据米切尔·凯勒报道，地球上使用最广泛的人造物质经过数千年的发展演变，但未来十年的创新对于该行业实现其雄心勃勃的可持续发展目标至关重要。
“当人们问我做什么工作时……我最常说的一句话是，‘你看过《摩登原始人》吗？’”墨西哥建材公司 Cemex 商业水泥部门执行副总裁 Joel Galassini 说。
《摩登原始人》是 20 世纪 60 年代的一部美国动画片，故事背景设定在一个浪漫化的石器时代。
他那玩笑般的回答表明他所处的行业比较老派。
“我把自己比作石器时代的卡通人物，但我们这里有很多像杰森一家那样的人，”他补充道。
《杰森一家》是 20 世纪 60 年代另一部美国动画喜剧（简称《杰森一家》）的主角，讲述了一个家庭在理想化的未来世界中的生活。
一个不断发展的行业
在加拉西尼讲述这个轶事的时候，他身后不远处就是拉斯维加斯会展中心的南停车场；那里挤满了精密的建筑设备、技术和最先进的科学，为 2024 年世界混凝土博览会做准备。
Cemex副总裁表示，虽然这需要时间，但他相信混凝土行业正在飞速发展，迈向未来。
“我们在很多运营中都使用了人工智能，我们在运行无人机，我们正在研究自动驾驶汽车等等……我把它比作《摩登原始人》，但实际上，我们正在做很多《杰森一家》里的事情，”他说。
低碳解决方案
无论是出于公司内部使命、政府监管还是合同规定的考虑，混凝土行业都需要迅速取得巨大进步，以利用回收材料生产更多二氧化碳排放量更低的产品。
2024年，在美国拉斯维加斯举行的世界混凝土博览会上，一台RIC 3D打印机正在展出（图片：Mitchell Keller）。为了满足消费者需求并遵守环保法规，许多公司重新调整了水泥生产工艺。水泥是混凝土的关键成分，但同时也是全球主要的碳排放源之一。
这意味着科学界的参与度显著提高，全球科学界一直在寻找降低水泥混合物碳排放的解决方案，其中包括瑞士联邦材料科学与技术实验室 (Empa) 的研究人员。
“近年来水泥和混凝土产品的主要创新是由提高可持续性和减少排放的需求所驱动的，”瑞士联邦材料科学与技术研究所（Empa）混凝土与沥青实验室混凝土技术组组长马特乌什·维尔日科夫斯基博士证实道。
从石墨烯、大麻、咖啡到各种新型特种合成材料和添加剂，都已陆续应用于混凝土和水泥中。尽管结果和目的各不相同，但实验对于发现有助于减少排放的突破性产品至关重要。
“由于减少了浪费和负责任地利用资源，已经取得了显著进展，”Wyrzykowski补充道。
瑞士联邦材料科学与技术研究所 (Empa) 研究过的最有趣的水泥材料之一是“生物炭”。它是一种富含碳的材料，由生物质热解制成；换句话说，它是缺氧条件下加热有机物产生的生物产品。
理论上，由有机材料制成的生物炭水泥混凝土可以从大气中吸收碳。目前，生物炭已被成功用作一种隔热材料。
有些产品已经上市，但瑞士联邦材料科学与技术研究所 (Empa) 表示，随着更多研究的开展，一种更强效、更安全的生物炭添加剂将会问世。
据报道，位于德国海德堡的这座新型IT服务器机房是欧洲最大的3D打印建筑（图片：SSV Architekten）。“生物炭的孔隙率很高，不仅能吸收大量水分，还能吸收混凝土生产中使用的昂贵外加剂，”维尔齐科夫斯基解释说。“它难以处理，而且也并非完全无害。”
据瑞士联邦材料科学与技术研究所 (Empa) 称，细小的生物炭粉尘会对人类呼吸道造成危害，并存在爆炸风险。
因此，目前正在继续调查该材料是否可以加工成颗粒。
Wyrzykowski指出，其他材料，例如膨胀粘土或粉煤灰，已经可以制成类似的轻质骨料。“工业界已经掌握了处理这些材料的技术，这增加了该概念付诸实践的可能性。”
