混凝土的新世界
2010年10月30日 17:38羊城晚报 】 【打印共有评论0

在韩国首尔,漫步走过彩虹桥可去仙游岛。这座桥是用法国Ductal超强硬度混凝土建造的

兴建中的美国自由塔

自由塔将采用更坚硬的混凝土

LiTraCon混凝土内部植入了光纤维玻璃导线,玻璃导线只有人的头发丝那么粗,能够在石头中传送光线

千禧教堂外观

空气中的污染物无法附着千禧教堂墙面

在美国举办的“水泥轻舟赛”是国家级赛事

用混凝土制作的划艇

中国首艘水泥轻舟

自然界产生影响的碳足迹

混凝土生产排放的CO2占全球人类总排放量的5%

法国南部魔鬼峡谷上的魔鬼桥就是利用超强混凝土建造,桥长68米,桥身就只是一根横跨深渊的水泥大梁———中间无任何桥墩支撑!

不管你喜不喜欢,现代人类文明都是建筑在混凝土之上的

□刘君武

我们都知道,水,是人类使用最广泛的物质。那么其次是什么呢?说出来也许你不相信———是混凝土!

不管你喜不喜欢,现代人类文明都是建筑在混凝土之上的。你可以鄙夷“石屎森林”,但每个夜晚,也只有在“石屎”中间你才可能找到一个安稳的梦———

硅酸盐水泥发源于十九世纪初,从此,一种混和了水泥、水、碎石和沙子的高可塑性建筑材料诞生了。

200年来,这种奇妙的建材已经司空见惯,而它的配方一直没有实质性改变。如今,改变的时候到了。

混凝土生产排放的二氧化碳占全球人类总排放量的百分之五。

它所排放的二氧化碳主要来自水泥的生产过程中最关键的一步:高温下(1450摄氏度)密封加热石灰石(硫酸钙)以生成生石灰(氧化钙)。每生产一吨水泥,就会排放出一吨的二氧化碳。这些排放出来的二氧化碳,一半来自于燃料,一半来自于石灰石转化成生石灰的化学变化过程。

减少混凝土的碳足迹,需要建造更高效率的石灰石加工窑以及寻找合适的替代品去代替现用的水泥。这些替代品包括有飞灰(也就是粉煤灰,碳燃烧后的残留物)、矿渣水泥(来自熔化的铁矿砂)、硅灰(半导体生产的副产品)等等。

粉煤灰可以替代混凝土中三分之一的水泥;矿渣可以代替三分之二;这两者在用于混凝土时,通过形成类似于水泥的黏着力并降低热量,通常会使得混凝土更加坚硬。

2007年,在前世贸中心重建的纽约自由塔的核心柱体,就使用了加入了粉煤灰和矿渣水泥的混凝土,当时创造了建筑材料抗压强度纪录。

2003年建成的罗马千禧教堂,为使三只白色船帆不褪色变丑,设计师采用了新式水泥,空气中的污染物无法附着墙面,多年后仍如同新建一样。

而超强混凝土的出现,更令人称奇。法国南部的魔鬼峡谷上的魔鬼桥,长68米,桥身只是一根水泥大梁———无任何桥墩支撑,桥面仅仅3厘米厚!

到混凝土的新世界里看看吧。

1低碳混凝土

许多跨国公司正着手在混凝土中用其它材料完全取代水泥。

总部位于澳大利亚墨尔本的Zeobond公司,开发了一种叫E-crete的水泥,该水泥中黏合剂的基本原料是来自于飞灰和矿渣中的提取物。根据公司首席运营官及化学工程师彼得·道森所说,这种提取物变成链状地质聚合物,无须热量即可与水等物质发生反应变为混凝土,而它仅仅产生传统水泥五分之一的二氧化碳排放量。

新型水泥主要用于公路和城市道路铺设,道森希望这种水泥能够作为发达国家城市摩天大楼的基本用材,那将是对这种水泥的终极考验,当然它也能够为发展中国家的城镇化建设发挥力量。“新型建筑材料的成功与否,最终的检验是我们能够生产多少吨的水泥,同时减排多少吨的二氧化碳。”

