為什麼現在的井蓋沒那麼容易丟了？

因為這種混凝土跟花崗岩一樣結實，用鎚子都砸不壞！

出品| 網易新聞

作者| 須臾千秋

　　不知道大家有沒有注意過，近年來大街上丟井蓋的案件越來越少了。這固然要歸功於社會治安的持續進步，但另一方面，「井蓋科技」的進步也不可小覷。

（一）傳統井蓋為什麼容易丟？

　　井蓋雖不起眼，但它的生存環境非常惡劣。

　　身處馬路中央，它每天都要暴露在濃重的、具有腐蝕性的汽車尾氣中，被重載的汽車反覆地碾壓、振動成百上千次，而且，其下覆蓋的雨水、污水等也有較強的腐蝕性。因此，小小井蓋的工作壓力是非常大的。

　　同時，井蓋的責任又非常重大。一旦井蓋破裂就會造成很大的安全隱患，尤其一到冬天，北方積雪覆蓋的城市每年都要發生幾起行人掉進下水道的慘案。一座城市動輒有幾萬隻井蓋，經常對井蓋進行更換顯然是市政開支無法承受的。因此，井蓋必須要有很強的耐久性。

　　出於這些高標準，在歷史上，井蓋通常是由金屬鑄成，材質通常為球墨鑄鐵，有些井蓋為了耐磨，甚至採用昂貴的青銅作為材料。這樣的井蓋回爐就是一塊上好的金屬，即使賣作廢鐵也能值上幾百塊錢。因此，雖然對偷井蓋嚴打嚴抓，但只要有經濟利潤在，就必然有人鋌而走險。

　　（偽滿洲國時期，長春市的鑄鐵井蓋，在當時價值不菲。）

　　也有人嘗試過用價值比較低的材料製造井蓋，例如先紮好鋼筋籠，再澆築上普通混凝土，製成鋼筋混凝土井蓋。這樣，即使有人偷了井蓋，也只能得到井蓋中的一點點鋼筋，砸碎的混凝土是毫無價值的。

　　然而，普通的鋼筋混凝土對環境的耐受能力遠不及鑄鐵，多幾輛超載的卡車碾過，井蓋就會破得不成樣子，因此這樣的混凝土井蓋便總是以一種破破爛爛的形象示人。

　　加之，鋼筋籠的綁紮、混凝土的澆築工序繁瑣，這樣一個井蓋的價格有時比鑄鐵的還高。

　　因此，這樣的混凝土井蓋用得也不多，經常還是被迫用回鑄鐵井蓋。

　　不過，隨著科技的發展，小井蓋的大問題被一種叫做「活性粉末混凝土」的超高性能混凝土材料解決了。

（二）徹底解決丟井蓋，這種混凝土材料沒你想得那麼簡單

　　普通混凝土是一種脆性材料。它的抗壓能力很強，抗拉能力卻很差。這是因為，普通混凝土本身的強度很高，但在其內部，尤其是砂石骨料與水泥漿體之間的過渡區內存在許多的薄弱地帶，甚至微裂紋。

　　在受到拉力時，這些微裂紋就會迅速擴展，使得混凝土在遠低於本身強度的拉力下便會斷裂。這種原理就類似於塑料包裝袋外面的豁口，沿著豁口一撕，堅韌的包裝袋很輕易地就開了。

　　因此，有些科學家剔除了混凝土中的普通砂子和石子，代之以極細的石英砂，並摻入較高活性的火山灰質材料，製成活性粉末混凝土。由於骨料細小，漿體結合緊密，這種混凝土的微裂紋較之普通混凝土而言極其細小，因而其強度也遠高於普通混凝土。

　　後來，科學家們更是乾脆向其中摻入鋼纖維、FRP纖維等抗拉材料，從而製造出了強度堪比鋼材的混凝土材料。

　　（石英砂）

　　用這種混凝土製作的井蓋甚至不需要配鋼筋，因為其內部無處不在的纖維就可以起到鋼筋的作用。

　　活性粉末混凝土所用的材料價格高昂，造價達到普通混凝土的十倍之高。但用它生產的井蓋性價比卻最高。

　　其一，這種井蓋工序少，人工成本省了下來；其二，它本身的強度高，只要很少的材料就能達到與普通混凝土相同的效果，因此非常節省材料；其三，它的耐腐蝕性能極強，一個井蓋可以用很久，這又降低了成本。

