建筑“负碳”—— 工业大麻混凝土在国内外公共建筑中的应用
英国国家农业联盟(NFU)在一份新报告中提出了一项到2040年实现农业部门碳中和的计划。这份题为《农业2040年目标:实现净零碳》的报告敦促农民种植工业大麻,用于工业大麻纤维混凝土建筑的生产。原因在于工业大麻在田间生长时吸收二氧化碳,甚至在它的秸秆被切碎并安装在由工业大麻、石灰和水混合制成的用于混凝土墙壁上之后,工业大麻仍在继续二氧化碳的吸收过程。
工业大麻建筑美学强调实用环保价值,与其他天然纤维相比,工业大麻建筑成品的整体成本更低,有效提高整个价值链的盈利能力。其纤维韧性好,强度高,力量支撑度更高,增加了建筑的耐用性。同时,工业大麻独特的防火性使其成为干旱地区的首选建筑材,并且具有良好的可持续性。
国外案例
法国大麻纤维混凝土体育馆 Pierre Chevet
Lemoal Lemoal 建筑事务所和相关团队合作使用大麻混凝土块在法国交付了第一座用生物材料建造的公共建筑:皮埃尔·切维(Pierre Chevet)体育中心。该项目的亮点是选用大麻混凝土作为主要材料,这对于建筑整个生命周期都是环保的。
采用的大麻纤维混凝土由水泥制造商Vicat制造。大麻混凝土由天然废料制成,是一种高性能还环保的建筑“负碳”材料。工业大麻对生长环境要求低,且周期短,生长时每公顷种植可从大气中吸收8到15吨二氧化碳,是顶级的二氧化碳转换器之一。体育中心所用的大麻纤维来自法国本土的种植园,在距建筑工地500公里的范围内种植并完成制造,最大限度地减少了运输排放并帮助当地经济发展。
该项目结构原理是以采用多种性能的长效材料为指导的,大麻纤维混凝土砌块建造的墙体支撑着木制半拱形门廊,将训练场地和运动空间最大化。采用大麻纤维混凝土砌块的主要原因是因为该材料具有舒适及安全的特性,其中包括它们的高热、声学、结构性能、以及耐火性能。
目前,大麻纤维主要用于独立式住宅,通常在外部采用石膏饰面。在本项目中,为了便于维护,体育中心外部由可以被单独更换的面板覆盖。内表面的下部用石膏对大麻纤维材料进行处理。上部的大麻纤维混凝土块被暴露在外,从而保留其良好的声学性能。
国内案例
2022年北京冬奥会——国家雪车雪橇中心赛道
如今,在北京延庆赛区核心地带的狭长山坡上已经可以看到国家雪车雪橇中心的赛道犹如一条巨龙在盘旋舞动。当来自世界各地的运动员聚集在此进行2022年冬奥会雪车雪橇比赛时,工业大麻或许也将成为人们关注的焦点。
据Hemp资讯报道,工业大麻纤维加固的混凝土被用于修建雪车雪橇比赛的滑降赛道。该材料由加拿大一家生产商Greenfield Technologies设计制造,有助于防止新浇混凝土在干燥时出现裂缝,同时也满足了增加赛道强度与抗冲击性等其他高标准要求。
该项目集多个“之最”于一身,建设难度大。赛道以中国龙为主题进行设计,在山坡上蜿蜒起伏,整体由54个制冷单元组成,设有16个弯道,全长1975米,垂直高差121米,最大滑行速度可达134.4千米/小时。
这是全世界唯一设置360度回旋弯的奥运赛道,是亚洲第3条、国内首条具备奥运赛事功能的雪车雪橇赛道,也是北京2022冬奥会项目中设计难度最高、施工难度最大、最为复杂的设施。
如此一条集众多“之最”的赛道对所使用的建筑材料自然也是要求至极。雪车雪橇项目速度极快、冲击力强、观赏性高,赛道需要满足抗低温变形、抗冲击、弧度精确控制、均匀度高等要求。Greenfield Technologies曾对建筑行业杂志《商业杂志》(Journalof Commerce)表示,一般可用于增强混凝土强度的材料不符合奥运会比赛所需的严格规格。
由于价格昂贵,钢材不常用于赛道建设,而玻璃则主要用于装饰混凝土产品。最常用的纤维是塑料,但由于塑料表现为疏水性,会出现塑料纤维宁愿粘在泥刀上也不愿与混凝土粘结的情况。与此同时,塑料纤维还会在混凝土表面突出,难以建造要求抛光表面的雪车雪橇赛道。
经过研究不同的替代品,Greenfield Technologies最终选择了天然纤维强壮、性能极佳的工业大麻材料用于增强赛道混凝土强度。
工业大麻纤维性能佳,绿色环保,满足赛道建设高标准。与其他有机材料相比,工业大麻纤维本身的二氧化硅含量异常高,使其能够和混凝土中的石灰、水化硅酸盐中的水泥水化硅酸钙(C-S-H)混合。工业大麻纤维从其茎秆中剥离后,经过特殊处理增加其与混凝土的相容性。二者结合后,工业大麻物理和化学特性发生变化,在露出混凝土表面之前就会断裂,进一步避免纤维在混凝土表面突出。同时,工业大麻纤维韧性好,提高混凝土的强度和力量支撑度,增加了赛道的抗冲击性与坚固程度。
此届首次在我国举行的冬季奥运会将秉承绿色生态的设计理念,打造绿色环保可持续循环使用的赛区,北京冬奥会《可持续性计划》也将成为奥运会历史上最完善的可持续性计划之一。而国家雪车雪橇中心的建造也积极呼应了这一点,工业大麻混凝土中大量截留的空气及材料本身使赛道具有良好的保温性能,与制冷单元结合实现长期低温制冷效果,减少能源消耗。
2022年冬奥会建设融合高端技术性与实用性的同时兼顾环境保护与可持续发展,工业大麻纤维的创新应用成为项目亮点之一。
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