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在技術(shù)發(fā)展如此快速的時(shí)代，各種新穎的建筑材料正在興起，而所有新型建材幾乎都具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、保溫、節(jié)能、節(jié)土、裝飾等優(yōu)良特性。
很顯然，采用新型建材不但使房屋功能大大改善，還可以使建筑物內(nèi)外更具現(xiàn)代氣息，滿足人們的審美要求;有的新型建材可以顯著減輕建筑物自重，為推廣輕型建筑結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件，推動(dòng)了建筑施工技術(shù)現(xiàn)代化，大大加快了建房速度。現(xiàn)如今，新型材料的發(fā)展已經(jīng)形成必不可擋的趨勢(shì)。
雖然科技有時(shí)會(huì)威脅到環(huán)境保護(hù)和生態(tài)公平，但有時(shí)，它也能緩解來(lái)自環(huán)境的危機(jī)。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外的材料工程師和設(shè)計(jì)師專注于研究自然和科技的關(guān)系，以開(kāi)發(fā)更具可持續(xù)性的建筑材料。
隨著科技持續(xù)發(fā)展，
建筑的未來(lái)會(huì)是什么樣子？
大膽暢想，未來(lái)可期。
下面列出的10項(xiàng)建筑創(chuàng)新，
不久的將來(lái)或?qū)⒏淖冋麄€(gè)建筑環(huán)境。
1、石墨烯氣凝膠
由中國(guó)浙江大學(xué)的研究人員研究開(kāi)發(fā)而成的石墨烯氣凝膠，目前已知它是地球上最低密度的物質(zhì)之一，是一種泡沫狀固體材料，盡管幾乎輕如空氣卻保有固定形狀。有的氣凝膠的密度只有空氣的3倍，但通常氣凝膠是空氣的15倍重。
你可能會(huì)認(rèn)為凝膠是如發(fā)膠一般濕濕的物質(zhì)。實(shí)際上氣凝膠是通過(guò)排除凝膠中的液體制得的。除去90%到99%的空氣以外，剩下的只是二氧化硅結(jié)構(gòu)。氣凝膠幾乎沒(méi)有重量，但是可以拉長(zhǎng)成薄片氣凝膠織物。在建設(shè)項(xiàng)目中，氣凝膠織物具有“超強(qiáng)隔熱”的特性，其多孔結(jié)構(gòu)使熱量很難通過(guò)。測(cè)試表明氣凝膠織物的隔熱能力是傳統(tǒng)玻璃纖維或泡沫絕緣材料的2到4倍。一旦價(jià)格適中，它就可以廣泛應(yīng)用于建筑。
2、綠色木炭
目前廣泛應(yīng)用于建筑的混凝土面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，傳統(tǒng)的鋼筋容易生銹，導(dǎo)致整個(gè)復(fù)合材料的強(qiáng)度等性能下降；另外，混凝土也很難回收，幾乎為一次性材料。印度設(shè)計(jì)與創(chuàng)新學(xué)院的Meenal Sutaria和Shreyas More設(shè)計(jì)了一種替代復(fù)合材料，由多孔碳、絲瓜絡(luò)纖維、肥土、水泥和包裹在其中的空氣組成。選擇的每種材料都有自己的優(yōu)勢(shì)：多孔碳質(zhì)量輕，同時(shí)可吸附空氣污染物；有機(jī)絲瓜絡(luò)增強(qiáng)復(fù)合材料韌性；而土壤則起到彈性粘合劑和保持穩(wěn)定pH值的作用。雖然這種材料仍處于原型研發(fā)階段，但在可生物降解的景觀墻中具有廣泛的潛在適用性。
3、納米材料
納米技術(shù)正在推動(dòng)材料科學(xué)，它突破了曾經(jīng)看起來(lái)不可能的限制。TRY2004金字塔超級(jí)城市概念曾為東京發(fā)展做出了很大的幫助，但由于該項(xiàng)目的難度，它只能在碳納米管的幫助下完成。
當(dāng)與高強(qiáng)度混凝土結(jié)合使用時(shí)，碳納米管（CNT）等納米材料會(huì)產(chǎn)生一種伸縮性強(qiáng)的材質(zhì)，使得建筑不再需要鋼筋，因此加快了施工進(jìn)程。還有更多的可能性，其他發(fā)展包括超輕型（超強(qiáng)）材料以及另一種自修復(fù)混凝土。
