低碳混凝土問題思考＊

林遠煌，彭春元，韋 虹，許顯堅，韓映忠

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

低碳混凝土問題思考＊

林遠煌，彭春元，韋 虹，許顯堅，韓映忠

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

從低碳角度分析了混凝土材料的選擇，提出了低碳混凝土生產(chǎn)及產(chǎn)品多元化途徑，闡明了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要求．同時總結(jié)了混凝土低碳化施工、使用及回收利用對低碳混凝土的潛在作用，為混凝土實現(xiàn)低碳化發(fā)展、落實國家節(jié)能減排的政策提供參考．

低碳混凝土；材料；節(jié)能減排

隨著全球變暖趨勢的日漸凸現(xiàn)，低碳經(jīng)濟（Low－carbon Economic）作為一種可持續(xù)發(fā)展的選擇逐漸被廣泛認同，低碳經(jīng)濟是指溫室氣體排放量盡可能低的經(jīng)濟發(fā)展方式．近20多年來，國際上對低碳經(jīng)濟的綜合評價研究主要針對CO2減排技術(shù)，開發(fā)出大量的減排評價模型，用來研究在全球、區(qū)域、國家范圍內(nèi)對經(jīng)濟領(lǐng)域或者部門的影響．《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》明確提出節(jié)能減排的約束性指標，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，保護生態(tài)環(huán)境，建設(shè)資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會已成為當前的社會熱點．發(fā)改委提出在“十二五”期間將力推低碳技術(shù)，用低碳技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，要在工業(yè)節(jié)能、建筑節(jié)能、交通節(jié)能等各個領(lǐng)域進一步實施節(jié)能減排重點工程．傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥混凝土的生產(chǎn)存在的問題是：消耗自然資源巨大，破壞環(huán)境、影響地球生態(tài)平衡，尤其是其主要原材料水泥的生產(chǎn)，水泥工業(yè)的CO2排放量通常占人類活動碳排放量的5%～10%，水泥工業(yè)是我國碳排放量的主要來源，占到15%左右，每生產(chǎn)1t硅酸鹽水泥從水泥原料中排放CO2約511 kg．我國每年因拆除建筑產(chǎn)生的固體廢棄物2億t以上，新建建筑產(chǎn)生的固體廢棄物大約1億t，兩項合計約3億t，僅廢棄混凝土大約有1億t左右，其巨大處理費用和由此引發(fā)的環(huán)境問題十分突出．從上述可知讓水泥混凝土行業(yè)走向低碳、可持續(xù)發(fā)展的道路是此行業(yè)發(fā)展的必然選擇．

低碳混凝土，是一種低毒少害、節(jié)約資源、減少排放的綠色環(huán)保混凝土．發(fā)展低碳混凝土是材料科學(xué)與技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的必然，也是順應(yīng)國家政策的導(dǎo)向．對于低碳混凝土的理解我們可以從以下幾個方面來說明．

1 低碳混凝土原材料的選擇

1．1 水 泥

水泥工業(yè)低碳經(jīng)濟是以低能耗、低排放、低污染為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式，目的是提高能源利用效率和創(chuàng)建清潔生產(chǎn)機制，減少CO2等溫室氣體的排放量．楊南如［1］提出了以C2S為主要礦物組成的低碳水泥的方法和思想，雖然還不夠成熟，還有待改進和深入試驗，但是值得探討并付諸實踐．又如在粉磨中摻加助磨劑，可以降低粉磨電耗，提高水泥產(chǎn)品的質(zhì)量，起到了良好的助磨作用和增強作用 ，因而間接減少了CO2的排放．但是在實際使用中摻助磨劑的水泥與超塑化劑對商品混凝土的性能尤其是工作性能產(chǎn)生了波動，助磨劑組分對水泥與超塑化劑的影響機理尚需進一步研究［2］．充分利用工業(yè)生產(chǎn)中大量產(chǎn)生的工業(yè)廢渣作為水泥的混合材料，既降低水泥熟料的用量，也可以減少水泥“兩磨一燒”過程中的三廢排放和高能耗．

