作者：Jeff Yoders，Scott Judy
自从19世纪后期，钢筋混凝土应用于建筑领域以来，结构材料并没有发生太大变化，但美国佛罗里达州一家公司的纤维增强矿物复合材料系统提供了一种新的建造替代方案。
在过去的一百年里，钢和混凝土一直是建筑结构的主要材料；在过去的30年里，多层建筑中加入了胶合层木和交叉层压木材。但由于持续的劳动力短缺以及结构钢和混凝土市场的波动长久以来阻碍了公司降低成本的努力。此时，一家总部位于美国佛罗里达州的公司正在建立一个替代系统，建筑可以由一个接一个的玻璃纤维增强砌块组合起来。
Renco美国公司正在生产一种已获专利的矿物复合材料、即纤维增强(MCFR)的建造系统，该系统采用像乐高积木一样互锁的砌块来建造从墙到地板和屋顶的一切结构。这种建筑材料是由回收的玻璃纤维、树脂和天然钙化合物构成，在Renco位于佛罗里达州朱庇特的工厂使用类似于注射成型的工艺建造而成。这种方法让该公司可以将材料制成任何所需的形状，从将墙壁砌块锁定在一起，到以类似方式铰接的屋顶、托梁和地板。将MCFR部件粘合在一起的是甲基丙烯酸甲酯粘合剂，类似于用于航空航天、航海和大型卡车的粘合剂。从而，建造工作不需要繁重的切割、焊接或砌筑，专业承包商就可以安装机械、电气和管道设备，在传统混凝土或钢结构中也可采用相同的方法来悬挂和安装管道、配线或接线盒。
重要的是，一旦它被塑造成块或其他形状，MCFR表现出良好的性能。经过对这种相对较轻的材料进行广泛测试的结果表明，它非常坚固，同时还具有长期耐用性的特性。
Renco还通过在其他国家，其中包括最初装配该材料的土耳其，建造各种原型结构来进一步测试其产品。现在，Renco正在美国对其产品进行测试。该项目位于佛罗里达州靠近西棕榈滩的棕榈泉，耗资2100万美元打造的由四栋建筑组成的多户家庭项目，目前已接近完工。这个由96个单元组成的项目由海岸建筑公司管理。Renco联合创始人小汤姆·墨菲也是海岸建筑集团的创始人、董事长兼首席执行官。该集团在ENR 2023承包商400强排行榜上排名第169位。位于迈阿密的建筑公司Arquitectonica设计了这个项目。
该项目的建设——或者更准确地说，它的组装——只雇佣了大约11名工人，他们的技能和经验各不相同，只用加工原料和专有粘合剂就能建造出三层建筑。
墨菲在8月初参观了这个快完工的项目时表示，现场使用工具仅仅是喷涂粘合剂的胶枪和用来锤打联锁块的橡皮锤，他们不需要起重机和升降机等重型设备，与传统的工地相比，现场很安静。
该项目团队表示，在建造过程中明显的噪音只是把楼板用螺栓固定在墙壁上，由混凝土供应商Cemex供料，混凝土承包商Woodland Tilt-up施工。所有多余的建筑材料都被带回Renco的工厂进行重新熔化，并在未来的项目中重新使用。
这种矿物复合材料——纤维增强的墙壁、地板和屋顶是在Renco美国公司位于佛罗里达州朱庇特的工厂中以类似于注射成型的工艺制造的。这些钢模具是用来制作成砖块和楼板等部件，部件原材料是来源于回收的碎玻璃等。连接件通过抗震测试，证明了整个建筑系统是有弹性但牢固地组合在一起。
全新的建筑材料
“我们研究这个系统十多年，”墨菲说。“我们必须不断改变它，使它更好、更容易使用，当我们这样做时，用它建造一座建筑变得更快、更容易，而且建筑一次比一次坚固。”
墨菲补充说，因为工人不需要任何专门的培训——MCFR系统使用彩色编码和3D建模联锁系统，新来的工人很容易理解——从劳动力的角度以及工具和材料的角度来看，该系统是承包商经济实惠的选择。
为了确定产品在风中的弯曲强度，实验室将一块木头以55英里/小时的速度射向一面Renco墙进行测试。通过测试，设计载荷估计能够承受高达275英里/小时的风速。
Renco美国公司的MCFR系统因其可以回收而获得LEED积分，额定承受风速高达约275英里/小时，其砌块、托梁、楼板和粘合剂已通过ANSI实验室的结构性能、物理特性和耐火性测试认证。由于其成分中含有树脂，MCFR材料会去除水分，而不是吸收水分。他们对这种材料进行了虫害测试：一个玻璃容器内装满Renco的化合物以及一只蚁后和99只雄性白蚁，一个月后变成了一片未受影响的区域和100只死亡的白蚁。
8月8日，Renco通过发行1800万美元的可转换债券完成了第一轮融资，该公司的估值为3.18亿美元。这个里程碑，连同棕榈泉项目和该公司的朱庇特工厂，只有在十多年前开始布局下才有可能实现。
该公司发展的起点出现在大约13年前，当时Renco的联合创始人恩金·耶希尔——墨菲与他在迈阿密熟识已经有几年了——带着他对建筑联锁块系统的想法找到了承包商。在两人讨论这个想法的几个月内，耶希尔向墨菲提供了一个潜在联锁块系统的数字模型和物理模型。
