可持续建筑的生物基材料：大麻混凝土、木材、夯土、稻草、菌丝体

TK生物基材料编译：在向循环经济转变的过程中，建筑业将越来越依赖生物基材料的许多可持续品质。Bohemia Hookham 描述了这些现象——其中一些已经使用了数千年，另一些是最近才开发的，还有一些我们可能会在不久的将来看到。

Bates Smart 的 25 King 是一个创新的布里斯班工作场所，通过亲生物设计将建筑物的用户与自然联系起来

建筑师在使用生物基材料的建筑行业内推动全球向循环经济发展方面处于独特的地位。

几个世纪以来，人类使用天然材料来构建我们的建筑环境。木材、竹子、泥土和稻草都是可随时使用的可再生天然材料。然而，随着工业时代的到来以及社会和技术的现代化，可再生资源被水泥和钢铁等其他污染材料所取代。今天，全球只有约 3% 的建筑材料是生物基材料；但这个数字正在改变。

生物基材料来源于生物体，例如植物、动物和真菌。某些资源，例如木材和大麻，可以以原始状态使用，而其他资源，例如藻类和菌丝体，通常与其他材料混合以成为有用的复合材料。来自植物的生物基材料可以从大气中捕获碳，并通过光合作用将其转化为生物质。使用生物基材料封存碳是推动建筑业迈向循环经济的关键一步。

木材

大规模木材解决方案的采用，例如交叉层压木材 (CLT)、层压单板木材 (LVL) 和胶合层压木材 (glulam)，在过去几年中迅速增长，预计将继续以复合年增长率增长从 2021 年到 2028 年，增长率为 13.6% 。

大面积木材解决方案为混凝土、钢和铝提供了可行的替代品。它们可以是可再生的并隔离碳，同时通过亲生物设计元素将建筑用户与自然世界联系起来。与典型的施工方法相比，通过预制，安装时间显着减少，现场风险最小化。

Bates Smart's 25 King 是布里斯班的一座办公楼，是迄今为止澳大利亚最大的工程木材商业建筑。上层建筑高 45 米，超过 9 层，由 CLT（用于墙壁、电梯井、逃生楼梯、屋顶和地板）和胶合木（用于结构梁和柱）组成。

该项目建在隧道上，受到重量限制；与钢结构和混凝土结构相比，木材上层建筑的使用使建筑更轻。木材上层建筑意味着需要早期的文档和模块化来实现高效的预制。这导致建筑工地更清洁、更安静、更安全，浪费最少，现场工人从 60 人减少到 12 人。整个楼层在 8 天内完成，整个建筑在 15 个月内完工——从而减少了 20% 的时间与钢筋和混凝土相比。

六乘八米的结构网格允许双跨 CLT 面板（总长度 12 米）在集装箱中高效运输，而网格间距还允许灵活高效的楼板适合各种租户。用于天花板拱腹的外露 CLT 木板消除了对额外吊顶饰面的需求，从而实现了更高的地板到天花板高度，从而使地板向更多自然光开放，并通过外露的温暖木材提供与自然的联系。

在墨尔本拉筹伯大学 Jackson Clements Burrows Architects 的学生宿舍，超过 90% 的承重墙和柱子是由 CLT 和胶合木制成的

这些示范项目展示了钢结构和混凝土结构的商业上可行的替代方案。但林业能否跟上这种不断增长的需求？由于与 COVID 相关的运输延误和全球对新房建设的高需求，澳大利亚的木材价格已经上涨了 30% 到 40%。那么，还有哪些其他解决方案？

混凝土

大麻混凝土是一种生物复合材料，由大麻皮（大麻植物的木质硬纤维）与石灰、水和沙子组成。大麻本身的生长速度极快，并且在通过种植过程隔离碳方面非常有效。该植物的强韧纤维还可加工成多种产品，例如纸张、纺织品、生物塑料、食品和生物燃料，以及具有出色隔热和隔音性能的建筑材料。

用大麻混凝土建造有两种主要方法。第一种使用模板在现场浇注或喷涂大麻混凝土混合物，而第二种使用预制块像砖一样在现场堆放。抗压强度远低于混凝土，不适合承重墙；相反，它通常与另一种材料（如木材）的框架结合使用。

