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    用竹子建造的高鐵,比鋼鐵都結實?中國新技術引來各國眼紅

    來源日月明 作者日月明 發布日期2021-11-05 點擊量71

    中國如何實現用竹子造高鐵?

    竹纏繞新型復合材料究竟是什么?

    為什么普普通通的竹子比鋼鐵還要結實?

           說起竹子,大家會想到梅蘭竹菊四君子,會想到清靜幽雅的竹屋,還會想到憨態可掬的熊貓??墒侨绻腥烁阏f,用竹子可以造高鐵,你肯定會說他在癡人說夢。如果你問他是誰居然可以用竹子造高鐵,他回答說是“中國”,那么你會毫不猶豫點點頭。要是中國,那沒有什么不可能,因為中國人早已經習慣了挑戰不可能。中國的高鐵里程已經達到4萬公里,居世界首位,計劃在2030年實現全國縣城高鐵的覆蓋。面對這樣龐大的計劃,修建高鐵所需要的材料、資金都是非常龐大的,再加上我們國家要在2030年前實現碳達峰,所以在環保方面同樣要做到低碳,為了滿足以上各種要求,我們中國的科學家居然找到了用“竹子”來造高鐵的辦法,這個在所有人眼里不可能實現的技術,中國是如何實現的?難道在中國熊貓愛吃的竹子不一樣嗎?下面就一起來看看中國的竹子是不是與眾不同?


     

    竹纏繞新型復合材料的誕生

          就目前而言,中國的高鐵依然是使用大量的金屬材料鋁和碳纖維等復合材料進行建造,每年消耗大量的材料,不僅對環境造成影響,對資源的消耗也極其龐大。這一次,中國的科研團隊歷經十幾年的不懈努力,終于研發出一種新型的竹纖維材料——竹纏繞新型復合材料。之所以選擇竹子,是因為相比于其他木材,竹子的特點很明顯:韌性好、彈性高。中國的科學家正是利用竹子的這些特點,用竹子作為復合材料的基材,用樹脂作為復合材料的膠黏劑,再通過特殊的纏繞工藝,最終加工制成了——竹纏繞新型復合材料。

     

           所謂復合材料,就是利用強度很高本身柔軟的纖維,結合強度較低但足夠堅固的基材材料,將優勢兩兩結合,從而制造出既輕便又堅固的材料。一般而言,傳統的復合材料采用的是高性能纖維材料來制作,像玻璃纖維與碳纖維這類,這一次成功從竹子中提取竹纖維來應用到復合材料中,是中國在復合領域的重大突破。而且,竹纖維制成的產品具有很高的抗壓強度,甚至可以與C30混凝土的強度相媲美。那么,如果通過竹纏繞新型復合材料來制造高鐵車廂,它會具備哪兒些優勢呢?我們一起來了解竹子造高鐵的優勢。

    竹子造高鐵的優勢

           其實,用竹子,也就是竹纏繞新型復合材料來造高鐵,具有金屬材料不具備的多種優勢,首先,竹子本身是一種低碳環保的綠色材料,用這種材料制成的高鐵車廂,不需要擔心車廂壽命結束后的處理問題,可以通過更環保的將報廢車廂進行處理。而且,組織具有很好的可再生性,它的生長速度快,每年可以達到1.5億噸的產量,然而對于竹子的利用,僅僅只有它產量的三分之一,因此,如果我們可以將多達1億噸的閑置竹子材料利用起來,制作成竹纏繞復合材料,可以代替鋼材料、塑料、混凝土等,可以減少大約3.5億噸二氧化碳的排放量,對于保護環境、減少污染起到積極的作用。據了解,想要生產1000萬噸利用竹纏繞復合材料制成的竹纏繞復合管道,僅僅需要2500萬噸竹子,與之相比,想要生產同樣數量的鋼材管,最少要消耗4500萬噸粗鋼,還需要2280萬噸煤炭進行鍛造,這樣一來排放到空氣中的二氧化碳就達到了3000多萬噸。由此可見,用竹子作為原材料來建造高鐵車廂,雖然聽起來有點難以置信,但是實際操作起來卻是低碳環保的的最佳選擇。

