这种材料造价是普通水泥的十倍,却被用来造井盖 | 了不起的中国制造

不知道大家有没有注意过，近年来大街上丢井盖的案件越来越少了。这固然要归功于社会治安的持续进步，但另一方面，“井盖科技”的进步也不可小觑。

1传统井盖为什么容易丢？

井盖虽不起眼，但它的生存环境非常恶劣。

，它每天都要暴露在浓重的、具有腐蚀性的汽车尾气中，被重载的汽车反复地碾压、振动成百上千次，而且，其下覆盖的雨水、污水等也有较强的腐蚀性。因此，小小井盖的工作压力是非常大的。

同时，井盖的责任又非常重大。一旦井盖破裂就会造成很大的安全隐患，尤其一到冬天，北方积雪覆盖的城市每年都要发生几起行人掉进下水道的惨案。一座城市动辄有几万只井盖，经常对井盖进行更换显然是市政开支无法承受的。

因此，井盖必须要有很强的耐久性。

出于这些高标准，在历史上，井盖通常是由金属铸成，材质通常为球墨铸铁，有些井盖为了耐磨，甚至采用昂贵的青铜作为材料。这样的井盖回炉就是一块上好的金属，即使卖作废铁也能值上几百块钱。因此，虽然对偷井盖严打严抓，但只要有经济利润在，就必然有人铤而走险。

（伪时期，长春市的铸铁井盖，在当时价值不菲。）

也有人尝试过用价值比较低的材料制造井盖，例如先扎好钢筋笼，再浇筑上普通混凝土，制成钢筋混凝土井盖。这样，即使有人偷了井盖，也只能得到井盖中的一点点钢筋，砸碎的混凝土是毫无价值的。

然而，普通的钢筋混凝土对环境的耐受能力远不及铸铁，多几辆超载的卡车碾过，井盖就会破得不成样子，因此这样的混凝土井盖便总是以一种破破烂烂的形象示人。

加之，钢筋笼的绑扎、混凝土的浇筑工序繁琐，这样一个井盖的价格有时比铸铁的还高。

因此，这样的混凝土井盖用得也不多，经常还是被迫用回铸铁井盖。

不过，随着科技的发展，小井盖的大问题被一种叫做“活性粉末混凝土”的超高性能混凝土材料解决了。

2彻底解决丢井盖，这种混凝土材料没你想得那么简单

普通混凝土是一种脆性材料。它的抗压能力很强，抗拉能力却很差。这是因为，普通混凝土本身的强度很高，但在其内部，尤其是砂石骨料与水泥浆体之间的过渡区内存在许多的薄弱地带，甚至微裂纹。

在受到拉力时，这些微裂纹就会迅速扩展，使得混凝土在远低于本身强度的拉力下便会断裂。这种原理就类似于塑料包装袋外面的豁口，沿着豁口一撕，坚韧的包装袋很轻易地就开了。

因此，有些科学家剔除了混凝土中的普通砂子和石子，代之以极细的石英砂，并掺入较高活性的火山灰质材料，制成活性粉末混凝土。由于骨料细小，浆体结合紧密，这种混凝土的微裂纹较之普通混凝土而言极其细小，因而其强度也远高于普通混凝土。

后来，科学家们更是干脆向其中掺入钢纤维、FRP纤维等抗拉材料，从而制造出了强度堪比钢材的混凝土材料。

（石英砂）

用这种混凝土制作的井盖甚至不需要配钢筋，因为其内部无处不在的纤维就可以起到钢筋的作用。

活性粉末混凝土所用的材料价格高昂，造价达到普通混凝土的十倍之高。但用它生产的井盖性价比却最高。

其一，这种井盖工序少，人工成本省了下来；其二，它本身的强度高，只要很少的材料就能达到与普通混凝土相同的效果，因此非常节省材料；其三，它的耐腐蚀性能极强，一个井盖可以用很久，这又降低了成本。

最后算下来，用这种最昂贵的材料做的井盖反而最划算。

最重要的是，这种井盖的内部基本就没有什么金属，即使偷走了也不过是磐石一块，真是一劳永逸地解决了井盖被偷的问题。

（活性粉末混凝土制成的井盖）

这么优秀的材料，只是用来做个井盖？当然不是。超细粉末混凝土可是个高端材料，用途非常广泛。

3活性粉末混凝土的优异性能从何而来？

普通混凝土可以看作是胶凝材料将一些砂石骨料粘结在一起，砂石骨料本身是坚固的，因此发生断裂的地点通常在粘结的过渡区域。通常使用的普通混凝土强度约为40兆帕，为花岗岩的1/5。