Hempcrete具有低导热性，使其成为绝热的优良材料。它还具有良好的隔音效果，并且具有高度的蒸汽渗透性，可以帮助调节内部湿度。根据Hempcrete Australia 的说法，除了这些高性能特性外，“估计每吨石灰基hempcrete 在 100 年的生命周期内吸收和隔离 249 公斤的二氧化碳。”

由 Steffen Welsch Architects 设计的 Hemp House 于 2012 年完工，它使用了大麻混凝土、夯土和木材的组合来创造一个多户住宅，该住宅具有低能耗和健康的生物基内部环境。

夯土

土楼是最古老的建筑形式之一，可以追溯到公元前九千年的中东新月沃土，以及公元前五千年的中国。一些土方施工方法包括夯土、泥砖、玉米棒、荆条和涂抹以及土袋。

夯土，也用于 Hemp House 的内墙，是一种由砾石、沙子、淤泥和粘土组成的土方建筑，压缩成模板。虽然不需要水泥，但可以添加它来稳定和增加强度和耐久性，并且当使用它时，它会产生与混凝土非常相似的抗压强度。用于夯土的水泥通常占混合物的 5% 至 10%，相比之下，混凝土通常含有 10% 至 15% 的水泥。水泥的负面影响超出了本文的范围，但如果水泥行业是一个国家，它将是世界第三大二氧化碳排放国。

不含水泥的夯土是一种无毒的生物基材料，在其生命周期结束时可以完全生物降解。夯土还具有很高的热质量，可以延迟通过墙壁的热流，但根据当地气候，它可能仍需要额外的绝缘来解决热舒适问题。

夯土被广泛用于 Luigi Rosselli Architects 的西澳长城项目，该项目生产了澳大利亚最长（230 米）的夯土墙。曲折的墙作为掩埋在沙丘中的 12 个短期住宿单元的正面。由此产生的设计隐藏了这座建筑——从后面看，它看起来像是一座精心修剪的山丘。由于它位于皮尔巴拉（Pilbara）——西澳大利亚州一个大型、干燥且人口稀少的地区，气候恶劣，红土和大量铁矿石矿藏——该项目使用当地可用的材料至关重要。

夯土墙的热特性——从当地的粘土盘中提取富含铁的沙土，连同从河床开采的鹅卵石和砾石——尽管气候恶劣，但有助于创造舒适的生活环境。墙内的粘土具有吸湿特性，当气流沿墙移动时会产生蒸发冷却效果，从而被动冷却建筑物。

稻草

稻草在整个人类历史中被广泛使用，近年来又卷土重来。压缩秸秆建筑板产品，例如 Durra Panel 或 EcoCococon，正变得越来越普遍。它们是 100% 可回收和可生物降解的；具有很强的热、声和防火性能；并可用作石膏板的替代品。这些面板作为现成的产品出售，由回收的麦秸制成——这是一种农业废弃物副产品，否则会被焚烧到大气中。制造过程本身将热量和压力结合起来形成实心面板，并使用从稻草纤维中提取的天然聚合物作为粘合剂。

菌丝体

菌丝体是蘑菇生长的真菌的根状结构，由称为菌丝的线状分支网络组成。作为陆地和水生生态系统的重要组成部分，菌丝体在有机物质的分解中发挥着巨大的作用。还发现它与其他植物在地下形成大型通信网络，以促进森林间营养物质的交换，确保整个生态系统的健康。

菌丝体生长迅速，可以消耗农业废弃物，同时将其生长的生物质中的碳隔离。它已经在各种应用中进行了测试，从包装到可生物降解的砖块和建筑物的隔热材料。阿迪达斯、Stella McCartney 和 Lululemon 等时尚品牌甚至发布了由菌丝体制成的概念系列。虽然目前还没有现成的菌丝体建筑产品，但研究正在进行中——包括美国宇航局探索使用这种材料在火星上建造可居住的住宅。

生物基材料为减少隐含碳足迹、通过热性能提高能源效率、减少建筑垃圾和促进循环经济提供了机会。在实践方面，已经开始使用生物基材料进行设计和建造。建筑师有责任在这一领域挑战建筑业，以推动更广泛地使用生物基建筑材料。

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