拯救混凝土建成的现代城市

受到过去几周持续恶劣天气的影响,多伦多老旧建筑的冻融循环系统(Freeze-thaw cycles)受到严重破坏。由于多伦多大多数的基础建设已接近其50年的使用寿命,这座城市必须转向城市可持续发展的解决方案并进行创新。

专攻城市可持续发展领域的多伦多大学(U of T)副教授绍莎娜·萨克斯(Shoshanna Saxe)在给The Varsity的邮件中写到:“问题的焦点是这些基础设施的建设时间。 第二次世界大战后,基础设施建设呈现井喷式发展。大多数当时的基础设施的设计使用年限在50年左右,这意味着现在正是该更新换代的时候。”

随着冬季气温骤降,人行道和道路被冻结。这就是目前“真·北方“面临的现状。虽然这种重度冻结的情况本身不是问题,但随后气温的快速变暖就会导致问题。这种极端气温之间巨大的波动会导致混凝土的裂纹并破坏水管,造成整个城市的鞭鞘效应(whiplash effect)。

例如路面上的坑槽,坑槽是冰雪融化渗入沥青道路的表层的裂缝然后再次结冰,导致裂缝扩张而形成的。然而,多伦多一些路面使用的现代波特兰水泥(Portland Cement)是惰性的。这种混凝土是由压实的沙子和碎石构成的,并不具有良好的弯曲和延展能力。

根据多伦多工程建设服务部门的媒体联系人谢丽尔·圣·胡安(Cheryl San Juan)所说,当车辆行驶过处于潮湿膨胀的压力下的路段时,车辆的重量使得路面破裂,把沥青被挤出,从而形成了路面坑槽。

由于多伦多的基础设施只有接近50年的寿命,在很多常见的问题上的不便体现出它们需要被更换,比如路面坑槽及水管破裂。

气候变化也导致这个问题的因素之一,其影响之一是更为频繁的极端天气波动。萨克斯解释说,多伦多的基础设施的设计荷载——即在它们能够充分发挥作用的前提下可以承受的最大压力,已经不适用于如今的气候状况了。

此类问题已经引发了城市可持续发展领域的兴起。城市可持续发展领域综合了多种学科,包括土木工程、环境科学、经济学以及材料科学。城市可持续发展的要求总结成一个词就是: 快速恢复能力。

类似于ResilientTO的倡议书——旨在提高对“气候变化和极端天气,以及我们这座城市存在的,比如不平等、基础设施老化、住房和过境这些问题”带来的挑战的抵御能力—和TransformTO “多伦多最新且最具野心的气候行动计划”只是当地两个对于可持续化基础建设作出回应的例子。

在众多焦点之中,这些倡议者和其他主要参与者寻求解决的许多问题包括持久性,温室气体排放,促进可持续的生活方式和社会问题等等。

关于耐用材料的一项创新是“自我修复混凝土”。荷兰代夫特科技大学(Delft University of Technology)教授亨克·琼克斯(Henk Jonkers)在混凝土中嵌潜入了可以合成细菌的石灰岩胶囊,这种细菌可以在没有水、氧气以及乳酸钙的环境中存活,其中乳酸钙还是细菌的食物来源。当混凝土破裂,细菌会合成石灰岩从而填满裂缝,这样就免除了人工维修的需要。但是,生产这种混凝土的成本使得它很难投入到生产和使用中,所以只有时间才能说明这项技术如何更好地适应实际情况。

其他创新性的举措已有数千年的历史,例如已经经受了时间考验的古罗马混凝土(Roman concrete)。许多用这种材料修筑的建筑物已有两千年的历史,至今仍然存在。这些建筑的长寿部分是由矿物质和火山灰混合而成,这些材料的混合使混凝土更加灵活和耐腐蚀。然而,材料的稀缺可能会阻碍它们被广泛使用于城市的基础建设。

[在多伦多], 基础设施的投资需要面对21世纪的挑战和不断增长的人口——我们能否迎接这一挑战还有待观察” 萨克斯说,“最关键的挑战在于建筑寿命的计划和方针。我们的基础设施设计使用年限是多长?年限越长成本越高,但也意味着能够减少需要更换次数。”

无论前进的障碍是什么,每一个进步和变革都会激励我们迈向一个更绿色,更加可持续的未来。


翻译/Translate: 侯霖/ Lin Hou; 段舒萌/Shumeng Duan

校对/Proof: 孙雪霏/ Xuefei Sun

终校/Final Read: 刘卓颖/ Zhuoying Liu

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