米乐m6手机网页版新型建筑材料正在兴起推动绿色建筑建造方式助力“双碳”目标实现
发布时间:2023-06-19点击次数:

  在技术发展如此快速的时代,各种新颖的建筑材料正在兴起,而所有新型建材几乎都具有轻质、高强、保温、节能、节土、装饰等优良特性。

  很显然,采用新型建材不但使房屋功能大大改善,还可以使建筑物内外更具现代气息,满足人们的审美要求;有的新型建材可以显著减轻建筑物自重,为推广轻型建筑结构创造了条件,推动了建筑施工技术现代化,大大加快了建房速度。现如今,新型材料的发展已经形成必不可挡的趋势。

  虽然科技有时会威胁到环境保护和生态公平,但有时,它也能缓解来自环境的危机。越来越多的国内外的材料工程师和设计师专注于研究自然和科技的关系,以开发更具可持续性的建筑材料。

  新型建材材料是在传统建筑材料的基础上形成新一代的建筑材料,经过几年的发展,我国的新型建材工业基本实现了无到有、小到大的发展过程,并在国内设立了一个新的行业,形成了一种重要的产品类型和新的经济发展空间。

  新型建材与传统的砖瓦、灰砂石等建材的新种类不同,在业内对新型建筑材料的大小进行了清晰的定义,即新型建筑材料由新型墙体、新型防水密封材料、新型保温隔热材料、装饰装修材料等组成。

  由我国浙江大学的研究人员研究开发而成的石墨烯气凝胶,是目前已知的地球上最低密度的物质之一,它是一种泡沫状固体材料,尽管几乎轻如空气却保有固定形状。有的气凝胶的密度只有空气的3倍,但通常气凝胶是空气的15倍重。

  你可能会认为气凝胶是如发胶一般湿湿的物质,实际上气凝胶是通过排除凝胶中的液体制得的。除去90%到99%的空气以外,剩下的只是二氧化硅结构。气凝胶几乎没有重量,但是可以拉长成薄片气凝胶织物。在建设项目中,米乐m6手机网页版气凝胶织物具有“超强隔热”的特性,其多孔结构使热量很难通过。测试表明气凝胶织物的隔热能力是传统玻璃纤维或泡沫绝缘材料的2到4倍。一旦价格适中,它就可以广泛应用于建筑。

  目前广泛应用于建筑的混凝土面临着许多技术挑战。例如,传统的钢筋容易生锈,导致整个复合材料的强度等性能下降;另外,混凝土也很难回收,几乎为一次性材料。印度设计与创新学院的Meenal Sutaria和Shreyas More设计了一种替代复合材料,由多孔碳、丝瓜络纤维、肥土、水泥和包裹在其中的空气组成。选择的每种材料都有自己的优势:多孔碳质量轻,同时可吸附空气污染物;有机丝瓜络增强复合材料韧性;而土壤则起到弹性粘合剂和保持稳定pH值的作用。虽然这种材料仍处于原型研发阶段,但在可生物降解的景观墙中具有广泛的潜在适用性。

  纳米技术正在推动材料科学,它突破了曾经看起来不可能的限制。TRY2004金字塔超级城市概念曾为东京发展做出了很大的帮助,但由于该项目的难度,它只能在碳纳米管的帮助下完成。

  当与高强度混凝土结合使用时,碳纳米管(CNT)等纳米材料会产生一种伸缩性强的材质,使得建筑不再需要钢筋,因此加快了施工进程。还有更多的可能性,其他发展包括超轻型(超强)材料以及另一种自修复混凝土。

  混凝土生产是温室气体排放的罪魁祸首之一。为了进一步改进混凝土材料,美国莱斯大学的研究人员将目光投向了纳米级领域,他们研究了硅酸钙水合物(C-S-H)水泥如何结晶,并用它来合成具有特定形状的C-S-H颗粒。研究人员将它们变成立方体,矩形、棱柱、树突状、核壳和菱形,这样的形状能够让它们更密集地放在一起。团队能够通过调整原始种子的浓度、温度和生成过程的持续时间来控制这些最终颗粒的数量、大小和形状。然后将该信息映射成可以与制造商和建造者共享的统一形态图,使他们设计具有特定期望属性的混凝土。