1．2 骨 料

當前骨料資源已經(jīng)出現(xiàn)了嚴重匱乏，人們已經(jīng)開始尋求新型骨料資源：用海砂作骨料，用廢棄混凝土再生骨料，利用尾礦制作骨料，人造骨料等．若從低碳混凝土角度來看，在新型骨料資源的產(chǎn)業(yè)化和市場化過程中，尚存在著一些難題，如成本、價格以及制度等．因此要在建立起新型骨料的經(jīng)濟性評價模型和環(huán)境影響分析模型方面進行研究．

1．3 混凝土外加劑

混凝土外加劑選用應(yīng)以改善混凝土的力學(xué)性能、施工性能，提高混凝土的耐久性，減少水泥用量為原則，并且注重混凝土外加劑低碳化生產(chǎn)．以高效減水劑為例：當前國內(nèi)高效減水劑以萘系為主，而萘系高效減水劑含有有毒物質(zhì)，低碳化的減水劑的應(yīng)用首先必須具備性能、價格優(yōu)勢，除了聚羧酸系高效減水劑外，其它非萘系高效減水劑的合成都涉及到甲醛等有害物質(zhì)的使用，因此對現(xiàn)有的聚羧酸系高效減水劑的改性是實施高效減水劑低碳化所面臨的長期而艱巨的挑戰(zhàn)［3－4］．

1．4 礦物摻合料

眾所周知，礦物摻合料是高性能混凝土的重要組成部分，大摻量粉煤灰和礦渣粉作為水泥替代材料，滿足了發(fā)展中國家建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，是生產(chǎn)低碳混凝土的有效措施．問題是粉煤灰和礦渣粉分別作為燃煤電廠和鋼鐵廠的廢渣，其本身尚需耗能而產(chǎn)生，而且目前也面臨來源短缺的問題．因此探索新型低碳礦物摻合料已成為高性能混凝土研究的課題．

2 低碳混凝土的生產(chǎn)及產(chǎn)品多元化

建立環(huán)境友好型的混凝土攪拌站，如對攪拌樓的生產(chǎn)線應(yīng)設(shè)計成無噪聲無粉塵，設(shè)置隔聲墻板、添加先進的收塵裝置，料場的堆放應(yīng)實行封閉化，水循環(huán)利用及雨水收集系統(tǒng)、生產(chǎn)基地美化建設(shè)．從原材料選用、進場質(zhì)量控制、材料消耗控制、生產(chǎn)過程廢棄物回收利用等全過程實行嚴格管理，盡可能實現(xiàn)混凝土生產(chǎn)過程“零排放”．開發(fā)低碳混凝土產(chǎn)品，應(yīng)重點研發(fā)高性能混凝土、自密實混凝土、高強混凝土、輕集料混凝土、清水混凝土、重晶石防輻射混凝土等符合低碳混凝土概念的產(chǎn)品．

3 低碳混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

3．1 安全性

混凝土的安全性低碳設(shè)計，應(yīng)結(jié)合實際情況做到有必要的安全即可，不應(yīng)盲目追求高儲備，避免造成不必要的資源浪費．結(jié)構(gòu)安全控制是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，安全控制要有層次，僅依靠標準規(guī)范是不夠的，結(jié)構(gòu)的可靠指標具有不確定性，恰如其分地用好這一指標是做好結(jié)構(gòu)安全控制的關(guān)鍵［5］．

3．2 適用性

混凝土設(shè)計應(yīng)考慮不同的用途，設(shè)計時應(yīng)有所偏重．現(xiàn)在混凝土大多作為受壓材料使用，應(yīng)充分考慮其受壓性能．還有很多特殊用途的混凝土，在設(shè)計時更應(yīng)注意其適用性，根據(jù)其功能要求有所側(cè)重，如生物相容型生態(tài)混凝土，功能是與動、植物等生物和諧共存的混凝土，但這類混凝土不呈強堿性，不能有效保護鋼筋不被腐蝕的作用，對于結(jié)構(gòu)物的鋼筋混凝土來說是不利的．

