國家雪車雪橇中心俯瞰圖

在北京延慶狹長山坡上，國家雪車雪橇中心的賽道猶如一條盤旋舞動的巨龍，因此也被稱為“雪游龍”。近日，來自世界各地的運(yùn)動員在此進(jìn)行著2022年北京冬奧會雪車雪橇比賽。與此同時，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)計師和材料商的關(guān)注焦點(diǎn)。

 特殊的多性能未來材料 

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，除了抵消制造過程中的碳排放外，還能在材料內(nèi)部儲存額外的碳。

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，亞麻的種植在推動該材料發(fā)展過程中至關(guān)重要。亞麻的生長過程對水需求量小，因此不需人工灌溉，且生長速度比樹木快約50倍。在植物成熟收割后，它會被晾曬幾天，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。

英國國家農(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)大麻在田間生長時吸收二氧化碳，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。位于法國的漢麻混凝土體育中心所采用的漢麻纖維來自法國本土的種植園，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年北京冬奧會建設(shè)的新場館，負(fù)責(zé)承辦雪車、雪橇和鋼架雪車比賽。該項(xiàng)目集多個“之最”于一身，建設(shè)難度極大。賽道以中國龍為主題進(jìn)行設(shè)計，在山坡上蜿蜒起伏，整體由54個制冷單元組成，設(shè)有16個彎道，全長1975米，垂直高差121米，最大滑行速度可達(dá)134.4千米/時。同時，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年北京冬奧會項(xiàng)目中設(shè)計、施工難度最高、最為復(fù)雜的設(shè)施。

如此一條賽道對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)計制造的生產(chǎn)商，該設(shè)計團(tuán)隊曾表示，一般可用于增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的材料不符合奧運(yùn)會比賽的規(guī)格。由于價格昂貴，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，但塑料的疏水性會出現(xiàn)塑料纖維不與混凝土粘結(jié)的情況。與此同時，塑料纖維還會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斷裂，進(jìn)一步避免纖維在混凝土表面突出。同時，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固程度。亞麻混凝土的多性能夠滿足復(fù)雜賽道設(shè)計的同時，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)會綠色生態(tài)的設(shè)計理念。

亞麻混凝土在未來應(yīng)用中雖有無限可能，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，若要這個富有前景的材料更受歡迎，通過相關(guān)政策支持，不斷研究、測試和實(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。