Heydar Aliyev Centre / Zaha Hadid Architects. Image © Iwan Baan
混凝土這種材料在建筑行業(yè)中十分流行，但是結(jié)合環(huán)境的不穩(wěn)定性，混凝土成為了研究人士的創(chuàng)新對(duì)象，全球各地的設(shè)計(jì)師、建筑師、研究者都在為混凝土的未來(lái)前景而進(jìn)行著構(gòu)思。
TAKTL's ultra-high-performance concrete panels on the Waikiki Business Plaza by MGA Architecture. Image © TAKTL
數(shù)千年來(lái)，混凝土一直是建筑師和施工者的首選材料，其最早的使用甚至可以追溯到公元前6000年的敘利亞與約旦，混凝土有著成本低、功能多、應(yīng)用快等特點(diǎn)，人們也對(duì)其較為熟悉，大約每年的混凝土澆筑量為220億方。BBC的一項(xiàng)研究表明，自從1950年之后，混凝土的產(chǎn)量增長(zhǎng)了30倍，而自從1990年之后，這個(gè)數(shù)值又增長(zhǎng)了4倍，部分原因則來(lái)源于歐洲戰(zhàn)后的建筑發(fā)展熱潮，以及上世紀(jì)90年代之后亞洲的建筑發(fā)展。根據(jù)專業(yè)人士預(yù)測(cè)，到了2030年，混凝土的產(chǎn)量也許會(huì)增加25%。
ETC Zurich's 3D printed columns. Image © Benjamin Hofer
人們愈發(fā)對(duì)建筑環(huán)境對(duì)于氣候的影響產(chǎn)生重視，而混凝土所承擔(dān)的壓力也愈來(lái)愈大，BBC的Lucy Rodgers認(rèn)為，“如果混凝土工業(yè)是一個(gè)國(guó)家，那么它將會(huì)成為僅次于中國(guó)和美國(guó)的第三大排放國(guó)。相較于航空燃料，混凝土能夠產(chǎn)生大約多2.5%的二氧化碳，甚至不少于全球的農(nóng)業(yè)事業(yè)（12%）。”在波蘭舉辦的2018年COP24氣候變化大會(huì)里，有人強(qiáng)調(diào)如果要做到2015年巴黎氣候協(xié)議，那么到了2030年，混凝土的二氧化碳排放量必須下降16%。那么在這樣的前提下，建筑師和研究者則需要思考的是，如何讓混凝土擁有綠色的施工建造過(guò)程。
“KnitCandela" by Zaha Hadid Architects. Image© Juan Pablo Allegre via ZHA
這些創(chuàng)新大部分都集中在減少混凝土混合物中的水泥含量上，近期，MIT研究社公布了一種混凝土制造策略，這種策略能夠減少二氧化碳的排放。研究人員利用電化學(xué)方法，這種方法能夠在二氧化碳釋放之前就將其捕獲，同時(shí)研究人員也建議在燃料和水工業(yè)中應(yīng)用分離碳。
另外還有一個(gè)創(chuàng)新思維是將生物基礎(chǔ)材料和元素整合到混凝土混合物中。近期，英國(guó)蘭開(kāi)斯特大學(xué)的研究人員公布了一種方法，這種方法能夠從胡蘿卜和根莖類(lèi)蔬菜中提取納米元素來(lái)促進(jìn)混凝土的混合，而由Sandra Manso-Blanco博士開(kāi)發(fā)的“生物感知混凝土”則是另一個(gè)趨勢(shì)，這種技術(shù)能夠見(jiàn)證結(jié)構(gòu)混凝土的分層，然后促進(jìn)苔蘚和地衣植物的生長(zhǎng)，這些植物能夠有效地吸收混凝土。
Glass Fiber Reinforced Concrete. Image © Samuel McGuire
另一種已經(jīng)應(yīng)用在建筑之中的混合物是GFRC，即玻璃纖維混凝土，這種材料由混凝土、砂子、耐堿玻璃纖維、水組合而成，這種玻璃纖維混凝土的主要特征是具有一定的塑形，它能夠構(gòu)成又薄又輕的外部墻板，扎哈建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的阿利耶夫中心的外部也應(yīng)用了這種材料，同時(shí)高迪的圣家教堂也結(jié)合了玻璃纖維混凝土。
