國(guó)家雪車雪橇中心俯瞰圖
在北京延慶狹長(zhǎng)山坡上，國(guó)家雪車雪橇中心的賽道猶如一條盤旋舞動(dòng)的巨龍，因此也被稱為“雪游龍”。近日，來(lái)自世界各地的運(yùn)動(dòng)員在此進(jìn)行著2022年北京冬奧會(huì)雪車雪橇比賽。與此同時(shí)，負(fù)責(zé)修建雪車雪橇比賽滑降賽道的創(chuàng)新型材料——漢麻混凝土，也因其多性能成為了設(shè)計(jì)師和材料商的關(guān)注焦點(diǎn)。
特殊的多性能未來(lái)材料
漢麻混凝土是一種獨(dú)特的建筑材料，是生物纖維（主要為亞麻）和石灰的復(fù)合材料。這些成分與水摻雜在一起后，石灰粘合劑和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使粘合劑凝固并將材料顆粒粘在一起。如今，這種材料也被稱為“粘合纖維素絕緣材料”。當(dāng)粘合劑固化、水分蒸發(fā)且混合物干燥后，漢麻混凝土材料便生成了。
漢麻混凝土作為建材的創(chuàng)新之處在于其多性能表現(xiàn)。首先，它是一種輕量的水泥狀材料，重量只有普通混凝土的八分之一，但強(qiáng)度卻是普通混凝土的10倍；其次，它完全可以取代傳統(tǒng)混凝土中的礦物骨料，此前也曾被加入混凝土和砂漿中以避免灰泥和黏土磚收縮。漢麻混凝土固化后仍留有大量氣孔，密度只有傳統(tǒng)混凝土的15%，是優(yōu)秀的隔熱隔音材料。有趣的是，它既是良好的熱絕緣體又具有高熱慣量，雖然輕質(zhì)多孔，但能快速儲(chǔ)存熱量，之后再逐漸釋放熱量，因此在晝夜溫差大的環(huán)境中很有用。此外，它還有良好的防火性能，無(wú)毒，且天然防霉防蟲。還有研究表明漢麻混凝土是一種負(fù)碳材料，除了抵消制造過(guò)程中的碳排放外，還能在材料內(nèi)部?jī)?chǔ)存額外的碳。
農(nóng)業(yè)與建筑業(yè)的結(jié)合
實(shí)現(xiàn)凈零碳
制造漢麻混凝土需混合亞麻、石灰粉、水和混凝土混合劑，以得到一種粘稠的漿糊。因此，亞麻的種植在推動(dòng)該材料發(fā)展過(guò)程中至關(guān)重要。亞麻的生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)水需求量小，因此不需人工灌溉，且生長(zhǎng)速度比樹木快約50倍。在植物成熟收割后，它會(huì)被晾曬幾天，之后分組與水一起放入容器中，使其莖部膨脹。干燥后的麻纖維可被用于生產(chǎn)紙張、織物、繩索、生物降解包裝、生物燃料和建筑材料。
英國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)聯(lián)盟（NFU）在《農(nóng)業(yè)2040年目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)凈零碳》的報(bào)告中敦促農(nóng)民種植工業(yè)大麻，用于建造工業(yè)大麻纖維混凝土建筑。原因在于工業(yè)大麻在田間生長(zhǎng)時(shí)吸收二氧化碳，秸稈被切碎并凃在由工業(yè)大麻、石灰和水混合制成的混凝土墻壁上之后，仍可繼續(xù)吸收二氧化碳。位于法國(guó)的漢麻混凝土體育中心所采用的漢麻纖維來(lái)自法國(guó)本土的種植園，在距建筑工地500公里的范圍內(nèi)種植并完成制造，最大限度地減少運(yùn)輸排放并促進(jìn)了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展。推動(dòng)漢麻混凝土的應(yīng)用將有助于將農(nóng)業(yè)和建筑業(yè)相結(jié)合，共同促進(jìn)凈零碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
綠色生態(tài)
