混凝土中的水泥是世界上第二大工业二氧化碳排放物，对环境造成破坏性影响。随着需求的增加，特别是在发展中国家，迫切需要创新来寻找可持续的替代品。可将二氧化碳排放量降低60%～70%的新型混凝土能够成为一直以来追寻的答案吗？
水泥是基础设施建设中的粘合剂。当把骨料、沙子和水混合在一起，就形成了混凝土，它是世界上最常用的人造材料，是构成我们的家园、学校、建筑物、交通基础设施等等的重要基石。
在全球快速发展的时代，城市中对于基础设施的需求越来越大，随之对于水泥的需求也相应地日益增长。根据国际能源机构的数据，到年，全球水泥产量预计将增长12%～23%。
然而，水泥的生产是非常耗能的。它是世界第三大工业能源消费物，占工业能源使用量的7%，也是第二大工业二氧化碳排放物，占全球排放量的7%左右。是造成气候变化、自然资源枯竭，以及对建筑工人健康和安全不利影响的主要因素。尽管目前正在努力改善这些情况，但预计到年，全球水泥工业的碳排放量仍将增加4%。
目前，除了水泥之外，还没有找到可以有效、经济实惠且经久耐用的替代物。然而，一项新的混凝土技术可以大大减少基础设施项目所需的水泥用量，这可能是未来可持续、更持久的关键。
如何可持续耐用
年，HOFOR公司（KbenhavnsEnergiA/S的前身）计划在哥本哈根港口和城市内建造一条4公里长的钻孔隧道，该隧道将运载一套主要区域的供热管道系统。
传统来说，在这些类型的隧道上使用带钢筋笼的钢筋混凝土，容易受到热水和蒸汽的腐蚀，这将导致维护和维修的高成本，以及更短的使用寿命。HOFOR公司开始寻求更完善更持久的解决方案。
当时，提出建议，在隧道段使用钢纤维混凝土(SFRC)，以满足项目使用年寿命的要求。与传统的钢筋混凝土相比较，钢纤维混凝土具有更耐用、不会很快腐蚀的特性。这是该材料第一次在这种规模的项目上使用。从那时起，钢纤维混凝土的研究创新开始了不断的发展，逐渐推广应用。
混合可持续解决方案
用于钻孔隧道的钢纤维混凝土是目前最环保的钢筋混凝土之一，它是一种独特的材料，由混合的钢纤维（相当于一缕头发的厚度）、骨料、水、水泥和大量水泥替代品（如矿渣或硅石等）组成。
与传统的钢筋混凝土相比，钢纤维混凝土创造了一种高度耐用的隧道衬砌，可提供抗氯离子腐蚀的能力约为氯离子腐蚀的5～10倍，大大降低了建设成本和时间，并能大幅减少钢材消耗和隧道段的厚度，从而减少混凝土的使用量，还具有减小横截面尺寸和固有抗降解机制的顶级结构性能，是钻孔隧道的理想解决方案。同时满足了在恶劣环境条件下使用年的要求。
与传统的钢筋混凝土生产相比，该方案使用了矿渣或硅石等辅料作为水泥替代品，产生的二氧化碳排放量明显降低了60%～70%。
在中东地区的应用案例
阿联酋首都阿布扎比市的战略隧道增强项目(STEP)，是钢纤维混凝土的一次重要突破。该项目的建设目的是通过建造一条新的45公里长的深层隧道，用以提高阿布扎比的污水系统容量。委托方要求隧道的使用寿命达到80年，但传统的隧道施工方法和材料很难实现。因为地下水的盐含量大约是海水的4～5倍，硫酸盐含量也很高，污水产生的气体会使混凝土变质。
经过与承包商商讨，合作制定了一种解决方案——将钢纤维混凝土与一种特殊的混凝土混合物结合，用较环保的粘合剂，如粉煤灰和高炉矿渣取代隧道建设所需的大部分水泥。
幸运的是，这种方法成功地应用于隧道的设计和建设，满足了委托方提出的80年使用寿命要求。该项目在年获得了阿拉伯隧道设计奖。
另一个是迪拜的深隧道雨水排水系统项目，该项目是政府着力打造的基础设施项目之一，这条隧道将占据迪拜整个城区近40%的面积。
满足该项目使用年寿命要求的最大挑战之一就是这条隧道所处的地质条件。该区域地下水温度约为20度，比海水的含盐量高6倍，可导致腐蚀性的化学反应。与欧洲的地况相比，这里的腐蚀速度将快约8倍。
通过一年的试验，科研人员完善了适用于该地区的钢纤维混凝土配合比，生产出一种更精密、更持久耐用的混凝土混合物，可以应对中东地区具有挑战性的环境条件，并进一步减少了二氧化碳的排放。
新型混凝土的未来
随着世界各地对城市基础设施发展的可持续性和质量越来越重视，许多承包商越来越多地将钢纤维混凝土列入了投标材料中。
除了钻孔隧道的应用外，钢纤维混凝土还被应用在了许多其他建筑当中，包括嘉士伯啤酒厂的仓库建设，以及一些城市中的路桥建设。许多行业都开始积极采用这种技术，但目前而言，该项技术还存在结构性限制。另外，钢纤维混凝土因世界各地不同的地理环境，使用时还会遇到不同的问题，开发和测试新的解决方案正在逐步完善。
目前最新的挑战是研究如何修改和优化用于污水隧道的钢纤维混凝土混合比。废水中的细菌会产生硫酸，腐蚀隧道内的混凝土。实验室的研究人员，正在试图确定酸腐蚀的速度、不同国家的不同环境下细菌是如何作用的，以及混凝土的厚度需达到什么样的标准才能满足使用寿命的要求。基于目前的实践以及实验结果，钢纤维混凝土应用于更多基础设施建设中的前景是乐观的。
目前，在许多发展中国家，城市化和基础设施的需求越来越大，预计水泥的生产将会不断增加。国际能源署建议，采用有效的材料战略以优化混凝土中水泥的使用量，通过减少其需求的比例，从而达到减少建筑对环境的影响，逐渐走向环保。
本文刊载/《桥隧产业资讯》杂志年7月刊总第37期
作者/CarolaEdvardsen
文章来源/丹麦科威(COWI)公司