4、可編程水泥
混凝土生產(chǎn)是溫室氣體排放的罪魁禍?zhǔn)字弧榱诉M(jìn)一步改進(jìn)混泥土材料，美國(guó)萊斯大學(xué)的研究人員將目光投向了納米級(jí)領(lǐng)域，他們研究了硅酸鈣水合物(C-S-H)水泥如何結(jié)晶，并用它來(lái)合成具有特定形狀的C-S-H顆粒。研究人員將它們變成立方體，矩形、棱柱、樹(shù)突狀、核殼和菱形，這樣的形狀能夠讓它們更密集地放在一起。團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)調(diào)整原始種子的濃度、溫度和生成過(guò)程的持續(xù)時(shí)間來(lái)控制這些最終顆粒的數(shù)量、大小和形狀。然后將該信息映射成可以與制造商和建造者共享的統(tǒng)一形態(tài)圖，使他們?cè)O(shè)計(jì)具有特定期望屬性的混凝土。
“一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)樗兊酶鼜?qiáng)硬，所以不需要太多就能達(dá)到以前的效果，”研究人員解釋說(shuō)：“這是由于立方體顆粒的壓緊效果更好會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的微觀結(jié)構(gòu)；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其更耐用，以及更少的孔隙率使得其隔絕了更多化學(xué)物質(zhì)的進(jìn)入，因此鋼筋內(nèi)部不易受到破壞。”
5、自修復(fù)混凝土
混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料。事實(shí)上，它是水之后地球上第二大消費(fèi)品。混凝土有廉價(jià)和廣泛適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，但也容易開(kāi)裂，在極熱和極冷環(huán)境下抗壓性能會(huì)惡化。
過(guò)去修復(fù)有裂縫的混凝土的唯一途徑就是修補(bǔ)它、加強(qiáng)它，或者把它敲下來(lái)從頭開(kāi)始。但以后將不需再這樣了。美國(guó)羅德島大學(xué)的研究生和化學(xué)工程教授創(chuàng)建了一種新型“智能”混凝土，可以“智能”修復(fù)自身的裂縫。這是因?yàn)榛炷粱旌衔镏星度肓宋⑿退Ａz囊。當(dāng)裂紋產(chǎn)生時(shí)，膠囊破裂并釋放一種凝膠狀愈合劑，變硬填補(bǔ)空隙，實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。
當(dāng)然，這不是自修復(fù)混凝土的唯一修復(fù)方法。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌嵌入玻璃毛細(xì)管或聚合物微膠囊也可達(dá)到類似效果。
延長(zhǎng)混凝土的壽命能帶來(lái)巨大的環(huán)境效益。目前世界范圍內(nèi)的混凝土生產(chǎn)占全球二氧化碳排放的5%。智能混凝土不僅會(huì)使我們的結(jié)構(gòu)更安全，也可以減少溫室氣體的排放。
6、溫控反映瓷磚
這種溫控反映瓷磚，也是一種新技術(shù)，未來(lái)一定會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。它的妙處在于可以根據(jù)溫度的不同，變換不同的顏色。
這種溫控反映瓷磚，是一家名為移動(dòng)顏色(Moving Color)的公司生產(chǎn)著一種玻璃裝飾瓷磚，瓷磚表面涂覆著一種熱致變色染料，可以像“活著”一般隨表面溫度發(fā)生變化。在室溫下，瓷磚是一個(gè)光滑的黑色，但瓷磚有光直射或接觸溫水時(shí)，瓷磚顏色就像北極光一樣轉(zhuǎn)變成彩虹般的藍(lán)色、綠色和粉紅色。
7、碳納米管
碳納米管是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料，可以拉伸超過(guò)厚度的一百萬(wàn)倍。