　　最後算下來，用這種最昂貴的材料做的井蓋反而最划算。

　　最重要的是，這種井蓋的內部基本就沒有什麼金屬，即使偷走了也不過是磐石一塊，真是一勞永逸地解決了井蓋被偷的問題。

　　（活性粉末混凝土製成的井蓋）

　　這麼優秀的材料，只是用來做個井蓋？當然不是。超細粉末混凝土可是個高端材料，用途非常廣泛。

（三）活性粉末混凝土的優異性能從何而來？

　　普通混凝土可以看作是膠凝材料將一些砂石骨料粘結在一起，砂石骨料本身是堅固的，因此發生斷裂的地點通常在粘結的過渡區域。通常使用的普通混凝土強度約為40兆帕，為花崗岩的1/5。

　　而超細粉末混凝土由於顆粒性質不同，膠凝材料與骨料之間的粘結非常緊密，可以看作是一個結實的整體，強度能達到與花崗岩相同的200兆帕。即使用鎚子砸，也只能在表面留下些許的劃痕，不會像普通混凝土那樣使得內部裂紋擴展，進而發生斷裂。

　　因此，用這種混凝土建造的建築承載力強，安全可靠。同時，也正因為它非常緻密，氯離子和硫酸鹽滲透幾乎為零，即使使用很多年也不會帶來普通混凝土的安全隱患，因此壽命長，用它修建的建築密閉性也極好。

　　除了堅硬以外，由於內部摻了多種纖維，活性粉末混凝土還是一種高延性的混凝土。

　　如果建築真的遭受到了不可抗的地震力，再堅硬的材料也會變形。但活性粉末混凝土不會像普通混凝土那樣一斷兩截，而是會被內部的纖維限制，將整個大的斷裂均攤成無數個細小裂紋，同時構件發生很大的變形，吸收地震力。

　　經測算，它的延性可達普通混凝土的300倍以上。因此即使變形再大，這樣的建築也很難倒塌，可以讓人們快速跑出來，贏得求生機會。

　　此外，這些細小的裂紋還會暴露出內部原有的大量未水化水泥顆粒，使得混凝土具有自修復功能，開裂後又癒合的混凝土強度甚至可能比原來更高。

　　由於超細粉末混凝土的這一系列優異性能，它被廣泛地應用於高層建築、電視塔、橋樑、原子能反應堆的罩和外殼、開採石油和天然氣的海上採油平台這些高端場合中。

　　超高的強度使得它們相比起普通混凝土截面更小，自重只有傳統混凝土的1/3-1/2，顯著降低了荷載，節省了材料，降低工程造價的同時也減少了材料生產所產生的碳排放。

　　這些優異的性能，本質上都得益於它特殊的原料與嚴格的生產過程。

　　首先，活性粉末混凝土中採用了大量的活性納米材料，如超細硅灰、超細棕櫚油粉煤灰等。它們可以填充混凝土內部的孔隙，彌補內部的缺陷，同時還會與水泥對強度不利的水化產物氫氧化鈣發生火山灰反應，進一步提高強度。

　　此外，超細粉末混凝土都是在工廠中標準化生產的，它的生產過程非常精密。通常，構件會在外加幾百個大氣壓，超過100℃的蒸壓條件下進行養護。這時，水泥的水化相比起常溫下已經發生了變化，形成了許多結晶型的水化硅酸鈣。它的基體結構孔隙率極低，並且所有相互連通的孔隙都被水化產物阻塞，即使有孔也不允許外界物質通過。

　　這一生產過程對工藝的精密性要求極高，對材料質量、組分配比、均勻程度以及溫度壓強的控制都很嚴格，要求的設備精密度與人員素質也較高。像普通混凝土那樣在工地上隨便一拌，那是生產不出合格的活性粉末混凝土的。

　　（混凝土蒸壓養護釜）

（四）用它做的大橋，20厘米厚的橋面卻能承載重型卡車

　　由於活性粉末混凝土的強度超高，用它製造的構件常常表現出「科幻」的特點。

　　比如位於長沙市開福區新建的北辰虹橋，是國內首座活性粉末混凝土全預製拼裝連續箱橋樑。這是一座需要通行消防車的消防橋樑，它全長70.8米，寬6.5米，橋面厚度僅有20厘米，約為普通混凝土橋的1/3，卻可以承載重型卡車通過。

　　全橋共有兩座橋墩，而同樣載重的橋，如果使用普通混凝土，至少需要7個橋墩才能支撐。

　　（活性粉末混凝土的北辰虹橋和它超級纖薄的橋面板）

　　整座大橋在工廠預製成型後，到現場拼裝的總時間還不到10個小時，與同樣是預製的鋼結構橋樑相比，這座橋的成本節省了40%，防腐性能、耐久性能也遠遠超過鋼結構橋樑。

結語

　　活性粉末混凝土的造價雖然昂貴，但由於耐久性好、重量輕，最終卻往往能夠大幅度地節約成本。在未來，這種新型建築材料還會更加廣泛地應用在地鐵、地下管廊等永久性工程的建設中，讓它們為祖國「健康工作一百年」。

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編輯| 史文慧

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