稍微更好的混凝土如何拯救地球 - 彭博社

如果像这样的结构能持续两倍的时间会怎样？claffra / Shutterstock.com1824年圣诞节前几天，约瑟夫·阿斯平出现在英王面前，手里握着一张纸。标题为“人造石”的下面是一段配方，夹杂着“粘土质”和“煅烧”等技术术语。乔治四世国王和申请专利的砖瓦工阿斯平都无法知道，这段小段落是现代城市的基础。它包含了波特兰水泥的配方。

阿斯平的创新以英格兰波特兰岛的优质石灰石命名，是现代工程的伟大胜利之一。它比罗马水泥更简单，硬化得更快，帮助我们建造了更大更好的桥梁、摩天大楼和工厂。不幸的是，它也是我们时代最大的污染源之一。这是因为当水泥与沙子和水混合时，结果是世界上消耗最多的材料——混凝土。

要理解水泥的重要性，试着想象一个没有混凝土的世界。这几乎和想象一个没有骨头的人一样困难。“我们仍然会用砖和砂浆建造我们的主要建筑，”书籍《混凝土星球》的作者罗伯特·库兰德说。房屋、医院和学校的建造和修复将花费更长的时间。在发展中国家，庇护所将更加稀缺和不可靠。“整个世界看起来就像19世纪，”库兰德说。

彭博社城市实验室一位艺术家重新想象童年的空间，结果却充满荆棘房地产开发商纳夫塔利在迈阿密海滩寻找交易，推动佛罗里达发展美国的驾驶和拥堵率创历史新高海牙成为全球首个禁止石油和航空旅行广告的城市自约瑟夫·阿斯普丁时代以来，水泥生产变化不大。石灰石和粘土仍然被磨成粉末，与水混合，在炉中烘烤，然后再次磨成粉末。正如阿斯普丁在1824年所描述的，“这种粉末需要与足够的水混合”，从而形成一种多用途的浆料。在过去两个世纪中，唯一改变的就是我们使用水泥的数量。每年，人类为地球上的每个人铺设三吨混凝土。（以这个速度，铺设一层1英寸厚的混凝土覆盖整个月球表面只需100年。）

混凝土产生全球二氧化碳排放的5%——相当于整个俄罗斯的排放量。问题在于：“这是最肮脏的工业过程之一，”库兰德说。这有两个原因。首先，当石灰石被加工成水泥时，会排放温室气体二氧化碳。其次，水泥生产炉通常燃烧化石燃料，通常是煤，以达到2500华氏度的高温。在全球范围内，产生的排放量令人震惊。混凝土产生全球二氧化碳排放的5%——相当于整个俄罗斯的排放量。

当然，我们很少注意到混凝土，正是因为它对环境的影响如此巨大：它无处不在。更重要的是，最终用户无法轻易看到它的环境影响。像汽车和发电厂这样的污染者有排气管冒出烟雾。相比之下，人行道和基础似乎 deceptively 干净和惰性。

工程师们刚刚开始应对这一挑战。他们分析像混凝土这样的材料，使用“隐含能量”这个术语，来衡量最终产品所需的能量。隐含能量的计算有点像建筑材料的营养成分表——它们帮助计算人造物体的总负担，就像糖果包装告诉我们我们摄入了多少卡路里一样。

最近的研究表明，在混凝土方面，我们可以做得更好。几所大学和公司建立了研究合作伙伴关系，以使混凝土更具可持续性。2014年，麻省理工学院的工程师报告称，通过调整原材料的比例，他们创造了强度是标准波特兰水泥两倍的水泥样本。弗朗茨-约瑟夫·乌尔姆，麻省理工学院混凝土可持续性中心的主任表示，更强的材料使工程师能够使用更少的水泥——有可能在减少60%二氧化碳排放的情况下实现相同的建筑目标。

其他低效问题则更微妙且令人惊讶。在乌尔姆的麻省理工实验室的一个侧室里，一个小机械轮子在一条长长的塑料条上滚动。当轮子移动时，它在塑料上留下了轻微的凹痕。乌尔姆表示，这正是汽车在铺好的道路上行驶时发生的情况。无论混凝土和沥青看起来多么坚硬，这两种材料都会弯曲和压缩。

“当轮子移动时，由于其重量，它会变形路面，”乌尔姆说。“这意味着我们总是在稍微上坡行驶。”这种效应使燃油消耗增加了1%到3%，这意味着我们每花一美元在汽油上，就有几分钱因为道路的柔软性而浪费。乌尔姆说，这看起来可能不算多——“但如果从一个州或一个国家的规模来看，1%到3%是巨大的。”路面字面上就是橡胶与道路接触的地方，要全面考虑混凝土的负担，我们必须加总许多这样的小低效。

chinahbzyg / Shutterstock.com即使是无处不在的钢筋混凝土也充满了问题。钢铁本应增强结构的强度和寿命，但根据库兰德的说法，设计适得其反。在短短几十年内，钢筋生锈并导致混凝土开裂——这具有讽刺意味的是，产生的材料的寿命仅为千年古混凝土的一小部分。“如果罗马人在建造万神殿时使用了钢筋，那么它就不会在建造它的帝国中存活下来。它早就会崩溃，”库兰德说。

替代方案已经存在，但实施它们的动力很小。例如，库兰德表示，玻璃纤维增强的混凝土比钢筋混凝土更强、更耐用。但在成本削减的建筑领域，这样的创新很难推广。“当你走出去四处看看时，你会发现大多数建筑都是由最低投标者建造的，”库兰德说。更糟糕的是，当钢筋混凝土桥梁腐蚀时，建筑公司从重建中获利。结果可能是一个向下竞争的局面，城市一次又一次地用不必要的低质量材料建造。

“你看到的大多数建筑都是由最低投标者建造的。”乌尔姆的研究可能是这一变化开始的迹象。他的实验室部分由混凝土公司资助，这些公司已经在油井等特殊应用中使用他团队的高强度混凝土。然而，在现代建筑实践中，创新的接受速度非常缓慢。当约翰·阿斯平在1824年提出“人造石”时，它在几十年内彻底改变了建筑。乌尔姆表示，如今，“发明与创新之间的道路”充满了障碍，以至于工程师称之为“死亡谷”。即使是我们材料的显著改进，也面临着漫长的采用之路。

我们需要混凝土。“这是一种奇妙的材料，”库兰承认。它的多功能性和简单性使其适用于从城市人行道到乡村教室再到现代雕塑的一切——这正是混凝土成为实用性和行动象征的原因。我们认为“具体解决方案”是那些能够带来真正变化的方案。

也许是时候帮助我们最喜欢的材料名副其实了。为此，我们必须承认它的不足之处。还有什么比改善我们所走的土地更能减少我们的足迹呢？

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