可持续建设循环经济

来自卢森堡大学土木与环境工程研究所的Dr- ing Danièle Waldmann教授和Gelen Gael Chewe Ngapeya博士正在为建筑行业开发可持续的解决方案，以模块化建筑组件的形式，可以重复使用、修复和回收。该研究小组没有对建筑进行标准化，而是开发了标准化的建筑组件，包括用于建造无砂浆墙的新砌体模块。这些都是简化、预制和可重复使用的组件，遵循循环经济的原则。

需要转换建筑物或修改其架构的需要经常导致拆除。碎片处理导致巨大的材料浪费在一起，产生大量的CO₂。在英国，近47％的共同体₂排放是建筑物生命周期的结果。建筑物的设计和建设占总CO的15％₂排放虽然使用的消费量进一步为82％。

卢森堡大学土木和环境工程研究所的固体结构实验室和Gelen Gael Chewe Ngapeya博士博览会德国Dr-IngDanièleWaldmann正在开发可持续解决方案的拆迁和废物生产可以重复使用，再修复和回收的模块化建筑组件。

对可持续建筑
研究人员提请人们注意开发满足可持续性标准的柔性建筑结构的必要性。研究团队采用分析、数值模拟和实验分析，为建筑环境开发可持续解决方案。他们结合了来自许多工程学科的科学专业知识，并与行业合作，为寻找最合适的材料和结构，满足热和机械要求的多方面挑战提供创新的解决方案。

为了防止建筑物拆除时产生大量废物，瓦尔德曼教授和Chewe Ngapeya博士开发了新一代模块化建筑组件，可以拆卸和重新组装。建筑可以成为这些模块化组件的组合，这些组件可以通过共享银行提供，甚至可以由生产者提供贷款。研究人员认为，这种模块化和可拆卸的结构将有助于管理建筑部门的可持续性。

研究人员指出，在开发新的结构元素时，最重要的是考虑它们的生命周期。最初的设计、制造、施工和使用阶段的整合，以及它们与自然环境和建筑环境的互动都需要被彻底考虑。此外，在设计阶段对建筑的最终解构和构件的再利用，以及在建筑的生命周期中所有可能的使用变化或转换都要给予适当的考虑，这是非常必要的。

砌体块
砌块是最古老的建筑构件之一。传统上，灰浆接缝被用来提供“粘合剂”，将砖块粘在一起形成我们的建筑，而灰浆的主要功能是平衡砖石表面的不均匀性。

Waldmann教授和Chewe Ngapeya博士已经开发了新的砌体模块，用于建造无砂浆墙。这些元件采用了不需要砂浆的互锁系统。该系统的许多优点包括易于操作和直接铺设砖块。而且，我们不会浪费时间等待砂浆变硬。这些优点可以大大减少施工时间。然而，最显著的好处是当墙被解构时:块可以简单地通过拔下砌体模块来移除，从而减少解构时间。此外，模块化单元可以很容易地重用。然而，干堆砌块的高应力峰值是由砌块的几何缺陷引起的:高差和表面粗糙度。研究人员开发了一种预测干堆砌体墙承载力的设计方法。

为了防止建筑拆除时产生大量浪费，该团队开发了可拆卸并重新组装的模块化建筑组件。

为了解决几何缺陷的影响，提高块体压缩性能，对干堆叠系统中中间接头界面的接触性能进行了试验研究。与当地的一个工业伙伴合作，建造了大型墙体并进行了创新测试。该方法是将富士薄膜置于水平层中，以研究静态加载试验中中间界面的真实接触面积。对2.5米高的墙壁进行了试验，这些墙壁承受了高达180吨的剪切、中心和偏心荷载。

参数研究
并完成了非线性有限元计算。这项研究的关键科学成果是开发出一种新的模拟技术，该技术通过选择高长比来模拟荷载在墙体上的分布和强度。该分析算法揭示了无砂浆墙体的承载力和应力分布变化是墙体高度和墙体长度以及砌块单元高度变化的函数。

研究表明，用于制造块的材料，装载方式，破坏机制以及床关节中的缺陷会影响压缩强度和干燥堆叠砌体的行为。固体块表现出比中空的抗压强度更高。在干燥堆叠的砌体中定期观察到的两种床关节缺陷是床接头的粗糙度和块的高度的变化。这些不均匀的关节和块高度的变化减小了课程之间的接触表面区域。当施加到干燥堆叠的砌块块的顶部过程的均匀压缩载荷时，这导致不均匀的负载传递在下面的过程中不均匀地转移到下面的过程中。这可能导致降低总承载能力的应力集中。

床联合粗糙度
如果块的形状允许它，制造商可以选择床接头研磨，以减少床关节缺陷，但这种额外的过程减缓生产，增加了单位成本，仍然在表面上留下轻微的粗糙度曲线。因此，大多数块都没有接受此过程。已经表明，与砂浆砌块相比，干堆叠砌体中的床关节缺陷可导致承载能力的降低的50％。此前在目前的研究中，几乎没有研究，以提高干堆叠砌体的抗压强度并降低床关节粗糙度的效果。

块高度的变化决定了课程之间的接触率，因此决定了墙体内的荷载渗透系统。

研究人员在制造期间研究了将接触层施加到干堆叠的砌块块的顶面，以达到床关节的不可预测的粗糙度。这种双层设计应增加干堆叠砌体的接触面积和负荷容量。他们试验了三种不同的材料作为接触层：具有轻质聚集体的矿物层砂浆，外部矿物质渲染，中等刚度和低刚度的辅助材料。辅助材料具有负泊松比，这意味着当它们被拉伸时，它们在垂直于施加力的方向上变得更厚。这些材料倾向于具有高能量吸收和裂缝性能。该团队发现而不是用作粘合剂，辅助材料显着降低了床接头附近的横向膨胀，因此增加了承载能力。

高度缺陷
传统上，课程之间的砂浆接头吸收块高度的变化。干堆叠的砌块块不能利用这种校正，并且块高度的变化决定了课程之间的接触速率，从而决定了墙壁内的负载渗流系统。研究人员调查了几何缺陷在干堆叠砌体墙壁承载力的高度变化中的影响。它们已经开发了一种基于块高度缺陷来计算墙壁中应力放大的算法。这种创新的分析方法需要比现有的有限元方法更少的计算输入。

可持续建设与循环经济
固体结构实验室的研究团队正在继续探索绿色建筑结构元素的优化设计概念，随着干堆砌体墙开发中率先采用的数值、分析和实验分析的进一步发展。

环境和经济目标促使研究小组将重点放在生态建设，即可持续建设，以及循环经济上;超越传统的制造、使用、处置模式，旨在通过尽可能长时间地使用资源来设计出废物和污染。它们努力在资源使用寿命期间从资源中提取最大可能的价值，然后在其使用寿命结束时对产品和材料进行回收和再生。Waldmann教授和Chewe Ngapeya博士总结道，“将与战略研究和工业伙伴合作开发进一步的研究项目，以促进跨学科的可持续方法”。