现代技术的革新并不只是让混凝土更环保,它有更广阔的前景。

2光导混凝土

匈牙利建筑师阿伦·洛桑茨很早就梦想发明一种混合了混凝土、玻璃和可传导光线的建筑材料。

经过努力,他终于实现梦想,制造出了这种叫LiTraCon的建筑材料。LiTraCon就是Light(光线)、transmiting(传送)、concrete(混凝土)的合体字。这种混凝土内部植入了光纤维玻璃导线,玻璃导线只有人的头发丝那么粗,能够在石头中传送光线。洛桑茨从2004年开始已经在匈牙利克松格拉一家小工厂生产这种前所未有的混凝土板。

这种混凝土板是手工制作的,光纤维导线层和混凝土层交叠一起,就像是意大利宽面条。最后,用两百万根表皮导线布置在每一平方米的成品混凝土板上。一块板中光纤维导线只占了4%的体积,但已经足够去传送光线和阴影的微妙感觉了。

新材料已经被用来建造诸如博物馆的大门、纪念碑和墓碑。但目前产量很少,每年也就几百平方米。价格昂贵是主要原因:每平方米超过1000美元。阿伦·洛桑茨正在研发更新更便宜的二代混凝土板。改进版可能采用塑料杆代替玻璃纤维发光,这样价格就会低廉,从而可以大量生产。

3净化环境的混凝土

著名的美国建筑设计师、新古典主义大师理查德·迈耶,为罗马基督教2000年千禧庆典设计的千禧教堂(Jubilee Church),以简化和写意的方法将古典的雅致和现代的简洁得到完美结合。这座教堂外形是三幅曲面墙(有人戏称“洋葱片”),高度从17米到27米。这三面墙就像船只上的三只帆,最初采用白色。为了防止风帆褪色变丑,理查德用了一种新式水泥,空气中的污染物无法附着墙面,墙体与灰垢分离,提升了教堂内的空气质量。

千禧教堂混凝土所用的水泥里面加入了二氧化钛粉末,是意大利水泥公司生产的。在与太阳紫外线发生反应的过程中,这些二氧化钛粉能够加速污染物质的氧化。公司声称,这种水泥可以消灭“汽车排放烟尘、居民取暖系统残留物、工业芳族化合物以及杀虫剂等”污染物质。他们做过一个实验。一条大街上铺设了这种特殊水泥,测试发现,水泥表面上的污染物质减少了60%。

那么,千禧教堂在2003年建成后情形又怎样呢?理查德·迈耶在一封信中写道:“我刚刚参观了教堂,它看上去仍然是新的、还是像多年前刚刚落成时那样。这种水泥真是伟大的革新。”

4导电导热混凝土

每年冬天的风暴过后,公路上都会发生交通事故;而为了铲门前道路上的大雪,人们又累得腰酸背痛。不久以后,人们也许会通过对路面使用的混凝土的改进,消除路面堆积的冰雪。一种新的解决方案可能会是这样:人行道采用可以导热通电的混凝土,通过路面发热,消掉积雪。

这个办法是美国内布拉斯加大学结构工程学教授克里斯托弗的点子。通过在混凝土中混合钢纤维和沙粒大小的碳粒,就可以使混凝土导电。又在混凝土中间埋入角铁或钢筋,如此一来,当电流通过时,路面的温度就会升高到7摄氏度到10摄氏度,这个温度足够溶解路面的积雪和冰了。

多年来,克里斯托弗教授在学校附近的一座桥上不断进行试验、论证、改进。现在,他的这套方法已经成功地实施在一些私人车道和步行道上。

克里斯托弗还考虑用微波融化冰雪———根据他的计算,这要比用电加热融解效率高7倍。“利用微波,我们可以把热能直接导向冰雪之处,而不用去加热整个混凝土路面。”他信心十足地说。

