混凝土建筑的未来何在?

混凝土建筑的未来何在?

混凝土是地球上第二广泛使用的材料,也是二氧化碳第二大排放源,每年约有5-7%的二氧化碳是在水泥制造的过程中产生的。混凝土一方面是设计和建造行业颇受欢迎的材料,另一方面带来了诸多环境问题,这使得它成为创新和实验的焦点。因此,全世界的设计者、建筑师和研究人员对建筑混凝土的前景产生了不同看法。

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

几千年来,混凝土始终是建筑师和建造商的首选材料,目前已知的最早使用可追溯到公元前6000年的叙利亚和约旦。混凝土具有低成本、多功能性、应用迅速和使用广泛等特点,因此,每年大约要浇筑220亿吨混凝土以供使用。根据BBC最近的一项研究,自1950年以来水泥产量已增加了30倍,战后欧洲修缮建筑是驱动因素之一;自1990年以来水泥产量又增加了4倍,部分原因是亚洲各地兴建建筑。据预测,为了满足东南亚和撒哈拉以南非洲地区的需求,水泥产量到2030年要增加25%。

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

在重新审视建筑环境对气候变化的影响的过程中,混凝土问题格外引人注意。露西·罗杰斯(Lucy Rodgers)在为BBC新闻撰写的一篇深度文章中指出:“如果把水泥产业看作是一个国家,它将仅次于中国和美国,成为世界第三大碳排放国。 它产生的二氧化碳比航空燃料(2.5%)多得多,并且与全球农业(12%)相差无几。”联合国第二十四届气候变化大会在波兰举办,会议特别强调,为了达到2015年《巴黎气候协定》的要求,水泥年排放量到2030年必须减少16%。在这一背景下,建筑师和研究人员探索了推动混凝土演变、实现更环保的建筑过程的各种路径。

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

一种创新路径试图减少混凝土中的水泥含量。最近,麻省理工学院的研究人员发现了一种减少制造水泥过程中二氧化碳排放量的实验方法。该团队在二氧化碳释放前用一种电化学方法将其捕获,并指出可以将捕获的二氧化碳用于燃料和饮料行业中。

另一种创新路径在混凝土混合物中加入生物基材料和元素。最近,英国兰卡斯特大学的研究人员公布了一种新颖的方法,可以用胡萝卜和块根类蔬菜中提取的片状纳米颗粒来改善混凝土混合物。另一种趋势是由Sandra Manso-Blanco博士开发的“生物吸收混凝土”,结构混凝土层叠了不同材料,促进吸收二氧化碳的苔藓和地衣的生长。

Glass Fiber Reinforced Concrete. Image © Samuel McGuire
Glass Fiber Reinforced Concrete. Image © Samuel McGuire

GFRC(玻璃纤维增强混凝土)已成为主流的替代混合物,它由混凝土、沙子、耐碱玻璃纤维和水混合的砂浆组成。GFRC具有可塑性,可以制成更薄、更轻的立面。例如,这种材料被扎哈·哈迪德建筑事务所用于阿塞拜疆共和国阿利耶夫文化中心的外壁,也被用于实现高迪的圣家族大教堂的复杂结构。

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

扎哈·哈迪德建筑事务所不仅在建筑过程中使用了GFRC,还展示了一种更为新颖的混凝土使用方法,并在墨西哥城的当代艺术博物馆展出了3D编织的外壳。作为扎哈·哈迪德建筑事务所在拉丁美洲首次展览的一部分,KnitCandela通过采用创造性的KnitCrete编织技术来重新构想菲力克斯•坎德拉(Félix Candela)别出心裁的混凝土壳结构,从而向这位西班牙墨西哥建筑师兼工程师致敬。KnitCandela耗时36小时,电缆网和织物模板系统可以制作出更具有表现力、更自由的混凝土结构,而不再需要复杂的建模。KnitCandela的针织物部分由苏黎世联邦理工学院研发,并通过两个托运行李箱从墨西哥运到瑞士,历程350公里,重达25公斤。尽管该展品的表面积达到50平方米,其薄薄的双曲面混凝土结构外壳仅重5吨。

苏黎世联邦理工学院除了在扎哈·哈迪德建筑事务所的KnitCrete技术中发挥关键作用外,始终处于混凝土相关领域一系列创新的最前沿。为了使空间的可能性最大化,并且避免不合理建造的浪费,苏黎世联邦理工学院建筑系的研究人员设计了一种厚度仅为2厘米的混凝土地板,可以承受荷载并保持稳定。与传统水平的混凝土楼板不同,新型楼板被设计成拱形来支撑主要的荷载,令人联想到哥特式教堂的天花板。新型楼板不再需要钢结构加固并且使用更少的混凝土,使二氧化碳的排放量最小化,厚度仅2厘米的楼板重量是传统楼板重量的70%。

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

最近,苏黎世联邦理工学院还展示了3D打印混凝土的潜力。在瑞士Riom举办的“混凝土编排”装置展览,展出了第一个机器人3D打印的混凝土装置,这一装置由没有用模板制造的柱子组成。该装置是苏黎世联邦理工学院与瑞士 Riom 的 Origen Festival 公司的合作项目,共有9根2.7米高的柱子,它们分别采用了定制软件进行设计,并由苏黎世联邦理工学院在 NCCR DFAB 的支持下开发出新的机器人3D打印工艺进行制作。这种通过3D打印制作出来的空心混凝土结构,可以被战略性地使用,从而可以实现更具可持续性发展的混凝土建筑。此外,经过计算设计的材料装饰和表面纹理体现了3D混凝土打印在大型结构中的通用性和巨大的审美潜力。

因此,混凝土作为设计和建筑行业中的材料,在未来存在诸多可行的演变路径。在几个世纪以来,它塑造了我们的城市,帮助城市迅速扩张边界,同时在纵向上达到人类未曾企及的建筑高度。现在需要考虑的问题是,如何使混凝土等建筑材料成为创新的主题,以继续推动创新;而建筑师所面临的挑战,是推动传统的保守行业中接受这种可能从根本上改变我们用/不同混凝土的创新解决方案。否则,混凝土对环境的负面影响将使其被更为环保的替代材料所取代
翻译者:赵雪松

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引用: Walsh, Niall. "混凝土建筑的未来何在?" 14 11月 2019. ArchDaily. (Trans. Milly Mo) Accesed . <https://www.archdaily.cn/cn/928126/hun-ning-tu-jian-zhu-de-wei-lai-he-zai>

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