           然后,竹纏繞復合材料還具有縱向拉伸強度大的優點。為了驗證這一優點,科學家們對竹纏繞復合材料進行了上萬次的壓力測試,最后得出的結果是:竹纏繞復合材料與鋼筋、水泥、塑料等材料比起來,前者的承壓抗震效果更加明顯,它具有很強的抗變形能力。接下來的測試中,它更是通過了國家化學建筑材料檢測中心的10000小時長期靜壓試驗。所以,用它來建造高鐵車廂時,當高鐵受到外界的猛烈撞擊,車廂可以吸收大量的緩沖力,可以對乘客起到更好的保護作用,減少因沖撞給乘客帶來的不良影響。竹纏繞復合材料的這一優點,也可以很好地利用于管廊、大型儲罐、容器等各種產品的建造。

           其次,用竹纏繞新型復合材料來制造高鐵車廂,與傳統的金屬車廂比起來,使用新材料制造的車廂重量更輕、更加節能。雖然它的制造難度特別大,但是核心技術一旦突破,將會大幅度減輕中國下一代高鐵的車身重量,從而降低高鐵在運行時的能耗。

           最后一點,竹纏繞復合材料還有很好的保溫抗凍能力,以及很好的耐腐蝕性,所以用竹纏繞復合材料建造高鐵車廂、管廊、房子,能夠起到防火防滲、不易變形、使用壽命長等優點。

    竹子在中國的應用

    其實早在新中國剛剛成立的時候,就因為當時國內的鋼鐵產量太低,不能滿足大家蓋樓、建房、建工廠的需求,你可能不會想到,當時就有工程提出來用竹子來代替混凝土里的鋼筋,當時也是看中了柱子的韌性,于是施工人員將竹子加入到混凝土中進行施工,一定程度上減輕了鋼材的需要,也減輕了住房壓力。然而,竹子畢竟不能與鋼筋相比,再加上當時的技術落后,并沒有對組織進行多少處理,這就導致利用竹子和混凝土建造的房子,沒有很好的抗震性,耐久性也不行,整體質量略差,使用壽命遠遠比不上用鋼筋混凝土建造的房子。不過,隨著技術的發展,我們的科學家在竹纖維的研發上得到了全新的突破,不管是韌性和強度,都得到了全面的提升。

          在建造高鐵車廂的之前,也就是在2009年,我們就成功建造了一節竹纏繞復合管,成功地承受了80噸大卡車的來回碾壓,比起低中級的鋼管強度還要高,這也標志著我國的竹纏繞復合材料突破了核心的技術難關。



           在2018年4月24日,就在內蒙自治區的呼和浩特市,世界首條竹纏繞復合材料制成的城市綜合管廊在元亨石墨產業園正式鋪設完成。通過實踐證明,竹纏繞復合材料制成的城市綜合管廊,無論是抗震、抗沉降能力,還是保溫防凍性,又或者是耐腐蝕等,與在同等條件下鋪設的混凝土管廊相比,均有明顯的優越性。這也意味著竹纏繞復合材料可以代替那些高能耗、高污染的建筑材料。

           目前,竹纏繞復合材料已經投入到高鐵車廂的建造中,并成功打造出首節高鐵車廂。據了解,使用竹纏繞復合材料建造的車廂,韌性更強,品質也更加堅固耐用。而且用竹纏繞復合材料打造的車廂,為了保證足夠的車體強度,還進行了特殊的設計,在車廂的車身大件等關鍵部位,還是使用了高強度的傳統的復合新材料,只在強度要求較低的部件上,采用了大量的竹纏繞復合材料,通過這樣的靈活使用,讓竹纏繞復合材料打造車廂重量比起傳統的車廂重量輕了三分之一,行駛過程中的能耗也降低近一倍。所以,如果用竹纏繞復合材料打造一整列高鐵,會讓這列高鐵在原來的基礎上輕四分之一,運行時的能耗降低30%,可謂是既省錢,又省力,還省資源。

    目前,使用竹纏繞復合材料建造的高鐵還在緊鑼密鼓的實驗中,一旦完美通過測試階段,那么在我們未來的生活中,會經常見到用竹子建造的高鐵,并且類似足纏繞的新型環保技術,也會越來越多地出現在我們的日常生活中。如果哪一天見到竹子造的車在路上飛馳,大家也不要驚訝,因為在中國一切皆有可能。

     

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