新质生产力

“植物钢铁”竹子，已成为日用品、建筑、新能源的理想材料

竹子变“钢筋”的科技密码

三层楼高、建筑面积1499平方米、总重量近千吨的大楼，里面没有一根钢筋水泥柱子和支撑横梁。这样的建筑，结实吗？又是怎么“盖”起来的？

近日，中青报·中青网记者走进位于湖南省益阳市桃江县的国家(桃江)楠竹产业示范园，一栋全竹结构现代装配式的科研试验楼引人注目。

竹子是如何变“钢筋”的？其强度如何，安全吗？对于在这栋大楼内办公的数十名员工而言，并没有心惊肉跳的感觉。大楼建造背后的技术团队，更是用一种成熟技术转化应用的心态来看待。

强度是钢材的3-4倍

这幢三层竹结构装配式建筑，用于科研应用与展示。单层面积约500平方米，建筑高度为12.06米，主立柱为400×500毫米截面竹集成材构件，长度超过10米。主梁是尺寸为240×600×7300毫米的一体成形竹集成材构件。

“专业上说，这叫大尺度竹质集成材。”竹楼的建设方、湖南桃花江竹材科技股份有限公司(以下简称“桃江竹科”)董事长薛志成介绍，天然竹片经过自主研发的设备热压胶合后，具有了优良的力学性能，“普通混凝土盖房子，抗压强度要求达到30兆帕。竹质集成材的抗压强度则可达70兆帕以上”。

薛志成说，竹楼建造时，先吊起21根柱子，再一根根固定，跟梁连接起来，形成一个稳定的框架结构，之后装上楼板，再配上玻璃幕墙。“竹楼”里面没有钢筋混凝土，是目前国内单体最大的全竹结构现代建筑之一。

把以往的“钢混结构”变成“竹结构”，大楼主体只用了一个星期就完成了装配。

竹子变钢筋，强度如何？中青报·中青网记者发现竹楼的承重柱，每根截面积约为A4纸大小，木色条纹，是由一根根厚度1厘米左右的扁平长竹条拼接黏合而成。用食指关节敲击，手感敦实厚重，与常规竹材轻巧柔韧的特点有很大区别。集成的竹材沉重，密度远超普通木材。在梁柱结合处，肉眼可见宽厚的白色钢板与销栓将梁、柱连接起来。

“竹楼”的建造与高校科研人员的成果转化落地息息相关。

大楼的设计团队由中南林业科技大学土木工程学院教授陈伯望领衔，而掌握竹材代替“钢筋”科技的材料科学与工程学院团队，已经与企业合作、落地科技成果近14年。衍生的诸多产品中，建造大楼的大尺度竹质集成材只是其中一项。

“竹是君子的象征，亦柔亦刚！”中南林业科技大学教授李贤军说，竹材的横纹断裂韧性与铝合金相当，顺纹抗压强度远超普通混凝土，强度更是钢材的3-4倍，被称为“植物钢铁”。用竹质集成材建造房屋既能达到安全要求，还更加环保节能。

李贤军介绍，湖南是竹资源大省，现有竹林面积超过1800万亩，居全国第三。南方盛产楠竹，其天然竹片经过校企联合研发的设备与工艺技术胶合成型后，具有了优良的力学性能。

湖南城市学院设计研究院有限公司总工程师喻常雄认为，湖南桃花江现代竹结构科研试验楼是湖南省内首次采用竹集成材建筑房屋，开了现代竹结构建筑之先河，具有重要的示范作用和推广价值。

企业出题 高校解疑

竹子变钢筋，还得解决防腐、防霉、防火、防虫等功能问题。

李贤军告诉记者，该全竹结构装配式建筑通过关键技术和工艺创新，突破竹材作为工程材，尤其是竹结构装配式建筑用材使用时尺寸小、易霉变、易腐朽、易燃烧等技术瓶颈，运用“水性全有机防霉防腐”“连续无限接长”“大幅面高效胶合成形”等制造技术，使得竹材霉变防治力达到100%、耐腐性能达到强耐腐Ⅰ级、防火性能达到B1级(难燃级)。

团队多名科研人员向中青报·中青网记者表示，这些技术突破的背后，是与企业负责人协商，根据生产加工工艺中的难点反复攻关。“每年企业老总都会出一二十个题目，我们会挑其中最急切的部分来做。”中南林业科技大学教授李霞镇告诉记者，使用大尺度竹质集成材进行制造，就是学校团队与企业在绿色建筑材料应用方面的开创性示范，为此双方进行多年技术攻坚，一批青年科技人员两地奔波。

该现代竹结构装配式建筑科研试验楼，已申报湖南省工业旅游示范点。去年8月初，湖南省委主要领导在看到该楼建筑施工场景时，要求加大对竹产业的宣传力度，在长沙湘江新区建立专门展示馆。