一納米(nm)只有一米的十億分之一，這是微乎其微的小。一張紙的厚度是100000nm。人的指甲生長(zhǎng)速度大約1nm每秒，即使人的DNA鏈也只是2.5nm寬。這樣看來(lái)構(gòu)造“納米”級(jí)的材料似乎是不可能的。但科學(xué)家和工程師通過(guò)使用電子束光刻技術(shù)等尖端技術(shù)，已經(jīng)成功地創(chuàng)造出壁厚只有1nm的碳納米管。
當(dāng)大的粒子變小時(shí)，其表面積在不斷增加。這些碳納米管具有比地球上其它任何材料都高的比強(qiáng)度，可以拉伸超過(guò)厚度的一百萬(wàn)倍。碳納米管的質(zhì)量之輕和強(qiáng)度之高，使它們可以嵌入到其他金屬、混凝土、木材和玻璃等建筑材料中來(lái)增加材料密度和抗拉強(qiáng)度。工程師們甚至嘗試在建筑材料加入納米傳感器，這樣可以在材料破裂和開(kāi)裂之前監(jiān)測(cè)出來(lái)。
8、透明鋁材
透明鋁材可以需要更小的內(nèi)部支撐來(lái)建造高聳的玻璃幕墻摩天大樓。
幾十年來(lái)，化學(xué)工程師夢(mèng)寐以求地開(kāi)發(fā)一種結(jié)合了金屬的強(qiáng)度和耐久性的與玻璃般透亮的材料。這種“透明金屬”可以以很小的內(nèi)部支撐來(lái)建造高聳的玻璃幕墻摩天大樓。軍事建筑可以安裝這種薄而透明的金屬窗戶經(jīng)受起最高級(jí)的炮火攻擊。而早在1980年代，科學(xué)家們就開(kāi)始試驗(yàn)一種由鋁、氧和氮混合粉所形成的新型陶瓷。陶瓷經(jīng)過(guò)熱處理和冷卻過(guò)程得到硬度很高的晶體材料。他們將混合鋁粉置于巨大的壓力之下，在2000℃(3632 F)高溫加熱數(shù)天，最后拋光生產(chǎn)出透明如玻璃一般又兼具鋁的強(qiáng)度的新材料。這種被認(rèn)為是透明鋁材或者ALON的太空材料已經(jīng)用于軍隊(duì)生產(chǎn)裝甲窗戶和光學(xué)透鏡。
9、二氧化碳建筑
沒(méi)錯(cuò)，你沒(méi)聽(tīng)錯(cuò)，就是二氧化碳建筑，乍一聽(tīng)，嚇人一跳，怎么也沒(méi)法把二氧化碳和建筑聯(lián)系到一起。但其實(shí)這也是一種新技術(shù)。
究竟是怎么回事呢？原來(lái)最近美國(guó)麻省理工學(xué)院的一組研究人員成功的利用轉(zhuǎn)基因酵母將二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為了固體碳基建筑材料。這科學(xué)家們說(shuō)啊，每年全球約有300億公噸的二氧化碳被排到大氣中，非常的污染環(huán)境，他們用滿滿一燒杯的轉(zhuǎn)基因酵母就可以利用只有1磅(0.5公斤)的二氧化碳產(chǎn)生出2磅(1公斤)的固體碳酸鹽。這樣一來(lái)可以很大程度上減少環(huán)境污染。
用這樣的固體碳基材料建成的二氧化碳建筑還真是讓人期待啊。
10、機(jī)器人群體建筑
自然界最巧妙的建筑者之一是不起眼的白蟻。它用只有沙子一般大小的大腦，與成千上萬(wàn)的“同胞們”一起工作建立起龐大復(fù)雜的泥巴結(jié)構(gòu)。白蟻現(xiàn)象引起了美國(guó)哈佛大學(xué)機(jī)器人研究人員的注意，因?yàn)檫@種昆蟲(chóng)并不是聽(tīng)取來(lái)自蟻穴中央的命令，每個(gè)白蟻只是根據(jù)基因程序規(guī)定的行為工作。
受白蟻啟發(fā)，哈佛大學(xué)自組織系統(tǒng)研究小組的研究人員組建了小型建筑機(jī)器人群體進(jìn)行工作。四輪機(jī)器人可以在空地上通過(guò)搬磚、爬墻和鋪磚砌出磚墻。它們有傳感器來(lái)檢測(cè)其他機(jī)器人的存在并按規(guī)則彼此互不干擾地工作。就像白蟻一般，沒(méi)有人“控制”它們，但它們按照程序齊心協(xié)力把設(shè)計(jì)變成現(xiàn)實(shí)。
想象一下這樣的應(yīng)用場(chǎng)景：成群的機(jī)器人沿著淹沒(méi)海岸線建造堤壩墻；成千上萬(wàn)的微型機(jī)器人在火星上建造空間站，或者深海海底天然氣管道被海里成群游蕩的機(jī)器人組裝完成……
本文來(lái)源：廣東建設(shè)報(bào)
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