  “一个优点是,因为它变得更强硬,所以不需要太多就能达到以前的效果,”研究人员解释说:“这是由于立方体颗粒的压紧效果更好会产生更强的微观结构;另一个优点是其更耐用,以及更少的孔隙率使得其隔绝了更多化学物质的进入,因此钢筋内部不易受到破坏。”

  混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料。事实上,它是水之后地球上第二大消费品。混凝土有廉价和广泛适应性等优点,但也容易开裂,在极热和极冷环境下抗压性能会恶化。

  过去修复有裂缝的混凝土的唯一途径就是修补它、加强它,或者把它敲下来从头开始。但以后将不需再这样了。美国罗德岛大学的研究生和化学工程教授创建了一种新型“智能”混凝土,可以“智能”修复自身的裂缝。这是因为混凝土混合物中嵌入了微型水玻璃胶囊。当裂纹产生时,胶囊破裂并释放一种凝胶状愈合剂,变硬填补空隙,实现自我修复。

  当然,这不是自修复混凝土的唯一修复方法。其他研究人员利用细菌或嵌入玻璃毛细管或聚合物微胶囊达到类似的效果。

  延长混凝土的寿命能带来巨大的环境效益。目前世界范围内的混凝土生产占全球二氧化碳排放的5%。智能混凝土不仅会使我们的结构更安全,也可以减少温室气体的排放。

  温控反映瓷砖是一种新技术,未来一定会得到广泛的应用。它的妙处在于可以根据温度的不同,变换不同的颜色。

  这种温控反映瓷砖,是一家名为移动颜色(Moving Color)的公司生产的一种玻璃装饰瓷砖,瓷砖表面涂覆着一种热致变色染料,可以像“活着”一般随表面温度发生变化。在室温下,瓷砖是一个光滑的黑色,但当你接触到瓷砖或者有光直射或温水接触时,瓷砖颜色就像北极光一样转变成彩虹般的蓝色、绿色和粉红色。

  碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料,可以拉伸超过厚度的一百万倍。

  一纳米(nm)只有一米的十亿分之一,这是微乎其微的小。一张纸的厚度是100000nm。人的指甲生长速度大约1nm每秒,即使人的DNA链也只是2.5nm宽。这样看来构造“纳米”级的材料似乎是不可能的。但科学家和工程师通过使用电子束光刻技术等尖端技术,已经成功地创造出壁厚只有1nm的碳纳米管。

  当大的粒子变小时,其表面积在不断增加。这些碳纳米管具有比地球上其他任何材料都高的比强度,可以拉伸超过厚度的一百万倍。碳纳米管的质量之轻和强度之高,使它们可以嵌入到其他金属、混凝土、木材和玻璃等建筑材料中来增加材料密度和抗拉强度。工程师们甚至尝试在建筑材料加入纳米传感器,这样可以在材料破裂和开裂之前监测出来。

  几十年来,化学工程师梦寐以求地开发一种结合了金属的强度和耐久性的与玻璃般透亮的材料。这种“透明金属”可以凭借很小的内部支撑来建造高耸的玻璃幕墙摩天大楼。军事建筑可以安装这种薄而透明的金属窗户经受起最高级的炮火攻击。而早在1980年代,科学家们就开始试验一种由铝、氧和氮混合粉所形成的新型陶瓷。陶瓷经过热处理和冷却过程得到硬度很高的晶体材料。他们将混合铝粉置于巨大的压力之下,在2000℃(3632 F)高温加热数天,最后抛光生产出透明如玻璃一般又兼具铝的强度的新材料。这种被认为是透明铝材或者ALON的太空材料已经用于军队生产装甲窗户和光学透镜。

