科技成果轉(zhuǎn)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(jié)實(shí)嗎？又是怎么“蓋”起來(lái)的？

　　近日，中青報(bào)·中青網(wǎng)記者走進(jìn)位于湖南省益陽(yáng)市桃江縣的國(guó)家(桃江)楠竹產(chǎn)業(yè)示范園，一棟全竹結(jié)構(gòu)現(xiàn)代裝配式的科研試驗(yàn)樓引人注目。

　　竹子是如何變“鋼筋”的？其強(qiáng)度如何，安全嗎？對(duì)于在這棟大樓內(nèi)辦公的數(shù)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(tuán)隊(duì)，更是用一種成熟技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的心態(tài)來(lái)看待。

　　強(qiáng)度是鋼材的3-4倍

　　這幢三層竹結(jié)構(gòu)裝配式建筑，用于科研應(yīng)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(gòu)件，長(zhǎng)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(gòu)件。

　　“專業(yè)上說(shuō)，這叫大尺度竹質(zhì)集成材?！敝駱堑慕ㄔO(shè)方、湖南桃花江竹材科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“桃江竹科”)董事長(zhǎng)薛志成介紹，天然竹片經(jīng)過(guò)自主研發(fā)的設(shè)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(qiáng)度要求達(dá)到30兆帕。竹質(zhì)集成材的抗壓強(qiáng)度則可達(dá)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(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，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(guó)內(nèi)單體最大的全竹結(jié)構(gòu)現(xiàn)代建筑之一。

　　把以往的“鋼混結(jié)構(gòu)”變成“竹結(jié)構(gòu)”，大樓主體只用了一個(gè)星期就完成了裝配。

　　竹子變鋼筋，強(qiáng)度如何？中青報(bào)·中青網(wǎng)記者發(fā)現(xiàn)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(zhǎng)竹條拼接黏合而成。用食指關(guān)節(jié)敲擊，手感敦實(shí)厚重，與常規(guī)竹材輕巧柔韌的特點(diǎn)有很大區(qū)別。集成的竹材沉重，密度遠(yuǎn)超普通木材。在梁柱結(jié)合處，肉眼可見(jiàn)寬厚的白色鋼板與銷栓將梁、柱連接起來(lái)。

　　“竹樓”的建造與高校科研人員的成果轉(zhuǎn)化落地息息相關(guān)。

　　大樓的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)，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(xiàng)。

　　“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(dāng)，順紋抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)超普通混凝土，強(qiáng)度更是鋼材的3-4倍，被稱為“植物鋼鐵”。用竹質(zhì)集成材建造房屋既能達(dá)到安全要求，還更加環(huán)保節(jié)能。

　　李賢軍介紹，湖南是竹資源大省，現(xiàn)有竹林面積超過(guò)1800萬(wàn)畝，居全國(guó)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(shè)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(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師喻常雄認(rèn)為，湖南桃花江現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)科研試驗(yàn)樓是湖南省內(nèi)首次采用竹集成材建筑房屋，開(kāi)了現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)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、防蟲等功能問(wèn)題。

　　李賢軍告訴記者，該全竹結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yùn)用“水性全有機(jī)防霉防腐”“連續(xù)無(wú)限接長(zhǎng)”“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(dá)到100%、耐腐性能達(dá)到強(qiáng)耐腐Ⅰ級(jí)、防火性能達(dá)到B1級(jí)(難燃級(jí))。

　　團(tuán)隊(duì)多名科研人員向中青報(bào)·中青網(wǎng)記者表示，這些技術(shù)突破的背后，是與企業(yè)負(fù)責(zé)人協(xié)商，根據(jù)生產(chǎn)加工工藝中的難點(diǎn)反復(fù)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(zhèn)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(tuán)隊(duì)與企業(yè)在綠色建筑材料應(yīng)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(jiān)，一批青年科技人員兩地奔波。

　　該現(xiàn)代竹結(jié)構(gòu)裝配式建筑科研試驗(yàn)樓，已申報(bào)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(dǎo)在看到該樓建筑施工場(chǎng)景時(shí)，要求加大對(duì)竹產(chǎn)業(yè)的宣傳力度，在長(zhǎng)沙湘江新區(qū)建立專門展示館。

　　一個(gè)離長(zhǎng)沙遙遠(yuǎn)的小縣城企業(yè)如何與省內(nèi)高校搭上界？合作雙方都稱“說(shuō)來(lái)話長(zhǎng)”。