重新分析水泥生产
回到 Cemex 公司，Galassini 表示，他的公司生产的产品熟料含量比传统水泥少，并且含有粉煤灰，这两种产品都有助于减少碳排放。
但他表示，重新分析水泥的整个生产过程与调整水泥的化学成分同样重要。
“我们窑炉里烧的不是煤，而是其他东西，”他说。“我们可以烧回收废料，可以烧轮胎，可以烧废燃料，可以烧工业和生活垃圾……我们还有一些窑炉可以接收牲畜尸体、牛尸，以负责任的方式处理这些垃圾，并用它们来给窑炉提供燃料。”
他指出，该系统并非完全没有排放，但排放已大大减少，并有助于实现更大的收益，包括节省回收燃料的成本。
用户操作 Cemen Tech 容积式搅拌机的电子控制板，该控制板可启动车辆，混合各种材料以进行现场混凝土生产（图片：Mitchell Keller）。“我们在柏林的水泥厂使用98%的回收材料，”加萨利尼说道，并指出德国在2000年代中期就已开始逐步淘汰垃圾填埋处理方式。“我们把所有这些废料收集起来，制成颗粒，然后在窑炉中焚烧。这样一来，与其把废料填埋产生甲烷（我认为甲烷的温室效应是二氧化碳的30倍），我们不如焚烧这些废料，生产水泥，创造出新的产品。”
这种思维方式并非孤立存在；大多数全球主要参与者都采取了积极的措施来减少碳排放和提高循环经济性。
德国海德堡材料集团于 2023 年推出了一系列低碳产品，并计划在 2024 年底前在挪威的一家水泥厂开设碳捕获与封存 (CSS) 设施。
海德堡的一位发言人表示：“我们在挪威布雷维克工厂的CSS项目最初是在2000年代中期提出的一个雄心勃勃的想法。”
“最初的想法逐渐发展成案头研究。2020年12月，挪威政府最终批准并支持在一家水泥厂建设世界上第一个工业规模的碳捕集设施。”
该项目会将该地点的碳转移到海底储存库。
海德堡解释说：“一旦投入运营，每年将捕获40万吨二氧化碳，并通过船舶运输到挪威西海岸的陆上终端。然后，液化的二氧化碳将通过管道输送到北海海底的储存库，并在那里永久储存。”
海德堡指出，虽然碳捕获和封存方法仍不完善，但这只是可持续创新的一个杠杆。
该公司表示：“我们将继续通过传统的碳减排措施实现产品组合的脱碳。多年来，我们的团队一直致力于降低产品中的熟料含量、调整产品组合并提高替代燃料的份额。”
机器助力创新
虽然混凝土和水泥会经历物理变化，但搅拌和浇筑这些物质的机械也必须与时俱进。
容积式或移动式搅拌车并非新生事物，但计算机技术、材料存储和数据编目的进步，使得这些原本就非常有价值的工具在现代社会中变得更加重要。
evoBuild 产品之家（图片：海德堡材料集团）Cemen Tech 自称是全球最大的容积式配比和连续混凝土搅拌解决方案制造商，并且从一开始就涉足容积式搅拌领域。
项目经理们称赞所有需要的混凝土材料都在卡车上和现场储存和搅拌，从而节省了运输成本，但该装置的先进技术也确保了浪费的减少，并且混凝土产量满足了工作和气候的预期。
美国俄克拉荷马州 McQuay 建筑公司的 Zach McQuay 使用的是 Cemen Tech C 系列，他注意到这台机器能给工作带来秩序。
“一切尽在掌控，”他说。“这是一座移动式混凝土搅拌站，所以我们无需等待。我们可以在现场装载所有物料，而且我们每天只用三辆卡车就能处理 440 立方码（402 立方米）的物料。”
与使用场外预拌混凝土搅拌站相比，麦克奎估计类似的工程需要 20 辆或更多卡车，再加上运输时间和装卸时间。
麦奎表示，使用容积式搅拌机，“我们只有按下‘开始’按钮才会开始制作混凝土。我们可以按需获得新鲜混凝土。”
空气测试可以在现场进行，搅拌机可以一次制造小批量产品，麦奎表示这可以减少浪费。
