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      未來建筑中的混凝土是什么樣?

      更新時間:2021-08-26 14:25:03點擊次數:229次




      Heydar Aliyev Centre / Zaha Hadid Architects. Image © Iwan Baan


      混凝土是世界上應用第二廣泛的材料,同時也是二氧化碳的排放元兇之一,混凝土制造行業在每年的碳排放總量中所占比例為5%至7%?;炷吝@種材料在建筑行業中十分流行,但是結合環境的不穩定性,混凝土成為了研究人士的創新對象,全球各地的設計師、建筑師、研究者都在為混凝土的未來前景而進行著構思。

      TAKTL's ultra-high-performance concrete panels on the Waikiki Business Plaza by MGA Architecture. Image © TAKTL


      數千年來,混凝土一直是建筑師和施工者的首選材料,其早的使用甚至可以追溯到公元前6000年的敘利亞與約旦,混凝土有著成本低、功能多、應用快等特點,人們也對其較為熟悉,大約每年的混凝土澆筑量為220億噸。BBC的一項研究表明,自從1950年之后,混凝土的產量增長了30倍,而自從1990年之后,這個數值又增長了4倍,部分原因則來源于歐洲戰后的建筑發展熱潮,以及上世紀90年代之后亞洲的建筑發展。根據專業人士預測,到了2030年,混凝土的產量也許會增加25%。


      ETC Zurich's 3D printed columns. Image © Benjamin Hofer


      人們愈發對建筑環境對于氣候的影響產生重視,而混凝土所承擔的壓力也愈來愈大,BBC的Lucy Rodgers認為,“如果混凝土工業是一個國家,那么它將會成為僅次于中國和美國的第三大排放國。相較于航空燃料,混凝土能夠產生大約多2.5%的二氧化碳,甚至不少于全球的農業事業(12%)?!痹诓ㄌm舉辦的2018年COP24氣候變化大會里,有人強調如果要做到2015年巴黎氣候協議,那么到了2030年,混凝土的二氧化碳排放量必須下降16%。那么在這樣的前提下,建筑師和研究者則需要思考的是,如何讓混凝土擁有綠色的施工建造過程。


      “KnitCandela" by Zaha Hadid Architects. Image© Juan Pablo Allegre via ZHA


      這些創新大部分都集中在減少混凝土混合物中的水泥含量上,近期,MIT研究社公布了一種混凝土制造策略,這種策略能夠減少二氧化碳的排放。研究人員利用電化學方法,這種方法能夠在二氧化碳釋放之前就將其捕獲,同時研究人員也建議在燃料和水工業中應用分離碳。

      另外還有一個創新思維是將生物基礎材料和元素整合到混凝土混合物中。近期,英國蘭開斯特大學的研究人員公布了一種方法,這種方法能夠從胡蘿卜和根莖類蔬菜中提取納米元素來促進混凝土的混合,而由Sandra Manso-Blanco博士開發的“生物感知混凝土”則是另一個趨勢,這種技術能夠見證結構混凝土的分層,然后促進苔蘚和地衣植物的生長,這些植物能夠有效地吸收混凝土。

      Glass Fiber Reinforced Concrete. Image © Samuel McGuire


      另一種已經應用在建筑之中的混合物是GFRC,即玻璃纖維混凝土,這種材料由混凝土、沙子、耐堿玻璃纖維、水組合而成,這種玻璃纖維混凝土的主要特征是具有一定的塑形,它能夠構成又薄又輕的外部墻板,扎哈建筑事務所設計的阿利耶夫中心的外部也應用了這種材料,同時高迪的圣家教堂也結合了玻璃纖維混凝土。



      Heydar Aliyev Centre / Zaha Hadid Architects. Image © Hélène Binet


      扎哈建筑事務所除了在施工過程中應用了玻璃纖維混凝土之外,建筑師們還展示了一種更加新穎的混凝土應用策略,即墨西哥城藝術博物館的3D編織貝殼,KnitCandela通過創新的混凝土貝殼結構技術,表達了對西班牙籍墨西哥建筑師兼工程師Felix Candela的敬意,該技術結合了創新的KnitCrete框架技術,而這也構成了扎哈在拉丁美洲的首個展覽。電纜網和織物模板系統的編織時間大約為36小時,這也使得自由混凝土表面能夠在不需要模具的前提下構成具有表現力的形式。蘇黎世聯邦理工大學的研究者開發了針織物件,裝運在兩個箱子中從墨西哥運往瑞士,其長度一共為350 公里,重25公斤。展館的面積大約為50平方米,其輕薄的雙曲混凝土外殼總重量只有5噸。

      在扎哈的展覽中,蘇黎世理工大學的KnitCrete技術起到了重要的作用,該技術在混凝土創新發展歷程中也名列前茅。蘇黎世理工大學建筑學的研究者們希望能夠化地利用空間,避免建筑成本的增加,因此設計了厚度為2厘米的混凝土面板,不僅滿足承重的需求,同時滿足可持續的發展目的。相較于傳統的混凝土樓板,這些面板構成拱形,用于承擔主要的荷載,這也讓人們聯想起哥特教堂中的拱形天花板,因此在不需要鋼筋的前提下,二氧化碳的產生會更小一些,而厚度為2厘米的面板也比普通混凝土面板的重量要減輕70%。


      Gothic Construction Techniques Inspire ETH Zurich's Lightweight Concrete Floor Slabs . Image via Block Research Group


      近期,該機構還展示了3D打印混凝土的發展潛力,瑞士Riom的“Concrete Choreography”裝置展示了個3D打印混凝土舞臺,其中包含有無模板支柱。該裝置由瑞士Riom的Origen Festival合作完成,有著9根高度為2.7米的支柱,這些支柱通過定制的軟件來進行設計,并應用蘇黎世理工學院開發的機器3D打印過程進行制作。打印出的空心混凝土結構使得材料的策略性更強,同時也滿足了混凝土建筑的可持續發展。另外,經過計算設計的材料裝飾和表面肌理都展示了3D混凝土打印技術在大型建筑中的多功能特征和美學潛力。

      明顯的是,混凝土是設計行業的熱門材料,它有著很大的發展潛力。長久以來,這種材料為人們帶來了城市的發展,同時也滿足了快速的發展需求。那么現在人們應該多多考慮混凝土等材料的創新新能。建筑師所面臨的挑戰是通過這些創新策略,從根本上改變人們對于混凝土的使用方式,以及讓全新的混凝土性能為保守的傳統思維所接納,否則,在全新的未來,混凝土很有可能為其他的材料所替代。

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