墨菲的第一批雇员之一是Renco 美国公司总裁肯尼斯·斯莫茨，此前他是海岸建筑集团的高管和迈阿密Related Group房地产业务的高管。拥有多个工程学位，斯莫茨立即开始工作，最终进行了超过400次的测试，使产品被建筑的国际规范所接受。
“仅追求测试和认证是对我作为一名工程师受到的教育和培训的倒退，”斯莫茨说。他说，十多年来对系统的测试和完善让斯莫茨走遍美国，在这些不同的组织中工作。
斯莫茨补充说，为了找到任何可能的弱点，他们在四个方面进行了多次产品测试。“仅材料测试就超过100次，”他估计。
全新的建造方式
事实证明，找到一种能充分连接各种部件的粘合剂是一件很麻烦的事情。“我们用了20种不同的粘合剂，”斯莫茨说。有人向斯莫茨和墨菲提出一个建议，使用验收标准认可的粘合剂，例如隔热板中的粘合剂，但这并没有奏效。除了建筑业，墨菲还研究了海运、卡车运输和航空使用的粘合剂。“我们最终在航空、航海和卡车制造行业中开展工作，并发明了这种效果非常好的甲基丙烯酸甲酯粘合剂，”斯莫茨补充道。
威廉·安东内尔是德西蒙咨询工程师公司迈阿密和旧金山办事处的总经理，他帮助斯莫茨和墨菲下决心使用甲基丙烯酸甲酯粘合剂。在Renco团队将产品开发(包括400多项测试和无数次调整)纳入最终设计和生产的过程中，安东内尔担任记录工程师。
这位工程师说，设计建筑材料和全新建筑系统非常有趣。例如，安东内尔想知道，“这座建筑会是什么样子？当你在这栋楼里时，会有什么感觉？感觉像是在塑料建筑里吗？”
进入他们一个已完工的建筑内，安东内尔说，这个结构“非常坚固”，并将其描述为“一个非常坚固的外部承重墙系统、Renco托梁和楼板通过化学方式焊接起来的建筑。”
安东内尔指出，该团队在测试中发现，由于该系统使用甲基丙烯酸甲酯粘合剂来连接建筑的结构元素，实际上使墙壁成为整体。斯莫茨说，墙壁很坚固，它们通过了抗震设计类别A和B的测试，目前正在接受类别C和D的认证测试。
安东内尔曾在美国国家科学技术研究所的一个团队工作，研究复合材料在可持续基础设施中的应用。他说，使用粘合剂将两个砖块以化学方式焊接在一起，这本身就是“建造技术的一个显著进步”。
负责棕榈泉项目的海岸建筑集团主管布雷特·佩里说，在工地上，所有的墙都用螺栓固定在楼板上。“地板是混凝土板，向下凹陷12英寸以支撑承重墙和剪力墙。这些窗台大约6英尺长。风荷载决定了锚固件数量。我们在整个基地都运用这个锚固系统。”
为了找出一种制造工艺，使砌块、楼板、托梁和其他建筑材料足够坚固，Renco开发了专有的整体成型和拉挤成型工艺，将连续纤维增强元件悬挂在砌块、楼板和托梁内。斯莫茨解释说，这种结合使底部和顶部一样坚固。
制作这种材料的模具是在土耳其生产的。斯莫茨一边看着模具的施工图，一边说：“每个模具都很大；每个重达几吨，机器本身也很庞大。”
斯莫茨说，该公司正在从土耳其和美国采购制造建筑产品所需的机械和设备。
建立工厂一部分流程是找到一种方法，用较少的密集劳动生产建筑产品。Renco的土耳其供应商每年可以生产400台机器。如今在朱庇特只有12台。“我们刚刚为朱庇特工厂订购了57个模具，”斯莫茨说。
该厂已经在朱庇特创造了100个就业机会，斯莫茨说，这是他们在东南区域供应一个强劲的多户家庭项目和其他可能的市场所做准备。
总部位于迈阿密的Arquitectonica的负责人贝尔纳多·福特·布雷西亚表示，他的公司参与这个项目相当于对该产品的又一次测试。
“他们想知道如何设计出能被市场接受的美学产品，”布雷西亚说。他补充说，有时候，对于预制系统，“人们怀疑它们是否能适应我们所熟知的建筑。”
布雷西亚说，一开始，“像每个建筑师一样，我们抱着怀疑的态度。”但是担忧很快就消失了。
“这就像处理任何其他系统，不同的是它更适应和更快地建立起来，”他说。“坦率地说，我们试图做的一切都与常规建筑没有什么不同，只是材料不同。”
建筑师说，随着建筑法规和其他因素使混凝土结构在南佛罗里达州很普遍，该项目的建筑材料将有助于住宅楼保持凉爽，这也吸引了布雷西亚。
缓解美国住房短缺问题
对于棕榈泉来说，该项目意味着解决住房的迫切需求。
棕榈泉市副市长金伯利·格拉斯-卡斯特罗说：“我们很高兴听到一个比标准建设更实惠、建设速度更快的项目。”
斯莫茨和墨菲认为，仅靠新材料或制造工艺无法解决美国的住房短缺问题。“朱庇特每年将生产价值6000个公寓的材料，”斯莫茨说，“美国每年有150万套住房开工。大约有500万套住房准备开工，我认为没人能追赶这种速度。”
