在明尼阿波利斯市区东侧，一件无与伦比的混凝土作品耸立在密西西比河的上方。沿着35W州际公路上，圣安东尼瀑布大桥依托着巨大拱形桥墩，把一条10车道的桥面安放在它的箱形梁上。

 

圣安东尼瀑布大桥

 

　　这座新建桥梁取代了2007年因垮塌而夺走13条人命的那座老桥，它几乎完全是一座钢筋混凝土桥梁，但又不是一个整体结构：它的各个构件分别由不同的混凝土混合料建构而成。这样做既是为了适应各种不同的强度和持久性要求，也是为了减少对环境的不良影响。这一设计与大桥两端的波状雕塑浑然结为一体，其宗旨就是清除来自大气的污染物质，永葆自身的洁白光彩。
 
　　该项目(耗资2．3亿美元，提前3个月竣工)“也许是2008年美国最为苛刻的一项混凝土工程。”参与此项目建设的一家位于阿波利斯市的美国工程检验公司主管理查德·斯坦利(Richard D．Stehly)如是说。这项工程在水泥的生产和使用上作出了重大改进，这些改进充分发挥了基础研究的优势，而减少混凝土的碳影响是其中的一个重要动因。
 

 历经数百年，混凝土结构亟需改进

　　从科技进步的意义上看，混凝土也许未必是一种可靠的材料。在它的最底部，一块混凝土就像是一个掺有干果的糕饼。这种干果是极为粗糙的集料，通常是由碎石组成，而由沙子组成的精细集料也是混凝土的主要组成部分。加入水和其他材料使这两者紧密而均匀地粘合在一起，形成干果糕饼状的内核，即混凝土中的波特兰水泥；然后将它们灌模成型，使其历经风雨数十年而不朽。
 
　　所有的混凝土看起来都一个样，自从18世纪初波特兰水泥厂发明了混凝土以来，其结构基本上没有多大的变化(古罗马人也生产水泥，不过他们是以火山灰作原料)。虽然生产商不断地尝试改变混合物的合成材料，以求得混凝土基本成分的最佳比例，但是混凝土配方从来没有过任何大的改变。
 
　　而如今，为了让混凝土更能适应时代要求(越来越多地考虑到环境因素)，对其配方的改变更趋精臻。除了审美方面的考虑外，从环境的角度看，混凝土无法给人视觉上的享受。就人为造成的温室气体排放而言，波特兰水泥厂负有5％左右的责任。
 
　　大桥的混凝土供应商Cemstone Products公司副总裁凯文·麦克唐纳(Kevin A．MacDonald)说：“以往十年中所进行的试验都是为了避免使用可能产生二氧化碳的材料。”
 

添加化合制品，增强混凝土特性

　　麦克唐纳用两种工业废料取代常用的波特兰水泥，一种是来自电厂烧煤后留下的飞尘，另一种是鼓风炉的炉渣，这两种均属于白榴火山灰物质，能够增强混凝土的坚固性。在发电和铸钢过程中，二氧化碳会伴随飞尘和炉渣同时排放，因而他们又努力减少水泥中的碳含量。一些工程师和科技人员走得更远，研制出一种能从电厂和其他源头上将二氧化碳永久截留的混凝土，以延缓全球变暖过程。
 

 

　　在生产混凝土的过程中，波特兰水泥和水混合成一个泥浆团，由一系列化学反应使泥浆团变得非常坚硬，并使泥浆团中的各种物质牢牢地粘合在一起。这一系列的反应会耗尽其中的水分并产生热量，但混凝土却不会因水分的蒸发而彻底干透，而且反应也会使混凝土产生苛性钠。虽然这些反应大都发生在最初几天或几周内，但是只要周围有潮湿的环境，这个过程就可能持续数年之久。
 
　　波特兰水泥协会的宣传理事米歇尔·威尔逊(Michelle L．Wilson)对水化水泥颗粒作了这样的描述：“它不是一颗由里向外爆裂的爆米花，它更像是一个难发音的字。当它受到水的浸袭后，水合作用是由外向里层发生的，你可以使这个难发音的字一点点地被水化掉。”
 
　　得克萨斯州一位名叫杰伊·希尔斯通(Jay Shilstone)的水泥咨询师认为，就像一定量的白兰地可以让掺有干果的糕点变得更加美味一样，添加其他物料或化学物质也可以使混凝土性能大为改进，水泥配方因此会变得更加奥妙诡秘。他说：“过去，添加到水泥中的化学物质较为简单。我们现在开发特效化学制品以用于一些特殊部件。”
 
