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        國際資訊
        自由建筑形式中混凝土的演變
        時間:2022-06-30    來源:羊城派    分享:
        作為一種具有成本效益、堅固且廣泛使用的建筑材料,混凝土在建筑中的主導地位一直持續到今天。

        作為一種具有成本效益、堅固且廣泛使用的建筑材料,混凝土在建筑中的主導地位一直持續到今天。隨著加固和支撐模板的創新以及混凝土配料比的改進與提升,現澆混凝土越來越受歡迎,對于大型住宅和商業項目,它是主要的建筑材料,同時,現澆混凝土也是顛覆傳統的自由形式建筑的材料首選。


        應用歷史:澆筑技術歷史悠久


        澆筑技術早在古羅馬(甚至更早)就已大規模應用,當時最著名的混凝土結構建筑是羅馬人建造的萬神殿,以由澆筑混凝土制成的半球形圓頂為特色,直徑為142英尺(43.5米)。目前,它仍然是當今最大的非鋼筋的混凝土結構。


        盡管萬神殿證明了非鋼筋混凝土的潛力,但它也代表了勞動力、金錢和時間的巨大投入,這在很大程度上是由于材料的易碎性。19世紀的工業革命使鋼鐵工業蓬勃發展,這使得該材料被用于混凝土中,通過將鋼鐵骨架和現澆混凝土結合,可將天然易碎的混凝土塑造成比穹頂更不規則的形式,同時能夠保證一定的結構穩定性,這項創新使得摩天大樓越來越高。


        進入21世紀,計算機化工具進一步促進了自由形式建筑的設計和實現。例如,西澤的豐島美術館以9.8英寸(25厘米)薄的無縫混凝土外殼結構而聞名,該結構占地40×60米,高4米。借助于計算工具,經過仔細的工程計算,施工團隊使用3D測量系統將土壤模板和鋼筋的精度保持在毫米級,以適應于不規則式樣,使得墻壁不再是垂直的,屋頂也不再是平坦的、傾斜的或對稱的,而是充滿了個性化的自由形式。


        此外,不斷改進的混凝土配方也能更好地控制混凝土固化時間,以達到施工精度。出于對成本效益和結構穩定性的考慮,大型自由形式混凝土結構大多采用現澆。因此,盡量減少溫度、濕度和降水等環境因素的潛在影響,對于現澆混凝土的及時凝固極為重要。


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        應用挑戰:高成本、高碳排放


        自由形式促進了現代建筑的多樣性,但生產成本巨大。這包括工程和建設的預算,以及整個過程中消耗的能源。自由形式的建筑之所以吸引人,最突出的原因在于它采用的非常規形狀,能夠滿足個性化需求。為了創造這些特殊的形狀,支撐模板必須專門針對設計進行定制,從而導致在模板制造和回收方面投入額外的能源、成本和精力。


        木材是模板中最常用的材料之一,因其眾多屬性而廣受歡迎,其中包括可獲得性、易于加工、靈活性和重量輕等。但受混凝土污染的木材模板很難回收用于房屋結構支撐或家具用途,不可避免地成為建筑垃圾。雖然鋼模板更耐用且可以改造,但其制造和運輸成本比木模板更高。


        除了模板回收困難外,大量使用混凝土和鋼材這兩種被指責為CO?(二氧化碳)高排放的材料也讓自由形式建筑受到關注。為了支撐一些非常規結構,這些自由形式的建筑往往需要比普通鋼筋混凝土板更密集和更堅固的鋼肋,以提供足夠的抗拉強度,大量使用這些材料使得人們對自由形式建筑的碳排放量充滿擔憂。


        應用趨勢:低碳混凝土及模版材料


        雖然混凝土替代品(如大麻混凝土、木材混凝土等)尚在測試中,距離推向市場還有一段時間,但還有其他方法可減輕生產混凝土對環境的影響。


        水泥是混凝土的必要成分,其生產涉及加熱碎石灰石以生產中間產品熟料。工業規模的加熱會消耗化石燃料,而加熱的石灰石也會排放相當于其重量40%的CO?。國外研究人員指出,水泥和混凝土生產過程中的大量碳排放可從三方面得到緩解:一是用高爐渣、煤灰等廢料替代部分熟料,以減少生產過程中消耗的石灰石;其次,生物質能等更清潔的能源也可減少制造過程中的CO?排放;最后,碳捕集與封存 (CSS)技術可以極大防止在生產結束時產生的CO?進入大氣。


        同時,加固和模板的材料也有了低碳選項。竹子因其抗拉強度和柔韌性被建筑行業認可為鋼材替代品,它不僅可作為主要結構材料,還可作為混凝土支架替代部分鋼肋。且各種數字技術的實驗不斷擴大了竹子應用于建筑的可能性。此外,還能創新特殊模板以適應不同的形式,從而提高模板的耐用性,其中,最重要的方法即是用3D打印制作模板,換句話說,3D打印的發展正向我們介紹一個在沒有任何物理模板的情況下生產自由形式結構的未來。


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