5超强硬混凝土

世界上最高的摩天大楼能够高耸挺立的关键,是采用加了钢筋的混凝土。现在,法国一家水泥公司研发出了一种硬度极为出色的混凝土,名叫Ductal(这个词的字面意思是“导管”)。

Ductal混凝土的内部用钢纤维加固(占混凝土总容积的2%),抗压力强度高达200兆帕。这个抗压强度远远高过传统混凝土的数值。传统混凝土的抗压一般低于40兆帕,即使是用来建造摩天大楼的高强度混凝土,抗压值也才达到131兆帕。Ductal混凝土同样拥有出色的抗拉力强度。传统混凝土在这方面也是无法与之抗衡的,除非加进去钢筋。

法国建筑师鲁迪·里希奥蒂利用这种新式混凝土在他的很多设计中取得了轻质、优雅的外观效果。这位建筑师的作品之一,是位于法国南部旅游区魔鬼峡谷上的魔鬼桥。桥长68米,桥身就只是一根横跨深渊的水泥大梁———中间无任何桥墩支撑,桥面只有三厘米厚!

他还在法国巴黎计划建造露天橄榄球体育场,看台顶部将展开一个3万平方米的混凝土网,混凝土中嵌入三角玻璃板。里希奥蒂说:“……要达到精美雅致、外观修长的建筑效果,离不开这种超强度混凝土。”

6制造赛艇的混凝土

在一般人眼里,混凝土非常沉重,容易开裂,无法浮起,没人会用它来制作划艇。

为了增强学生的实践能力,1969年,美国伊利诺斯州大学克立德·科斯勒教授建议学生制作混凝土划艇以增强对混凝土的感性认识。此后,一项被称为“水泥轻舟”的赛事在美国得到了迅速的发展,成为大学文化一景。现在已传播到德国、加拿大、日本等许多国家。中国今年也在湖北黄石举办了“首届水泥轻舟赛”。

美国土木工程协会(ASCE)主办的一年一度“水泥轻舟赛”,是国家级比赛,每年都有超过250支队伍参赛。来自美国、荷兰、日本、澳大利亚等国的工程系学生团队,从精神和身体上挑战自我,并将课堂上学到的工程知识用于“真实的世界中”。在这个过程中,选手们同时获得混凝土配合比设计的实际经验,并了解加入混凝土中的各种材料的性能以及对混凝土影响。

用混凝土制造赛艇,关键在于一种新型泡沫混凝土。将发泡剂制造出的泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水等组成的水泥中,就制成泡沫混凝土料浆,然后成形现浇,再经蒸汽养护就形成了一种含有大量微孔的轻质材料。

这个过程难度很高。

7形形色色

混凝土

混凝土的创新发明从未停止过。

多孔混凝土,可以让水直接穿过其中,避免积水过多引发的危险的隐患;自主接缝混凝土,可以流进某些狭小空隙进行灌缝,而不必使用耗时又昂贵的振动机器。这种混凝土尤其适合强化型建筑结构中让混凝土流经钢缆时。

美国得克萨斯州的吉·希尔斯通是一名混凝土技术顾问。他曾接到过一位业内人士递过来的名片,名片是用一种特殊的混凝土做的———“这种名片并不比普通名片厚多少,但是却相当坚硬和柔韧,可以轻微地折弯”。 希尔斯通又说,将来,人们有可能会在混凝土中加入微应力测量仪,当混凝土不合格或快要断裂时,仪器会发出特殊声响,“就像混凝土建筑里拉起了空袭警报”。

链接碳足迹

碳足迹,是指一个人的能源意识和行为对自然界产生的影响,简单地讲就是指个人或企业“碳耗用量”。

其中 “碳”,就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源; 碳耗用得多,导致全球变暖的元凶二氧化碳也制造得多。

制造企业的供应链一般包括了采购、生产、仓储和运输,其中生产、仓储和运输都会产生大量的二氧化碳。

刘君武

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