編者按：備受關(guān)注的國(guó)內(nèi)首部關(guān)于材料歷史及未來(lái)的科普作品《材料簡(jiǎn)史及材料未來(lái)：材料減量化新趨勢(shì)》（Making the Modern World:Materials and Dematerialization）一書(shū)，近期由電子工業(yè)出版社出版發(fā)行。該書(shū)作者瓦茨拉夫·斯米爾（VACLAVSMIL）為從事能源、環(huán)境等方面研究的頂尖學(xué)者，其《收割生物圈》、《美國(guó)制造》等作品影響深遠(yuǎn)。比爾·蓋茨曾撰寫(xiě)讀書(shū)筆記對(duì)該書(shū)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)推薦。該書(shū)考察了整個(gè)人類(lèi)歷史進(jìn)程中出現(xiàn)的各種重要材料提取、生產(chǎn)及主要應(yīng)用的歷史變遷，探討了現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的成本依賴(lài)現(xiàn)象及其去材料化的內(nèi)在潛質(zhì)。其跨學(xué)科主題為具有資源經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境學(xué)、能量分析、礦物地質(zhì)學(xué)、產(chǎn)業(yè)組織學(xué)、制造業(yè)及材料科學(xué)等研究背景的讀者提供了頗為實(shí)用的觀點(diǎn)。以下是該書(shū)中關(guān)于建材行業(yè)的部分。

  最重要的事·建筑材料

  在回顧21世紀(jì)早期世界建筑材料的生產(chǎn)與使用前，我必須指出現(xiàn)在仍有數(shù)億人口居住在使用當(dāng)?shù)仞ね两ǔ傻淖≌小惛裾J(rèn)為這會(huì)占到世界總?cè)丝诘?0％以上；這些材料沒(méi)有經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理，也不需要任何現(xiàn)代能源的投入。雖然土坯房只需要使用幾種簡(jiǎn)單的工具，但建造起來(lái)相當(dāng)費(fèi)力。

  大宗建筑材料（雜料）占到了每年礦物開(kāi)采量的大部分，其分類(lèi)依據(jù)的不是各自的化學(xué)成分，而是基本的物理特性——粒徑。建筑雜料一般包括沙、礫石和碎石。沙和礫石的產(chǎn)量與建筑業(yè)的盛衰息息相關(guān)，遭遇不景氣時(shí)會(huì)急速收縮：在美國(guó)，它們的產(chǎn)量從2007年的12.5億噸猛然降至2010年的僅7.6億噸，短短三年間下滑了40％。

  制磚是世界上最古老的行業(yè)之一，中國(guó)的大規(guī)模建設(shè)已將其產(chǎn)量提升到了新的高度：2010年，磚在中國(guó)的產(chǎn)量至少達(dá)到9000億塊，接近全球的60％。按照每塊磚平均重2.8千克的保守估計(jì)，磚在2010年的全球總量將達(dá)45億噸，而水泥只有33億噸。從量上看，沙、天然礫石或碎石構(gòu)成了混凝土的主要原材料，占比接近60％。使用不同的雜料能生產(chǎn)出各種特定的混凝土。

  水泥的最終用途因國(guó)家而異：在美國(guó)，大約75％的水泥被用來(lái)制作預(yù)拌混凝土，近15％用來(lái)生產(chǎn)混凝土砌塊和預(yù)制混凝土；而德國(guó)在這兩方面的比例是約55%和30％。水泥幾乎完全依賴(lài)建筑來(lái)消化，因此其消費(fèi)量會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮和衰退上下波動(dòng)。在美國(guó)，大蕭條時(shí)期，水泥的消耗量被縮減到了1933年的不足1100萬(wàn)噸，到1942年又反彈至3100萬(wàn)噸，而這一年正是戰(zhàn)時(shí)工廠建設(shè)的高峰期。

  自1986年以來(lái)，全球水泥產(chǎn)量一直是中國(guó)獨(dú)占鰲頭：20世紀(jì)80年代，其水泥產(chǎn)量增長(zhǎng)了20％；20世紀(jì)90年代增長(zhǎng)了一倍多；21世紀(jì)前十年增長(zhǎng)超過(guò)兩倍，接近18.8億噸；2010年，它已占到全球產(chǎn)量的55％左右。2010年，印度的水泥產(chǎn)量為2.4億噸，比美國(guó)的3倍還多，而巴西位居第四。