  没错,你没听错,就是二氧化碳建筑,乍一听,吓人一跳,怎么也没法把二氧化碳和建筑联系到一起,但其实这也是一种新技术。

  究竟是怎么回事呢?原来最近美国麻省理工学院的一组研究人员成功地利用转基因酵母将二氧化碳气体转化为了固体碳基建筑材料。这科学家们说啊,每年全球约有300亿公吨的二氧化碳被排到大气中,非常污染环境,他们用满满一烧杯的转基因酵母就可以利用只有1磅(0.5千克)的二氧化碳产生出2磅(1千克)的固体碳酸盐。这样一来可以很大程度上减少环境污染。

  自然界最巧妙的建筑者之一是不起眼的白蚁,它用只有沙子一般大小的大脑,与成千上万的“同胞们”一起工作建立起庞大复杂的泥巴结构。白蚁现象引起了美国哈佛大学机器人研究人员的注意,因为这种昆虫并不是听取来自蚁穴中央的命令,每个白蚁只是根据基因程序规定的行为工作。

  受白蚁启发,哈佛大学自组织系统研究小组的研究人员组建了小型建筑机器人群体进行工作。四轮机器人可以在空地上通过搬砖、爬墙和铺砖砌出砖墙。有传感器来检测其他机器人的存在并按规则彼此互不干扰地工作,就像白蚁一般,没有人“控制”它们,但它们按照程序齐心协力把设计变成现实。

  想象一下这样的应用场景:成群的机器人沿着淹没海岸线建造堤坝墙;成千上万的微型机器人在火星上建造空间站,或者深海海底天然气管道被海里成群游荡的机器人组装完成……

  “双碳”目标不仅事关中华民族的永续发展,也是人类实现可持续发展的必然抉择。

  为实现这一重大目标,近日,国家发展改革委印发了《关于统筹节能降碳和回收利用 加快重点领域产品设备更新改造的指导意见》。该意见明确指出,要聚焦产销量大、应用范围广、能源消耗低、实施条件好的产品设备和材料,加快发展方式的绿色转型,实现资源节约集约利用,提升再生资源循环利用水平。同时,综合运用财税、金融、投资、价格等政策,激发各方参与设备材料的更新改造和回收利用的积极性和主动性,为实现“双碳”目标提供有力支撑。

  事实上,从2010年起,我国已在工程建设、能源利用、化工生产、机电制造等众多行业开展了大规模、系列化的节能降耗与低碳减排工作。其中,规模最大、投入最多、涉及范围最广的当属 “煤改气”“煤改电”等非化石能源改造工程建设项目和建筑行业的绿色建材推广使用项目。但从多年来的实际使用效果来看,尽管已取得了一定的成效,但由于我国在老旧设备的更新换代监管政策、新能源开发利用的激励政策、新型建材和高效节能产品的推广政策、新技术新材料新工艺的研发支持政策等方面还有很多需要完善之处,因此,这就使得所开展的节能降耗与低碳减排工作受到了一定程度的约束和影响。米乐m6手机网页版

  面对我国实现“双碳”目标的紧迫性,国家发展改革委印发的《统筹节能降碳和回收利用 加快重点领域产品设备更新改造的指导意见》不仅对我国各行业具体开展节能降碳和设备更新改造工作具有重要的指导意义,而且在如何实现“双碳”目标方面也指明了原则和方向。特别是在“十四五”期间,为促进我国国民经济的稳步发展,我国将陆续投资百万亿元,开展大规模的基础设施工程建设。很显然,这些工程建设不仅需要大量的工程建设材料,也需要各种各样的能源消耗。因此,高度重视新型建材的研发和推广利用,推动绿色建筑建造方式,广泛使用低能耗设备产品,并在工程建设中加快开展资源节约和再生利用,大力推动旧建材精细拆解、复合材料高效解离、有价金属清洁提取和稀贵金属再生利用,加快构建废弃物循环利用体系,使废旧产品设备物尽其用,实现生产、使用、更新、淘汰、回收利用的产业链循环,全面推动建筑业低碳化、智能化、绿色化发展就凸显其重要性,这也是建材行业为我国实现“双碳”目标应作出的贡献和应肩负的历史责任。


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