　　某些化学制品能使水泥浆更顺畅地注入模块的旮旯角落和缝隙之中并防止水泥断裂，另外一些化学制品则可防止混凝土颗粒的堆聚，从而减少用水量，也就意味着水泥用量的减少。为了让工程承包商有更多时间处理水泥浆，也可以添加一些化学制品以延缓其反应过程。如果需要让混凝土在短时间内达到一定的强度，那么添加酯和其他的催化剂则可以加速其反应。
 
　　工程技术人员也在不断地研究混凝土的内部结构，以增加强度和减少渗透性。希尔斯通说：“他们一直在努力观察水泥内部极其细微的分布情况。”尽管水泥呈现粉状，事实上就精细度而论，它是由许多相对较大的颗粒组成。他说，研究人员正在试制一种微粒，“那是一种能渗进水泥模子每一个角落，并在水泥基质中发挥更大作用的极细微产品。”
 
　　为了提高混凝土对于路表盐分的不渗透性，麦克唐纳向大桥箱型梁的混合料中添加了一种少量的工业废料――硅烟尘，因为路表盐分会腐蚀钢筋并最终由里而外地破坏整个混凝结构。
 
　　一家名为Italcementi Group的大型水泥厂在其产品中添加二氧化钛颗粒，这种水泥能使混凝土变白，在阳光下能把大气中的有机污染物分解掉。为大桥雕塑提供水泥的Essroc公司产品经理丹·谢弗(Dan Schaffer)说：“这种水泥加快了自然氧化的过程。”
 
　　有些研究人员还设想研制另外一种不产生碳的水泥甚至是无碳混凝土，以最终完全取代波特兰水泥。
 

减少碳排放，各有奇招

　　波特兰水泥确实是混凝土环境问题的心腹大患，每生产一吨混凝土就要排放约一吨的二氧化碳。其基本生产程序为：在2700华氏度高温下将石灰石和其他矿石加以燃烧，以生产出一种被称为波特兰水泥熟料的中间产品。
 
　　美国混凝土协会的斯坦利(Stehly)先生认为：“实际上，我们正在努力生产一种1825年曾希望生产的无机物。”
 
　　水泥行业，特别是美欧的水泥行业，由于使用了更高效的炉窑和生产工艺，已经减少了二氧化碳的排放量。现在又允许该行业在波特兰水泥熟料中添加一些未燃烧的石灰石，以减少混合料中的水泥用量。然而，这并不能完全消除二氧化碳(石灰石燃烧过程中即产生二氧化碳)。
 
　　为了把混凝土中的碳排放进一步减少乃至消除，确实需要采取各种不同的办法。一家英国企业Novacem生产的混凝土，不使用含碳酸盐的水泥，又能吸收二氧化碳；加拿大新斯科舍省的Carbon Sense Solutions设想先使二氧化碳通过水泥浆冒出气泡，后经碳酸化合作用分离出二氧化碳气体(正常条件下这个过程非常缓慢，却是可以很自然的进行)。
 
　　位于加州莫斯兰丁燃气发电厂附近的卡莱勒公司正在试验一种工艺，试图通过海水或有盐味的水使电厂暖气管道内的气体冒出气泡，然后利用气体中的二氧化碳使碳酸盐无机物沉淀，用作混凝土中的水泥或建筑集料。
 
　　卡莱勒公司算过一笔账，每生产一吨无机物要消耗半吨二氧化碳，最终产出的混凝土基本上可以达到无碳的程度，也就是说把二氧化碳永久分离掉。
 
　　该公司创始人布兰特·康斯坦茨(Brent R．Constantz)曾因整形外科手术而与水泥结下了不解之缘，但他并不把卡莱勒描述成一家纯粹的水泥公司。他说：“原本我们就想俘获大量的二氧化碳并将其分离出来。”
 
　　也许该公司是做建筑集料起家的，因为生产其他建筑产品的门槛要比生产水泥低一些。不过即使是生产建筑集料的话，也必须符合相关标准并由混凝土行业认可才行。康斯坦茨说：“任何时候你要生产一个新产品，那都是一个挑战。”
 

    资料来源 The New York Times