而超细粉末混凝土由于颗粒性质不同，胶凝材料与骨料之间的粘结非常紧密，可以看作是一个结实的整体，强度能达到与花岗岩相同的200兆帕。即使用锤子砸，也只能在表面留下些许的划痕，不会像普通混凝土那样使得内部裂纹扩展，进而发生断裂。

因此，用这种混凝土建造的建筑承载力强，安全可靠。同时，也正因为它非常致密，氯离子和硫酸盐渗透几乎为零，即使使用很多年也不会带来普通混凝土的安全隐患，因此寿命长，用它修建的建筑密闭性也极好。

除了坚硬以外，由于内部掺了多种纤维，活性粉末混凝土还是一种高延性的混凝土。

如果建筑真的遭受到了不可抗的地震力，再坚硬的材料也会变形。但活性粉末混凝土不会像普通混凝土那样一断两截，而是会被内部的纤维限制，将整个大的断裂均摊成无数个细小裂纹，同时构件发生很大的变形，吸收地震力。

经测算，它的延性可达普通混凝土的300倍以上。因此即使变形再大，这样的建筑也很难倒塌，可以让人们快速跑出来，赢得求生机会。

此外，这些细小的裂纹还会暴露出内部原有的大量未水化水泥颗粒，使得混凝土具有自修复功能，开裂后又愈合的混凝土强度甚至可能比原来更高。

由于超细粉末混凝土的这一系列优异性能，它被广泛地应用于高层建筑、电视塔、桥梁、原子能反应堆的罩和外壳、开采石油和天然气的海上采油平台这些高端场合中。

超高的强度使得它们相比起普通混凝土截面更小，自重只有传统混凝土的1/3-1/2，显著降低了荷载，节省了材料，降低工程造价的同时也减少了材料生产所产生的碳排放。

这些优异的性能，本质上都得益于它特殊的原料与严格的生产过程。

首先，活性粉末混凝土中采用了大量的活性纳米材料，如超细硅灰、超细棕榈油粉煤灰等。它们可以填充混凝土内部的孔隙，弥补内部的缺陷，同时还会与水泥对强度不利的水化产物氢氧化钙发生火山灰反应，进一步提高强度。

此外，超细粉末混凝土都是在工厂中标准化生产的，它的生产过程非常精密。通常，构件会在外加几百个大气压，超过100℃的蒸压条件下进行养护。这时，水泥的水化相比起常温下已经发生了变化，形成了许多结晶型的水化硅酸钙。它的基体结构孔隙率极低，并且所有相互连通的孔隙都被水化产物阻塞，即使有孔也不允许外界物质通过。

这一生产过程对工艺的精密性要求极高，对材料质量、组分配比、均匀程度以及温度压强的控制都很严格，要求的设备精密度与人员素质也较高。像普通混凝土那样在工地上随便一拌，那是生产不出合格的活性粉末混凝土的。

（混凝土蒸压养护釜）

4用它做的大桥，20厘米厚的桥面却能承载重型卡车

由于活性粉末混凝土的强度超高，用它制造的构件常常表现出“科幻”的特点。

比如位于长沙市开福区新建的北辰虹桥，是国内首座活性粉末混凝土全预制拼装连续箱桥梁。这是一座需要通行消防车的消防桥梁，它全长70.8米，宽6.5米，桥面厚度仅有20厘米，约为普通混凝土桥的1/3，却可以承载重型卡车通过。

全桥共有两座桥墩，而同样载重的桥，如果使用普通混凝土，至少需要7个桥墩才能支撑。

（活性粉末混凝土的北辰虹桥和它超级纤薄的桥面板）

整座大桥在工厂预制成型后，到现场拼装的总时间还不到10个小时，与同样是预制的钢结构桥梁相比，这座桥的成本节省了40%，防腐性能、耐久性能也远远超过钢结构桥梁。

活性粉末混凝土的造价虽然昂贵，但由于耐久性好、重量轻，最终却往往能够大幅度地节约成本。在未来，这种新型建筑材料还会更加广泛地应用在地铁、地下管廊等永久性工程的建设中，让它们为祖国“健康工作一百年”。

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编辑| 史文慧

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