3．3 耐久性

基于結(jié)構(gòu)生命周期成本理論（Theory of Structural Life－Cycle Cost，SLCC）的綠色設(shè)計（Green Design），是混凝土結(jié)構(gòu)“綠色耐久性”得以實現(xiàn)的最佳方法．將此種設(shè)計方法命名為GDSLCC，GDSLCC的設(shè)計思路為［6］：以SLCC理論為依據(jù)，以結(jié)構(gòu)的環(huán)境屬性（可回收性、可拆卸性、可維護性、可重復(fù)利用性等）為核心，將全生命周期成本最優(yōu)看作約束條件，在此基礎(chǔ)上保證結(jié)構(gòu)應(yīng)有的功能、質(zhì)量、生命等不會因此而降低．

3．4 經(jīng)濟性

經(jīng)濟性要以滿足前三者為前提，考慮與混凝土有關(guān)的各項經(jīng)濟指標，用耐久性高的高性能混凝土，結(jié)構(gòu)造價降低，如摻入低碳礦物摻合料和高效減水劑，可以節(jié)省大量水泥，從而降低混凝土材料成本．

3．5 生態(tài)性

低碳設(shè)計要考慮的一個主要問題，隨著社會的發(fā)展，低碳技術(shù)越來越顯示出其重要性．生態(tài)氣候的建筑設(shè)計根植于地方氣候與自然環(huán)境，實現(xiàn)環(huán)保、低碳而節(jié)能．生態(tài)氣候的建筑設(shè)計應(yīng)通過規(guī)劃與設(shè)計手段，駕馭有利的氣候資源與自然地形，避免不利氣候影響，采取適宜技術(shù)，使得建筑室內(nèi)熱環(huán)境冬暖夏涼，生態(tài)節(jié)能，建筑布局與空間形態(tài)、熱緩沖空間、通風(fēng)防風(fēng)、體型選擇、節(jié)能構(gòu)造等適應(yīng)地方氣候．

4 混凝土的低碳化施工

混凝土的施工階段是規(guī)劃、設(shè)計的實現(xiàn)過程，在這個過程中會改變自然環(huán)境，消耗自然資源，同時也影響著建筑在使用、維護和拆除過程中的節(jié)能效果．因此混凝土的低碳化施工應(yīng)實施“綠色”施工，建質(zhì)［2007］223號《綠色施工導(dǎo)則》（以下簡稱《導(dǎo)則》）已于2007年9月發(fā)布．《導(dǎo)則》1．3中對綠色施工定義為：綠色施工是指工程建設(shè)中，在保證質(zhì)量、安全等基本要求的前提下，通過科學(xué)管理和技術(shù)進步，最大限度地節(jié)約資源與減少對環(huán)境負面影響的施工活動，實現(xiàn)四節(jié)－環(huán)保（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護）．《綠色施工導(dǎo)則》雖然還未形成對綠色建筑的評估與認證的指導(dǎo)意義，但是它的頒布使得在施工階段貫徹可持續(xù)發(fā)展的理念得到了有力支持．綠色施工中的節(jié)能措施，包含機械設(shè)備和機具節(jié)能措施，施工用材節(jié)能措施，現(xiàn)場辦公生活節(jié)能措施和施工組織節(jié)能措施．在整個施工過程中盡量減少資源消耗、環(huán)境負荷，提高能源和資源使用效率，實現(xiàn)低碳化．

5 混凝土的低碳化使用及回收利用

混凝土最終是要融入到建筑物、構(gòu)筑物中，對用戶應(yīng)提供用戶注意產(chǎn)品使用事項，只有這樣，才會引起全社會對自己居住環(huán)境的關(guān)注與重視，才會了解材料和與之形成的結(jié)構(gòu)，提高建筑物、構(gòu)筑物的耐久性，減少一些不必要的生命財產(chǎn)安全事故．除此之外，對于如何及時了解這些現(xiàn)有建筑物的耐久性狀況、為此類結(jié)構(gòu)物在耐久性損傷發(fā)展前提供針對性的養(yǎng)護及維修方案是當前熱點研究問題［7］．

