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外墙使用的灰泥和砂浆通常含有重金属和杀菌剂，下雨时会滤出并渗入土壤。弗劳恩霍夫建筑物理研究所(Fraunhofer Institute for Building Physics，简称IBP)创建了一个模型，该模型结合了对浸出物质的测量结果和地区气象数据。
这创造了一个精确的预测，可以在规划阶段使用，以确定下雨时可能从立面材料释放的物质的类型和数量。这个复杂的项目是大学和众多行业合作伙伴共同努力的结果。
外墙使用的材料，如石膏和砂浆，是复杂的配方。一般来说，矿物配方主要由沙子和水泥、石膏或石灰等粘结剂组成。最先进的膏状膏药通常富含杀菌剂，以抑制立面上真菌和藻类的生长。当阳光灿烂的时候，这不是问题。然而，如果下雨，风把雨水吹到建筑物的墙上，这可能会成为一个问题。
如果发生这种情况，外墙石膏中使用的成分会被雨水冲走，并与径流一起流入污水系统、土壤和最坏的情况下的地下水。Fraunhofer IBP的研究人员开发了一个数学模型，可以精确预测外墙石膏中的哪些物质会在雨水中浸出。
弗劳恩霍夫IBP环境、卫生和传感器技术部的生态化学和微生物学专家Pablo Alberto Vega Garcia博士说:“近年来，由石膏和砂浆覆盖的立面上的雨水径流造成的环境风险引起了越来越多的关注。矿物石膏含有无机重金属，如铬、钒和铅，而膏状石膏含有杀菌剂。
“我们的热力学模型提供了雨水径流中物质浓度的信息。这个模型非常详细，信息丰富，因为我们已经纳入了区域天气数据和每种建筑材料的配方。”
有史以来第一次，建筑承包商和建筑公司可以从规划阶段就评估他们正在考虑的立面材料的环境兼容性。石膏和砂浆制造商可以利用该模型开发高度环保的产品。
Fraunhofer IBP在这个项目上与各种合作伙伴合作，这些合作伙伴包括慕尼黑工业大学、亚琛工业大学和德国绝缘系统、灰泥和砂浆协会(VDPM)，以及来自工业和立面建筑材料制造商的合作伙伴。
十多年来，弗劳恩霍夫IBP专家在霍尔茨基兴进行了实地试验，研究有害物质浸出时发生的化学、物理和动力学过程。为此，他们将各种配方的灰泥和砂浆样品一次暴露在元素中18个月。
每次降雨后，从样品中流出的水进行了相关物质的实验室测试，并确定了这些物质的浓度。此外，还有降雨量和持续时间、风力和风向、温度等气象数据。太阳辐射也被考虑在内。此外，还对特定条件下的浸出进行了实验室试验。
这样就建立了一个广泛的数据库，其中包含有关浸出物质浓度、天气条件和所测样品成分的数据集。原料配方由厂家提供。
“我们利用这些数据建立了一个三阶段热力学模型，”Vega Garcia解释说。“在第一阶段，我们测量有多少雨水从立面流出。这对于获得准确的结果是至关重要的，因为在大雨期间并不是所有的水都像薄膜一样从立面流出，有些水从墙上反弹，有些水被立面吸收。天气数据和材料特性也被考虑在内。
“在第二阶段，对每个样本流出的水中重金属的浓度进行测量和量化。在这个关键时刻，钒、铬和铅被发现是相关物质，因为它们出现了高浓度。最后，在第三阶段进行地下水风险评估，以估计特定合规点的浓度。”
因此，制造商可以在规划阶段为每个立面抹灰创建一个模型，并使用它来评估每种产品的环境特性。
弗劳恩霍夫研究人员设计的模型是根据德国联邦州和联邦政府的水问题工作组(LAWA)设定的限制来评估环境一致性的。如果测定的有害物质浓度低于最低阈值，则认为渗漏中存在的物质浓度是安全的。
立面建筑材料制造商在开发新产品时可以依赖Fraunhofer IBP的三阶段模型，因为它允许他们以这样一种方式调整配方，即由于特定地区的雨水径流及其典型天气而预期释放的物质水平保持在最低阈值以下。
Vega Garcia说:“例如，这对城市地区以及经常遭受大雨的地区的立面至关重要。”例如，当局可以使用该模型来定义可以使用立面建筑材料的特定区域。
下一步，弗劳恩霍夫的研究人员想要完善这个模型，以计算由于环境影响而由杀菌剂产生的转化产物，并将这个模型转移到其他材料上。例如，很长一段时间以来，人们都知道，在有沥青板的平屋顶上，根部渗透抑制剂用于保护屋顶膜免受根部渗透，并可以通过水径流过滤到环境中。引用本文:数学模型预测雨水从建筑物外立面浸出的物质(2023年，10月4日)检索自https://techxplore.com/news/2023-10-mathematical-leached-facades.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