Heydar Aliyev Centre / Zaha Hadid Architects. Image © Hélène Binet
扎哈建筑事務(wù)所除了在施工過(guò)程中應(yīng)用了玻璃纖維混凝土之外，建筑師們還展示了一種更加新穎的混凝土應(yīng)用策略，即墨西哥城藝術(shù)博物館的3D編織貝殼，KnitCandela通過(guò)創(chuàng)新的混凝土貝殼結(jié)構(gòu)技術(shù)，表達(dá)了對(duì)西班牙籍墨西哥建筑師兼工程師Felix Candela的敬意，該技術(shù)結(jié)合了創(chuàng)新的KnitCrete框架技術(shù)，而這也構(gòu)成了扎哈在拉丁美洲的首個(gè)展覽。電纜網(wǎng)和織物模板系統(tǒng)的編織時(shí)間大約為36小時(shí)，這也使得自由混凝土表面能夠在不需要模具的前提下構(gòu)成具有表現(xiàn)力的形式。蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的研究者開(kāi)發(fā)了針織物件，裝運(yùn)在兩個(gè)箱子中從墨西哥運(yùn)往瑞士，其長(zhǎng)度一共為350 公里，重25公斤。展館的面積大約為50平方米，其輕薄的雙曲混凝土外殼總重量只有5噸。
在扎哈的展覽中，蘇黎世理工大學(xué)的KnitCrete技術(shù)起到了重要的作用，該技術(shù)在混凝土創(chuàng)新發(fā)展歷程中也名列前茅。蘇黎世理工大學(xué)建筑學(xué)的研究者們希望能夠最大化地利用空間，避免建筑成本的增加，因此設(shè)計(jì)了厚度為2厘米的混凝土面板，不僅滿足承重的需求，同時(shí)滿足可持續(xù)的發(fā)展目的。相較于傳統(tǒng)的混凝土樓板，這些面板構(gòu)成拱形，用于承擔(dān)主要的荷載，這也讓人們聯(lián)想起哥特教堂中的拱形天花板，因此在不需要鋼筋的前提下，二氧化碳的產(chǎn)生會(huì)更小一些，而厚度為2厘米的面板也比普通混凝土面板的重量要減輕70%。
Gothic Construction Techniques Inspire ETH Zurich's Lightweight Concrete Floor Slabs . Image via Block Research Group
近期，該機(jī)構(gòu)還展示了3D打印混凝土的發(fā)展?jié)摿?，瑞士Riom的“Concrete Choreography”裝置展示了第一個(gè)3D打印混凝土舞臺(tái)，其中包含有無(wú)模板支柱。該裝置由瑞士Riom的Origen Festival合作完成，有著9根高度為2.7米的支柱，這些支柱通過(guò)定制的軟件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)用蘇黎世理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的機(jī)器3D打印過(guò)程進(jìn)行制作。打印出的空心混凝土結(jié)構(gòu)使得材料的策略性更強(qiáng)，同時(shí)也滿足了混凝土建筑的可持續(xù)發(fā)展。另外，經(jīng)過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)的材料裝飾和表面肌理都展示了3D混凝土打印技術(shù)在大型建筑中的多功能特征和美學(xué)潛力。
明顯的是，混凝土是設(shè)計(jì)行業(yè)的熱門(mén)材料，它有著很大的發(fā)展?jié)摿ΑｉL(zhǎng)久以來(lái)，這種材料為人們帶來(lái)了城市的發(fā)展，同時(shí)也滿足了快速的發(fā)展需求。那么現(xiàn)在人們應(yīng)該多多考慮混凝土等材料的創(chuàng)新新能。建筑師所面臨的挑戰(zhàn)是通過(guò)這些創(chuàng)新策略，從根本上改變?nèi)藗儗?duì)于混凝土的使用方式，以及讓全新的混凝土性能為保守的傳統(tǒng)思維所接納，否則，在全新的未來(lái)，混凝土很有可能為其他的材料所替代。