成冬奧亮點(diǎn)材料
位于北京延慶的雪車雪橇中心是為2022年北京冬奧會(huì)建設(shè)的新場(chǎng)館，負(fù)責(zé)承辦雪車、雪橇和鋼架雪車比賽。該項(xiàng)目集多個(gè)“之最”于一身，建設(shè)難度極大。賽道以中國(guó)龍為主題進(jìn)行設(shè)計(jì)，在山坡上蜿蜒起伏，整體由54個(gè)制冷單元組成，設(shè)有16個(gè)彎道，全長(zhǎng)1975米，垂直高差121米，最大滑行速度可達(dá)134.4千米/時(shí)。同時(shí)，這是全世界唯一設(shè)置360度回旋彎的奧運(yùn)賽道，是亞洲第三條、國(guó)內(nèi)首條具備舉辦奧運(yùn)賽事功能的雪車雪橇賽道，也是2022年北京冬奧會(huì)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)、施工難度最高、最為復(fù)雜的設(shè)施。
如此一條賽道對(duì)所用建筑材料自然也是要求至高。雪車雪橇項(xiàng)目速度極快、沖擊力強(qiáng)、觀賞性高，賽道需滿足抗低溫變形、抗沖擊、弧度精確控制、均勻度高等要求。綠地科技是負(fù)責(zé)賽道材料設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)商，該設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)曾表示，一般可用于增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的材料不符合奧運(yùn)會(huì)比賽的規(guī)格。由于價(jià)格昂貴，鋼材不常用于賽道建設(shè)，而玻璃則主要用于裝飾混凝土產(chǎn)品。最常用的纖維是塑料，但塑料的疏水性會(huì)出現(xiàn)塑料纖維不與混凝土粘結(jié)的情況。與此同時(shí)，塑料纖維還會(huì)在混凝土表面形成突出，不合適建造要拋光表面的雪車雪橇賽道。
經(jīng)過(guò)研究不同的替代品，綠地科技最終選擇了天然纖維強(qiáng)壯、性能極佳的亞麻材料用于增強(qiáng)賽道混凝土強(qiáng)度。亞麻纖維性能佳，綠色環(huán)保，滿足賽道建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)。與其他有機(jī)材料相比，亞麻纖維本身的二氧化硅含量異常高，能夠和混凝土中的石灰、水化硅酸鹽中的水泥水化硅酸鈣（C-S-H）混合。亞麻纖維從莖稈中剝離后，經(jīng)特殊處理增加其與混凝土的相容性。二者結(jié)合后，亞麻的物理和化學(xué)特性發(fā)生變化，在露出混凝土表面之前就會(huì)斷裂，進(jìn)一步避免纖維在混凝土表面突出。同時(shí)，亞麻纖維韌性好，能夠提高混凝土的強(qiáng)度和力量支撐度，增加賽道的抗沖擊性與堅(jiān)固程度。亞麻混凝土的多性能夠滿足復(fù)雜賽道設(shè)計(jì)的同時(shí)，材料本身的固碳能力以及良好的保溫性能，有效減少了能耗。這一可持續(xù)發(fā)展的效果滿足了冬季奧運(yùn)會(huì)綠色生態(tài)的設(shè)計(jì)理念。
亞麻混凝土在未來(lái)應(yīng)用中雖有無(wú)限可能，但其力學(xué)性能遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)混凝土或鋼材。此外，它仍是一種較昂貴的產(chǎn)品，且關(guān)于有效應(yīng)用該技術(shù)的信息和相關(guān)人力較少。未來(lái)，若要這個(gè)富有前景的材料更受歡迎，通過(guò)相關(guān)政策支持，不斷研究、測(cè)試和實(shí)驗(yàn)使亞麻混凝土成本降低，是其能廣泛應(yīng)用于建筑建設(shè)的關(guān)鍵。