發(fā)展再生混凝土是廢棄混凝土回收利用的有效途徑，再生混凝土技術(shù)不但可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，而且能夠保護環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，具有明顯的社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益，對于構(gòu)建節(jié)約型社會具有重要意義．再生混凝土的發(fā)展方向應(yīng)是低碳高性能再生混凝土，應(yīng)著力于解決兩個問題［8］：其一為經(jīng)濟合理的高品質(zhì)再生骨料生產(chǎn)工藝；其二是在結(jié)構(gòu)全壽命周期成本（SLCC）理念下，GHPRC基于結(jié)構(gòu)性能與環(huán)境性能的設(shè)計方法．

6 結(jié) 語

低碳混凝土作為一種新型綠色高性能混凝土，利用工業(yè)副產(chǎn)品，保護環(huán)境，順應(yīng)全球低碳經(jīng)濟的趨勢，其社會效益和經(jīng)濟效益是十分可觀的．我國是水泥、混凝土生產(chǎn)和應(yīng)用大國，發(fā)展低碳高性能混凝土、促進其產(chǎn)業(yè)化進程是可持續(xù)發(fā)展的需要，同時也是符合國家產(chǎn)業(yè)政策、利國利民的一項重要舉措．

政府應(yīng)鼓勵研發(fā)和大力推廣應(yīng)用低碳混凝土，對應(yīng)用低碳混凝土存在的問題，不斷地進行研究并盡快予以解決．低碳混凝土的發(fā)展，對提高混凝土生產(chǎn)與施工企業(yè)生產(chǎn)水平，優(yōu)化混凝土產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、節(jié)能降耗、實現(xiàn)混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展有重要意義．

［1］楊南如．以C2S為主要礦物組成的低碳水泥初探［J］．水泥技術(shù)，2010（4）：20－25．

［2］蘭明章，王建成，崔素萍，王亞麗．助磨劑組分與水泥超塑化劑適應(yīng)性的初步探討［J］．水泥技術(shù)，2006（3）：30－32．

［3］王玲，田培，白杰，高春勇．我國混凝土減水劑的現(xiàn)狀及未來［J］．混凝土與水泥制品，2008（5）：1－7．

［4］夏藝，巨克成，甄鍵，等．聚羧酸系高效減水劑在南水北調(diào)保定漕河段工程中的應(yīng)用［J］．混凝土，2006，（8）：80－87．

［5］林志伸．關(guān)于結(jié)構(gòu)安全控制的層次和指標的幾個問題［C］／／工程安全及耐久性——中國土木工程學(xué)會第九屆年會論文集．北京：中國水利水電出版社，2000：35－38．

［6］林茂，朱平華．混凝土結(jié)構(gòu)的綠色耐久性［J］．混凝土，2006（12）：39－42．

［7］陳肇元，廉慧珍，洪乃豐，等．混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004．

［8］朱平華，王欣，周軍，等．再生骨料混凝土研究主要進展與發(fā)展趨勢［J］．混凝土，2009（5）：90－94．

Reflection the problems of low carbon concrete

LIN Yuan－h(huán)uang，PENG Chun－yuan，WEI Hong，XU Xian－jian，HAN Ying－zhong
（College of Civil Engineering，Guangzhou university，Guangzhou 510006，China）

From the low carbon analysis of concrete material selection，this paper presented a way of low carbon concrete production and product diversification，and illustrated the concrete structure design requirements．At the same time，this paper summarized potential function of the Low－carbon concrete in the construction，using and recycling of the concrete for Low－carbon，provided a new thinking for developing low－carbon concrete and implemented the state policy of energy savings and pollutant reductions．

low－carbon concrete；materials；energy savings and pollutant reductions

TU528．01

A

1673－9981（2010）04－0618－04

2010－11－02

廣東省2010年科技計劃項目（2010A080406003）

林遠煌，（1985—），男，福建漳平人，碩士研究生．