一个离长沙遥远的小县城企业如何与省内高校搭上界？合作双方都称“说来话长”。

据了解，桃江县拥有115万亩竹子，是湖南竹林面积最大的县。成立于21世纪初的桃江竹科，是农业产业化国家重点龙头企业，20余年来专注于高档环保竹材研发与生产。

中国工程院院士、中南林业科技大学党委书记吴义强团队致力于对竹材科学及其深加工技术进行研究和探索，在竹材功能性改良、竹塑复合材料等领域努力耕耘。接触在竹海耕耘多年的桃江竹科后，中南林业科技大学团队转让了一个高温热处理改性的专利。

“竹材在户外环境容易长霉，我们就通过这个技术把竹子中类似糖分的营养物质在高温缺氧的条件下处理掉，使其抗腐性大大增强。”李贤军说。

双方合作的“蜜月”就此开启。

一项成果每年节省两三百万元

中南林业科技大学在该公司设立省级专家工作站和博士创新站后不久，桃江竹科管理层就看到了变化。

过去，竹材的干燥都是用隧道式的窑炉，能耗高、干燥时间也较长，更麻烦的是，干燥之后颜色不均匀，影响品质。

于是，科研团队就对窑炉重新改造。“温度怎么控制，材料在里面怎么摆放，也很有讲究。”李霞镇说，比如竹子之间的间隔，竹子和气流到底是垂直方向还是顺向，都要在实验室试验，然后在车间里进行一系列的操作。几乎每个星期，团队人员都要来工厂做研究，而企业也为他们提供餐宿服务。

最终，竹材干燥时间减少了一半，就此一项每年可以节省两三百万元的费用，且产品质量得到提升。

中南林业科技大学副教授朱愿主攻的是竹材的户外霉变——霉变影响抗拉和抗压强度。2019年以前，这一问题让企业负责人颇为头痛，因为很多产品要销售到国外，如果防霉防腐方面出现了问题，公司需要派人出国解决，费用高昂暂且不说，还可能面临巨额赔偿。

在李贤军带领下，朱愿揽下了这个“题目”。他以前研究木材霉变，但竹木之间差异甚远。与木材不同，竹材因含有较多的营养物质，易于发霉和腐烂，而且由于竹子的密度大，药剂不好渗透。费了无数心力后，团队研发出水性全有机绿色高效防腐防霉剂。

记者获悉，中南林业科技大学与桃江竹科长期开展紧密的产学研合作，共同承担了湖南省重点研发项目“大尺度竹质集成材制造关键技术研究与示范”、湖南省战略性新兴产业科技攻关与重大科技成果转化“装配式建筑竹质墙板关键共性技术研究及产业化”等科研项目，先后获湖南省科技进步奖一等奖、技术发明奖二等奖，梁希林业科学技术奖科技进步奖二等奖。

绿色发展的又一个“风口”

2021年，国家林业和草原局等10部门联合印发《关于加快推进竹产业创新发展的意见》。2023年10月，国家发展改革委等部门联合印发《加快“以竹代塑”发展三年行动计划》。2023年11月，湖南省出台《关于加快竹产业高质量发展的意见》，明确到2028年实现全省竹产业年产值1000亿元以上。

竹产业发展迎来新机遇。薛志成说，运用现代技术和机械设备进行大规模生产加工，改变了竹材的原始形态，让平常不起眼的竹子变成了可行销全球的新型高档环保材料，以竹代钢、以竹代塑都成为可能，颠覆了人们对竹材的传统认知。像雄安新区市民服务中心、天津滨海新区文化中心、深圳江北郊野公园、福建海峡文化中心、西安奥体中央公园等工程项目，都大量应用竹材。

采访中，中青报·中青网记者得知，桃江竹科还正在与中南大学、中南林业科技大学的其他科研团队合作，将竹子进行高温碳化和改性处理后，做成钠离子电池中的硬碳负极材料，应用于前景广阔的绿色新能源产业。

在益阳市马迹塘镇笋竹特色产业园里，一家竹笋加工企业利用现代食品工业的速冻锁鲜技术，让消费者一年四季都可以吃到新鲜竹笋；一家竹纤维加工企业，竹子和竹笋的边角料被加工成饲料添加剂，为家畜提供营养。

而在中南林业科技大学的实验室内，青年教授万才超正在科研攻关，让竹子变成透明且阻燃的新型玻璃……

吴义强说，未来，竹产业将是绿色发展的又一个“细分风口”。“寻找塑料替代品是减少塑料使用、减轻塑料污染，从源头解决问题的有效途径。”他表示，作为可再生、可循环、可生物降解的生物质资源，竹材具有生长周期短、固碳能力强以及强度高、韧性好等优点，是理想的绿色可持续材料。

这一方向显然具有极高的环保意义。

根据联合国环境规划署(UNEP)的研究报告，全世界总计生产出的90亿吨塑料制品中，被循环利用的仅有9%，其余大部分被填埋、焚烧或流入自然环境，对人类赖以生存的环境造成了严重污染。在全球限塑、禁塑的背景下，“以竹代塑”产业的市场前景十分广阔。吴义强说，“以竹代塑”意味着增加竹材使用率和塑料替代率，从而助推新材料、新技术和新装备等多领域的科技创新，撬动整个行业的技术进步和转型升级。

中青报·中青网记者 洪克非来源：中国青年报