在未来,混凝土的作用将不仅是一种建筑或设计材料,它可以是富含纳米颗粒、能够自清洁并有助于分解污染物的材料。这种材料在罗马墨西哥城中的项目上被使用后,将在德国的建筑项目中被采用。

智能材料:光催化混凝土

 

无论是污染物排放控制法规还是建设环保区强行规定,或是推行电动汽车取代燃油汽车,政府和各工业领域对如何减少未来空气污染采取了多种手段和措施。但我们该如何应对空气中已存在的污染物?上述智能建筑材料——光催化混凝土就是减轻环境负担的一种解决方案。

将纳米颗粒添加到混凝土中可以实现上述清洁效果。二氧化钛(TIO2)是一种被添加到油漆、染料、涂料,以及牙膏和防晒霜中的白色颜料。它在紫外线照射下形成的化学反应中具有光催化作用:二氧化钛作为催化剂可以将有机材料如污染颗粒物或氮氧化物转化为水溶性硝酸盐和亚硝酸盐。通过水洗涤或下雨,这些附在建筑表面无害的化合物可以被冲洗掉,这意味着混凝土可以具有自身清洁并降低周围空气中污染物浓度的作用。

在不同领域中智能混凝土可以有着多样化的使用,尤其是二氧化钛可以长时间保持其催化性能,这也使得光催化混凝土不仅可以用于建筑,也可以用于道路和其他交通结构建设中。

 

使用光催化混凝土的第一个大型项目是在意大利。2003年,罗马圣父教堂在揭幕典礼上以自身独特的建筑形态令人眼前一亮:美国建筑师理查德·迈耶设计了一座长达40米,拥有三只17到27米高船帆的船型建筑。建筑闪亮的白色外观也让Italicement公司的光催化混凝土产品脱颖而出。在混凝土中添加的二氧化钛元素可以让建筑立面保持长期清洁。在巴黎-法国航空公司大楼建设中也采用了相同元素的智能混凝土材料。

 

额外的成本,户外试验难以证实的效果

 

长期以来,用这种智能型混凝土新材料处理有害物质的做法总是遇到一些不情愿和不配合,尤其是在推广时。不仅因为使用这种特殊混凝土会增加额外的建筑成本,也由于这种新材料的优势很难明确地通过户外试验被证实:在相同情况下,光催化混凝土与普通混凝土对等量的太阳光、热量和污染物浓度的处理结果,因为这些试验条件在户外极难控制,尤其要精确测得控制污染物的浓度结果更不容易。

 

在罗马教堂建成十年后,2013年,长期受污染的墨西哥城在 ‘Torre de Especialidades’(塔)项目中首次使用了二氧化钛涂层。而当时这一建筑的外立面并非混凝土,而是使用了二氧化钛涂层的塑料面板,面板为蜂窝状构造,约2500平方米。与二维平面相比,这种蜂窝状构造使表面积增加约200%,从而使防污染效果达到最大化。

 

在德国,最早以减少污染为目的、使用智能建筑材料的项目是Fulda市中心道路铺装。在Fulda市中心空气污染检测显示超过年度限制指标之后,德国环境研究所便大力支持使用智能建筑材料来减少污染。 于是表面涂有二氧化钛的AirClean混凝土铺路板被决定使用。在 Frauenhof分子生物学和应用生态研究所的帮助下,这种混凝土铺路板的生产公司研制出了自己的板材配方,可以根据不同的天气环境将氮氧化物平均降低20%至30%。

 

简单涂覆到大规模生产应用

 

继Fulda在铺路材料表面采用涂覆二氧化钛以减少污染之后,接下来在Detmold的中心公交车站(ZOB)项目上进行了大规模生产应用:将二氧化钛添加到混凝土材料中,而不是简单地涂覆在混凝土表面。这种应用方式使交通繁忙的ZOB车站的混凝土路面变得更具有耐候性和耐侵蚀性。

2013年开业的ZOB车站是一个具有研究价值的测试地:它占地约700平方米,包括11个公共汽车站台。这里每天有800辆公共汽车经过,存在着巨大的污染。组织这个项目建设的负责人决定使用光催化混凝土及用二氧化钛混凝土铺路板覆盖公交站。德国海德堡水泥公司提供了用于批量处理混凝土表面的特殊元素TioCem。 而道路表面则铺设了方便更换的AirClean混凝土铺路板。

ZOB车站也让二氧化钛证明了自身具有的清洁能力:来自德国东威斯特法伦-利普应用技术大学的专家选择间接测量的方法进行检测:他们没有检测空气中的氮水平,而是检测出光催化混凝土表面由废弃物转化而成的硝酸盐和亚硝酸盐比普通混凝土表面的值要高很多。研究人员还设置了不同的测试表面来收集雨水径流。此外,专家们还在ZOB车站设立了一个环境监测站用来测量重要的环境数据和氮浓度,以此获得更为准确的数据。

研究人员自ZOB车站建成后到2014年12月一直在收集相关环境数据,包括1329个水样本都被送往Frauenhof研究所分析硝酸盐水平。在2015年夏天公布的评估结果显示:与普通混凝土相比,光催化混凝土减少了高达20%的污染物。这也表明,光催化混凝土铺设道路在未来具有无限的潜力。

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