全球视角下的水泥混凝土材料应用现状

2015-11-09 10:19:30

按照每块砖平均重2.8千克的保守估计,砖在2010年的全球总量将达45亿吨,而水泥只有33亿吨。从量上看,沙、天然砾石或碎石构成了混凝土的主要原材料,占比接近60%。使用不同的杂料能生产出各种特定的混凝土。

  编者按:备受关注的国内首部关于材料历史及未来的科普作品《材料简史及材料未来:材料减量化新趋势》(Making the Modern World:Materials and Dematerialization)一书,近期由电子工业出版社出版发行。该书作者瓦茨拉夫·斯米尔(VACLAVSMIL)为从事能源、环境等方面研究的顶尖学者,其《收割生物圈》、《美国制造》等作品影响深远。比尔·盖茨曾撰写读书笔记对该书进行专门推荐。该书考察了整个人类历史进程中出现的各种重要材料提取、生产及主要应用的历史变迁,探讨了现代经济的成本依赖现象及其去材料化的内在潜质。其跨学科主题为具有资源经济学、环境学、能量分析、矿物地质学、产业组织学、制造业及材料科学等研究背景的读者提供了颇为实用的观点。以下是该书中关于建材行业的部分。

  最重要的事·建筑材料

  在回顾21世纪早期世界建筑材料的生产与使用前,我必须指出现在仍有数亿人口居住在使用当地黏土建成的住宅中——贝格认为这会占到世界总人口的30%以上;这些材料没有经过复杂的处理,也不需要任何现代能源的投入。虽然土坯房只需要使用几种简单的工具,但建造起来相当费力。

  大宗建筑材料(杂料)占到了每年矿物开采量的大部分,其分类依据的不是各自的化学成分,而是基本的物理特性——粒径。建筑杂料一般包括沙、砾石和碎石。沙和砾石的产量与建筑业的盛衰息息相关,遭遇不景气时会急速收缩:在美国,它们的产量从2007年的12.5亿吨猛然降至2010年的仅7.6亿吨,短短三年间下滑了40%。

  制砖是世界上最古老的行业之一,中国的大规模建设已将其产量提升到了新的高度:2010年,砖在中国的产量至少达到9000亿块,接近全球的60%。按照每块砖平均重2.8千克的保守估计,砖在2010年的全球总量将达45亿吨,而水泥只有33亿吨。从量上看,沙、天然砾石或碎石构成了混凝土的主要原材料,占比接近60%。使用不同的杂料能生产出各种特定的混凝土。

  水泥的最终用途因国家而异:在美国,大约75%的水泥被用来制作预拌混凝土,近15%用来生产混凝土砌块和预制混凝土;而德国在这两方面的比例是约55%和30%。水泥几乎完全依赖建筑来消化,因此其消费量会随着经济的繁荣和衰退上下波动。在美国,大萧条时期,水泥的消耗量被缩减到了1933年的不足1100万吨,到1942年又反弹至3100万吨,而这一年正是战时工厂建设的高峰期。

  自1986年以来,全球水泥产量一直是中国独占鳌头:20世纪80年代,其水泥产量增长了20%;20世纪90年代增长了一倍多;21世纪前十年增长超过两倍,接近18.8亿吨;2010年,它已占到全球产量的55%左右。2010年,印度的水泥产量为2.4亿吨,比美国的3倍还多,而巴西位居第四。

  水泥工业曾经是颗粒物排放的重要来源,但利用现代织物过滤器,99.6%的颗粒物被拦截后再次回到了煅烧窑中。这样一来,二氧化碳排放就成为了该行业最严重的环境影响因素。每立方米标准混凝土的二氧化碳排放量为480千克左右,即每吨混凝土排放200千克的二氧化碳。

  全球水泥行业二氧化碳排放数据显示,在化石燃料的碳排放中,水泥的占比从1950年的1%不断上涨,1975年升至2%,2010年达到近5%。2011年,中国生产水泥所排放的二氧化碳仅比日本总排放量低12%左右。幸运的是,提高水泥行业能源效率、减少二氧化碳排放已得到了人们的重视。

  实惠的混凝土在现代文明中无处不在,但这并不意味着它不会产生长期成本。无论是从全球年产量还是建筑总质量上来说,混凝土已成为最重要的人造材料。虽然这种材料为我们提供了居所并促进了交通、能源和工业的发展,但它的大量积累也带来了相当的风险和巨大的负担。

  水泥的脆弱性和过早退化会产生许多问题,如会导致外观损坏及其强度的降低,有时甚至会发生灾难;而防止这些问题需要进行昂贵的定期维护,而且它们在最后的拆除成本也非常高。

  中国在目前拥有最多的混凝土新建筑,这种挑战将会变得十分严峻。在过去一代人中,中国使用了数百亿吨的混凝土来修建高楼、道路、桥梁、大坝、港口及其他建筑物,再加上这些混凝土的质量差、自然生态环境遭到破坏、工业污染严重,必然会导致这些混凝土过早老化。这些不断变腐的混凝土缺少及时的保养和维护,将来的更换成本会达到数万亿美元。中国在21世纪前十年共消耗水泥近100亿吨,因而2030年后用来改造和更换这些建筑的投入将会达到数十万亿美元。

  最后再介绍两种独特的混凝土全球视角:一种是区域比较,另一种是体积比较。埃尔维奇等将卫星图像中的夜间亮灯与世界人口进行了对此,从而估算出世界上不透光的面积(高楼、路面)大约为58万平方公里:这个数值比地球无冰面小0.5%,相当于肯尼亚的国土面积。按人均计算,北半球的高收入国家拥有最大的不透光面积,而在低收入国家人均还不到100平方米,甚至低于50平方米。当然,并非所有的不透光区域都是混凝土,但这种材料所占份额最大,并有充分理由相信它们是陆地建筑。

  若将世界贫民窟数亿所住宅的土地面更换为混凝土地板,寄生虫病害将会减少近80%;而铺设街道还能提升土地价值和入学率,同时也有利于整个经济活动的繁荣,提高信贷能力。根据标准分类,岩石可被划分为火成岩、沉积岩和变质岩;但随着混凝土的不断增加,JR.安德伍德首次在20世纪70年代初提出应该把混凝土、砖、瓦和玻璃另外归为一类——人造岩;三十年后他在著作中公布了这种想法,而混凝土在随后十多年内的大幅增加也印证了他的这一提议。

  与此同时,我们应该以正确的眼光看待如此海量的人造石。2010年,人类使用的这些材料接近400亿吨,体积至少可达17立方公里。我们可以这样比较:日本的富士山世界闻名,若将其看成一个半径约13公里、高约2800米的圆锥体,计算出的体积就是400立方公里;因此,我们大约每20年所使用的人造石就相当于一座富士山。人类的这种成绩既令人震撼,又似乎不值一提:世界上最大的火山——冒纳罗亚火山大约是7.5万立方公里,相比之下还要大两个数量级。

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按照每块砖平均重2.8千克的保守估计,砖在2010年的全球总量将达45亿吨,而水泥只有33亿吨。从量上看,沙、天然砾石或碎石构成了混凝土的主要原材料,占比接近60%。使用不同的杂料能生产出各种特定的混凝土。

2015-11-09 10:19:30

Recently, the overall domestic demand has declined steadily, coupled with the weakening of local cost support, and the price of concrete has been stable and small. From November 14 to November 20, the national concrete price index closed at 112.35 points, down 0.13% annually and 10.08% year-on-year.