他解释说：“在预拌混凝土行业，如果气密性测试不合格，整批混凝土都会被拒收。”他还指出，容积式搅拌机可以重新搅拌一批（并在搅拌过程中调整配比）。“但在容积式搅拌机行业，如果我们气密性测试出了问题，我们能回收利用的混凝土可能连半车都不到。”
卡车上装有生产混凝土所需的沙子、石头、水、化学品和合成材料，用户可以通过计算机界面管理混凝土混合物的精确组成，并根据需要进行调整。
麦奎补充道：“我们有实时更新的水灰比数据，有实时更新的化学品用量数据，还有实时更新的砂石料和水的质量评级数据，因此我们可以在项目进行过程中随时调整这些参数。”
2024年世界混凝土博览会期间，拉斯维加斯会展中心外的一台3D打印机（图片：Mitchell Keller）记录数据可以创建一个可靠的信息网络，铺路工人或抹灰工可以在类似的工作或类似的环境中调用这些信息。
此外，人工智能、3D扫描和打印以及传感器技术的进步也极大地推动了摊铺机和其他混凝土加工机械的发展。德国维特根集团生产的滑模摊铺机就是一个例证。
“使用维特根滑模摊铺机摊铺混凝土时，可以使用各种自动化功能，例如 AutoPilot 2.0 系统或自动销钉插入器，”该公司表示。“维特根开发的 AutoPilot 3D 控制系统用于在创建各种偏移和内嵌轮廓时，对滑模摊铺机进行精确、无绳控制。”
“测量员创建大地测量数据模型已不再必要。像传统机器控制系统那样安装和拆除测线也已过时。”
“该机器沿着虚拟线移动，并由卫星定位引导。机器的高度调节和转向均由系统自动控制。”
3D打印和混凝土
混凝土领域最引人入胜、最具视觉冲击力的自动化进步之一是 3D 打印。
使用可控喷嘴逐层精确挤出水泥浆的分层挤出式 3D 打印机是世界混凝土博览会上最受欢迎的演示之一。
这些“牙膏状”混凝土堆可以堆得尽可能高，只要打印机或环境允许，有些打印机甚至可以打印整栋建筑物。
去年，一台丹麦公司 COBOD International 生产的 3D 打印机在德国海德堡完成了据称是欧洲最大的 3D 打印建筑。该建筑长 54 米，宽 11 米，高 9 米。
COBOD BOD2 3D打印机除了可以打印盒状结构外，还可以打印非正方形几何形状。该项目于2023年中期开工，耗时约172小时。
COBOD联合创始人菲利普·伦德-尼尔森表示：“我们预计这些打印机的使用寿命可达五到十年。”他指出，机器的使用寿命正在不断延长。“机器90%采用镀锌钢材。我们的客户在现场遇到的大部分问题都是材料供应不足；一旦他们解决了这个问题，工作效率就会大大提高。”
把所有东西整合起来
就像混凝土是由特定元素协同作用制成的产品一样，行业领导者需要继续通力合作，才能推动产品向前发展。
“这实际上是与业主、建筑师、工程师合作，以确保我们设计建筑物、人行道或路面时做到合理，而不是过度设计，”加拉西尼说。“看看城市里大多数人体人行道上浇筑的混凝土；它的配方是由市政府规定的。”
“按照这个配方，人行道的强度可以达到，比如说，6000到8000磅/平方英寸，这和机场跑道的强度差不多。所以我可以让一架747飞机降落在只需要2500磅/平方英寸强度的人行道上。”
鉴于我们掌握了所有这些信息和可用的技术来解决这个过度设计的例子，加拉西尼认为现在是时候寻找长期的解决方案了。
而那些不进行现代化改造、不帮助解决问题的人可能会被时代抛在后面。
加拉西尼说：“我坚信，那些不断创新和进取的人很可能会成为赢家。总有一天，那些抵制变革的人会走到一个转折点，突然之间，他们可能别无选择，或者为时已晚。”
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