This book is intended for use both in the industry and the academia. It introduces the physical, chemical and the mechanical properties as well as the characterization of bamboo. Novel industrial applications in structural, non-structural, reinforcement, afforestation, land reclamation, environmental significance, textile, medical, geotechnical, hydraulic, food, pulp and the paper industries are addressed in detail.
Bamboo has been used for centuries as a structural material as well as in diverse engineering applications, food and medicinal purposes, especially in Asia. As a natural fiber composite, bamboo has the potential for many developments in academic and industrial research. Current literature on composites tends to focus on bamboo as a plant or solely as a structural engineering material. This book seeks to bring together these two extremes and provides a holistic resource on the subject.
Author(s): Esther Titilayo Akinlabi, Kwame Anane-Fenin, Damenortey Richard Akwada
Publisher: Springer
Year: 2017
Language: English
Pages: 0
1 Bamboo Taxonomy and Distribution Across the Globe . . . . . . . . . . . 1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Bamboo’s Identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Bamboo Compared with Trees (Wood) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3.1 Differences in Characteristics of Bamboo and Trees . . . . 4
1.4 Bamboo Origin and Its Habitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4.1 Bamboo Habitations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5 Molecular Taxonomy of Bamboos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.6 Scientific Classifications and Characteristics of Bamboos . . . . . . . 12
1.6.1 Diversification of Bamboo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.6.2 Bamboos Tribes, Subtribes, and Genera
Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7 Important Bamboo Genera and Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7.1 Important Bamboo Genera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7.2 Important Bamboo Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7.3 Other Less/Known Taxa of Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2 Regeneration, Cultivation, and Sustenance of Bamboo . . . . . . . . . . . 39
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 Methods and Techniques of Bamboo Propagation . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Bamboo Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.2 Production of Bamboo Seedlings. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.3 Sexual Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2.4 Asexual Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.5 Macro-Proliferation Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.2.6 Post-care of Bamboo Cuttings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
vii
2.3 Pre-planting Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.3.1 Selection of Land Site for the Cultivation
of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.3.2 Preparation of Land or Planting Site . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.4 Planting of Bamboo Seedlings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.5 Post-planting Operations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.5.1 Replacement of Dead Plants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.5.2 Culm Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.5.3 Maintenance of the Soil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.5.4 Weeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.5.5 Pests, Insects, and Animal Protection . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.5.6 Mulching. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.5.7 Soil Mounding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.5.8 Pruning Clump of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.5.9 Clump Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.5.10 Protection Bamboo from Fire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.6 Harvesting and Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.7 Attacks on Harvested Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.8 Insect Attacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.8.1 Beetles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.8.2 Termites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.9 Fungal Attacks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.9.1 Blue-Stain Fungi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.9.2 Mould Fungi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.9.3 Decay Fungi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.10 Post-harvest Treatment and Preservation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.10.1 Air-Drying of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.10.2 Kiln-Drying of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.10.3 Drying Rate and Defects of Bamboo. . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.11 Preservation of Bamboo Culm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.11.1 Non-chemical Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.11.2 Chemical Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.12 Treatability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.13 Preservatives. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.13.1 Waterborne Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.13.2 Organic Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.14 Preservatives and Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.14.1 Pressure Treatments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.14.2 Non-pressure Treatment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.15 Sustainability of Bamboo and Its Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
viii Contents
3 Properties of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.1 Bamboo Growth Morphology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2 Morphology of the Bamboo Plant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.1 Culm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.2 Sheath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.2.3 Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.2.4 Rhizomes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.2.5 Roots. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.2.6 Leaves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.3 Bamboo Culm Anatomy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.4 Moisture Content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.5 Specific Gravity (Density) and Mechanical Properties . . . . . . . . . 99
3.6 Chemical Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.7 Mechanical Characterisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.7.1 Standardisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.7.2 History of Bamboo Standardization. . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.7.3 Tensile Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.7.4 Compressive Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.7.5 Fatigue Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.7.6 Impact Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
3.7.7 Shear Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.7.8 Bending (Flexural) Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
3.7.9 Torsion Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.7.10 Structural Equations for Bamboo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.7.11 Classical Laminate Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.7.12 The Effects of Water, Brine, and Acid on Bamboo . . . . . 138
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
4 Bamboo as Fuel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.2 Bamboo Charcoal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
4.3 Bamboo Pellet Biofuel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3.1 Characterisation of Bamboo Pellets . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.3.2 Calorific Value of Bamboo Pellets . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
4.3.3 Gas-Analysis Test for Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
4.4 Production of Ethanol from Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
4.4.1 Mechanical Pre-treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.4.2 Thermal Pre-treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
4.4.3 Chemical Pre-treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
4.4.4 Hydrolysis and Fermentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
4.4.5 Use of Immature Bamboo Shoots . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
4.4.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
Contents ix
4.5 Production of Methane from Bamboo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
4.5.1 Resistance to Hydrolysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
4.5.2 Pre-treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5 Applications of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.2 Engineering Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.3 Bamboo in Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.3.1 Bamboo for Housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
5.3.2 Bamboo for Walls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.3.3 Bamboo for Flooring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.3.4 Bamboo for Roofing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.3.5 Bamboo for Scaffolding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.3.6 Bamboo for Interior Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.3.7 Bamboo for Furniture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.3.8 Industrial Bamboo Board. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.3.9 Bamboo for Handicrafts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
5.3.10 Bamboo for Musical Instruments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
5.4 Engineering Bamboo Products . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
5.4.1 Laminated Bamboo Lumber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
5.4.2 Bamboo Veneer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
5.4.3 PlyBamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
5.4.4 Oriented-Strand Board. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
5.4.5 Bamboo Particleboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
5.4.6 Nonwoven Strand-Bamboo Products . . . . . . . . . . . . . . . . 194
5.4.7 Bamboo Plastic Composite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5.4.8 Bamboo Chipboard or Flakeboard. . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5.4.9 Elastomer-Based Biocomposite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
5.4.10 Thermoplastic-Based Bamboo Composite . . . . . . . . . . . . 196
5.4.11 Thermoset-Based Bamboo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
5.5 Paper and Textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
5.5.1 Paper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
5.5.2 Bamboo Textiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
5.6 Bamboo Bicycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
5.7 Non-engineering Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
5.7.1 Bamboo Charcoal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
5.7.2 Industrial Processing of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.7.3 Quality Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
5.7.4 Properties and Utilisation of Bamboo Charcoal . . . . . . . . 203
5.7.5 Bamboo Vinegar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
5.7.6 Bamboo as Food and Medicine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
x Contents
5.7.7 Hydraulic Application of Bamboo. . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
5.7.8 Soil Conditioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
5.7.9 Transportation and Navigation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
6 Current Trend in Bamboo Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
6.2 Introduction to Finite Element Analysis of Bamboo . . . . . . . . . . . 222
6.2.1 Description of the Finite-Element-Analysis Process. . . . . 222
6.2.2 Finite Element Analysis of Wood . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
6.2.3 Finite Element Analysis of Bamboo . . . . . . . . . . . . . . . . 223
6.2.4 Finite Element Characterisation of Bamboo. . . . . . . . . . . 224
6.2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
6.3 Bamboo as a Functionally Graded Material . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
6.3.1 Bamboo Geometry and Structural Efficiency . . . . . . . . . . 231
6.3.2 Mechanical-Sensing Capabilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
6.3.3 Shape and Features of the Vascular Bundle . . . . . . . . . . 232
6.3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
