編者按：備受關(guān)注的國內(nèi)首部關(guān)于材料歷史及未來的科普作品《材料簡史及材料未來：材料減量化新趨勢》（Making the Modern World:Materials and Dematerialization）一書，近期由電子工業(yè)出版社出版發(fā)行。該書作者瓦茨拉夫·斯米爾（VACLAVSMIL）為從事能源、環(huán)境等方面研究的頂尖學者，其《收割生物圈》、《美國制造》等作品影響深遠。比爾·蓋茨曾撰寫讀書筆記對該書進行專門推薦。該書考察了整個人類歷史進程中出現(xiàn)的各種重要材料提取、生產(chǎn)及主要應用的歷史變遷，探討了現(xiàn)代經(jīng)濟的成本依賴現(xiàn)象及其去材料化的內(nèi)在潛質(zhì)。其跨學科主題為具有資源經(jīng)濟學、環(huán)境學、能量分析、礦物地質(zhì)學、產(chǎn)業(yè)組織學、制造業(yè)及材料科學等研究背景的讀者提供了頗為實用的觀點。以下是該書中關(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?shù)仞ね两ǔ傻淖≌小惛裾J為這會占到世界總?cè)丝诘?0％以上；這些材料沒有經(jīng)過復雜的處理，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單的工具，但建造起來相當費力。
大宗建筑材料（雜料）占到了每年礦物開采量的大部分，其分類依據(jù)的不是各自的化學成分，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)，遭遇不景氣時會急速收縮：在美國，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，中國的大規(guī)模建設已將其產(chǎn)量提升到了新的高度：2010年，磚在中國的產(chǎn)量至少達到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，磚在2010年的全球總量將達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家而異：在美國，大約75％的水泥被用來制作預拌混凝土，近15％用來生產(chǎn)混凝土砌塊和預制混凝土；而德國在這兩方面的比例是約55%和30％。水泥幾乎完全依賴建筑來消化，因此其消費量會隨著經(jīng)濟的繁榮和衰退上下波動。在美國，大蕭條時期，水泥的消耗量被縮減到了1933年的不足1100萬噸，到1942年又反彈至3100萬噸，而這一年正是戰(zhàn)時工廠建設的高峰期。
自1986年以來，全球水泥產(chǎn)量一直是中國獨占鰲頭：20世紀80年代，其水泥產(chǎn)量增長了20％；20世紀90年代增長了一倍多；21世紀前十年增長超過兩倍，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源，但利用現(xiàn)代織物過濾器，99.6％的顆粒物被攔截后再次回到了煅燒窯中。這樣一來，二氧化碳排放就成為了該行業(yè)最嚴重的環(huán)境影響因素。每立方米標準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年達到近5％。2011年，中國生產(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。
實惠的混凝土在現(xiàn)代文明中無處不在，但這并不意味著它不會產(chǎn)生長期成本。無論是從全球年產(chǎn)量還是建筑總質(zhì)量上來說，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了交通、能源和工業(yè)的發(fā)展，但它的大量積累也帶來了相當?shù)娘L險和巨大的負擔。
水泥的脆弱性和過早退化會產(chǎn)生許多問題，如會導致外觀損壞及其強度的降低，有時甚至會發(fā)生災難；而防止這些問題需要進行昂貴的定期維護，而且它們在最后的拆除成本也非常高。
中國在目前擁有最多的混凝土新建筑，這種挑戰(zhàn)將會變得十分嚴峻。在過去一代人中，中國使用了數(shù)百億噸的混凝土來修建高樓、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)污染嚴重，必然會導致這些混凝土過早老化。這些不斷變腐的混凝土缺少及時的保養(yǎng)和維護，將來的更換成本會達到數(shù)萬億美元。中國在21世紀前十年共消耗水泥近100億噸，因而2030年后用來改造和更換這些建筑的投入將會達到數(shù)十萬億美元。
最后再介紹兩種獨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行了對此，從而估算出世界上不透光的面積（高樓、路面）大約為58萬平方公里：這個數(shù)值比地球無冰面小0.5％，相當于肯尼亞的國土面積。按人均計算，北半球的高收入國家擁有最大的不透光面積，而在低收入國家人均還不到100平方米，甚至低于50平方米。當然，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，寄生蟲病害將會減少近80％；而鋪設街道還能提升土地價值和入學率，同時也有利于整個經(jīng)濟活動的繁榮，提高信貸能力。根據(jù)標準分類，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70年代初提出應該把混凝土、磚、瓦和玻璃另外歸為一類——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，我們應該以正確的眼光看待如此海量的人造石。2010年，人類使用的這些材料接近400億噸，體積至少可達17立方公里。我們可以這樣比較：日本的富士山世界聞名，若將其看成一個半徑約13公里、高約2800米的圓錐體，計算出的體積就是400立方公里；因此，我們大約每20年所使用的人造石就相當于一座富士山。人類的這種成績既令人震撼，又似乎不值一提：世界上最大的火山——冒納羅亞火山大約是7.5萬立方公里，相比之下還要大兩個數(shù)量級。