  水泥工業(yè)曾經(jīng)是顆粒物排放的重要來(lái)源，但利用現(xiàn)代織物過(guò)濾器，99.6％的顆粒物被攔截后再次回到了煅燒窯中。這樣一來(lái)，二氧化碳排放就成為了該行業(yè)最嚴(yán)重的環(huán)境影響因素。每立方米標(biāo)準(zhǔn)混凝土的二氧化碳排放量為480千克左右，即每噸混凝土排放200千克的二氧化碳。

  全球水泥行業(yè)二氧化碳排放數(shù)據(jù)顯示，在化石燃料的碳排放中，水泥的占比從1950年的1％不斷上漲，1975年升至2％，2010年達(dá)到近5％。2011年，中國(guó)生產(chǎn)水泥所排放的二氧化碳僅比日本總排放量低12％左右。幸運(yùn)的是，提高水泥行業(yè)能源效率、減少二氧化碳排放已得到了人們的重視。

  實(shí)惠的混凝土在現(xiàn)代文明中無(wú)處不在，但這并不意味著它不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期成本。無(wú)論是從全球年產(chǎn)量還是建筑總質(zhì)量上來(lái)說(shuō)，混凝土已成為最重要的人造材料。雖然這種材料為我們提供了居所并促進(jìn)了交通、能源和工業(yè)的發(fā)展，但它的大量積累也帶來(lái)了相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)和巨大的負(fù)擔(dān)。

  水泥的脆弱性和過(guò)早退化會(huì)產(chǎn)生許多問(wèn)題，如會(huì)導(dǎo)致外觀損壞及其強(qiáng)度的降低，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生災(zāi)難；而防止這些問(wèn)題需要進(jìn)行昂貴的定期維護(hù)，而且它們?cè)谧詈蟮牟鸪杀疽卜浅８摺?

  中國(guó)在目前擁有最多的混凝土新建筑，這種挑戰(zhàn)將會(huì)變得十分嚴(yán)峻。在過(guò)去一代人中，中國(guó)使用了數(shù)百億噸的混凝土來(lái)修建高樓、道路、橋梁、大壩、港口及其他建筑物，再加上這些混凝土的質(zhì)量差、自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞、工業(yè)污染嚴(yán)重，必然會(huì)導(dǎo)致這些混凝土過(guò)早老化。這些不斷變腐的混凝土缺少及時(shí)的保養(yǎng)和維護(hù)，將來(lái)的更換成本會(huì)達(dá)到數(shù)萬(wàn)億美元。中國(guó)在21世紀(jì)前十年共消耗水泥近100億噸，因而2030年后用來(lái)改造和更換這些建筑的投入將會(huì)達(dá)到數(shù)十萬(wàn)億美元。

  最后再介紹兩種獨(dú)特的混凝土全球視角：一種是區(qū)域比較，另一種是體積比較。埃爾維奇等將衛(wèi)星圖像中的夜間亮燈與世界人口進(jìn)行了對(duì)此，從而估算出世界上不透光的面積（高樓、路面）大約為58萬(wàn)平方公里：這個(gè)數(shù)值比地球無(wú)冰面小0.5％，相當(dāng)于肯尼亞的國(guó)土面積。按人均計(jì)算，北半球的高收入國(guó)家擁有最大的不透光面積，而在低收入國(guó)家人均還不到100平方米，甚至低于50平方米。當(dāng)然，并非所有的不透光區(qū)域都是混凝土，但這種材料所占份額最大，并有充分理由相信它們是陸地建筑。

  若將世界貧民窟數(shù)億所住宅的土地面更換為混凝土地板，寄生蟲(chóng)病害將會(huì)減少近80％；而鋪設(shè)街道還能提升土地價(jià)值和入學(xué)率，同時(shí)也有利于整個(gè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的繁榮，提高信貸能力。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)，巖石可被劃分為火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖；但隨著混凝土的不斷增加，JR.安德伍德首次在20世紀(jì)70年代初提出應(yīng)該把混凝土、磚、瓦和玻璃另外歸為一類(lèi)——人造巖；三十年后他在著作中公布了這種想法，而混凝土在隨后十多年內(nèi)的大幅增加也印證了他的這一提議。

  與此同時(shí)，我們應(yīng)該以正確的眼光看待如此海量的人造石。2010年，人類(lèi)使用的這些材料接近400億噸，體積至少可達(dá)17立方公里。我們可以這樣比較：日本的富士山世界聞名，若將其看成一個(gè)半徑約13公里、高約2800米的圓錐體，計(jì)算出的體積就是400立方公里；因此，我們大約每20年所使用的人造石就相當(dāng)于一座富士山。人類(lèi)的這種成績(jī)既令人震撼，又似乎不值一提：世界上最大的火山——冒納羅亞火山大約是7.5萬(wàn)立方公里，相比之下還要大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。