　　據(jù)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(jì)初的桃江竹科，是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化國(guó)家重點(diǎn)龍頭企業(yè)，20余年來(lái)專注于高檔環(huán)保竹材研發(fā)與生產(chǎn)。

　　中國(guó)工程院院士、中南林業(yè)科技大學(xué)黨委書記吳義強(qiáng)團(tuán)隊(duì)致力于對(duì)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(fù)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(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)讓了一個(gè)高溫?zé)崽幚砀男缘膶＠?/p>

　　“竹材在戶外環(huán)境容易長(zhǎng)霉，我們就通過(guò)這個(gè)技術(shù)把竹子中類似糖分的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在高溫缺氧的條件下處理掉，使其抗腐性大大增強(qiáng)。”李賢軍說(shuō)。

　　雙方合作的“蜜月”就此開(kāi)啟。

　　一項(xiàng)成果每年節(jié)省兩三百萬(wàn)元

　　中南林業(yè)科技大學(xué)在該公司設(shè)立省級(jí)專家工作站和博士創(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(zhǎng)，更麻煩的是，干燥之后顏色不均勻，影響品質(zhì)。

　　于是，科研團(tuán)隊(duì)就對(duì)窯爐重新改造?！皽囟仍趺纯刂疲牧显诶锩嬖趺磾[放，也很有講究?！崩钕兼?zhèn)說(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(yàn)室試驗(yàn)，然后在車間里進(jìn)行一系列的操作。幾乎每個(gè)星期，團(tuán)隊(duì)人員都要來(lái)工廠做研究，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(xiàng)每年可以節(jié)省兩三百萬(wàn)元的費(fèi)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外霉變——霉變影響抗拉和抗壓強(qiáng)度。2019年以前，這一問(wèn)題讓企業(yè)負(fù)責(zé)人頗為頭痛，因?yàn)楹芏喈a(chǎn)品要銷售到國(guó)外，如果防霉防腐方面出現(xiàn)了問(wèn)題，公司需要派人出國(guó)解決，費(fèi)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(yuǎn)。與木材不同，竹材因含有較多的營(yíng)養(yǎng)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(fèi)了無(wú)數(shù)心力后，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出水性全有機(jī)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(zhǎng)期開(kāi)展緊密的產(chǎn)學(xué)研合作，共同承擔(dān)了湖南省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)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(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)與重大科技成果轉(zhuǎn)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(xiàng)目，先后獲湖南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，梁希林業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

　　綠色發(fā)展的又一個(gè)“風(fēng)口”

　　2021年，國(guó)家林業(yè)和草原局等10部門聯(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(guó)家發(fā)展改革委等部門聯(lián)合印發(fā)《加快“以竹代塑”發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃》。2023年11月，湖南省出臺(tái)《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(xiàn)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(jī)遇。薛志成說(shuō)，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行大規(guī)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(duì)竹材的傳統(tǒng)認(rèn)知。像雄安新區(qū)市民服務(wù)中心、天津?yàn)I海新區(qū)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(xiàng)目，都大量應(yīng)用竹材。

　　采訪中，中青報(bào)·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(tuán)隊(duì)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(fù)極材料，應(yīng)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(zhèn)筍竹特色產(chǎn)業(yè)園里，一家竹筍加工企業(yè)利用現(xiàn)代食品工業(yè)的速凍鎖鮮技術(shù)，讓消費(fèi)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(yǎng)。

　　而在中南林業(yè)科技大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，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(qiáng)說(shuō)，未來(lái)，竹產(chǎn)業(yè)將是綠色發(fā)展的又一個(gè)“細(xì)分風(fēng)口”。“尋找塑料替代品是減少塑料使用、減輕塑料污染，從源頭解決問(wèn)題的有效途徑。”他表示，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(zhǎng)周期短、固碳能力強(qiáng)以及強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的綠色可持續(xù)材料。

　　這一方向顯然具有極高的環(huán)保意義。

　　根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)的研究報(bào)告，全世界總計(jì)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(duì)人類賴以生存的環(huán)境造成了嚴(yán)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(qiáng)說(shuō)，“以竹代塑”意味著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(zhuǎn)型升級(jí)。

　　中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 洪克非來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)

　　2024年12月23日 08版