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中国混凝土与水泥制品协会:混凝土碳减排技术路径!

发布时间:2022-03-24    字号:【

  

  

  

  

  “双碳”已成为国家战略的发展目标。以水泥混凝土为代表的建筑材料作为世界上最大宗的人工制备材料,在为人类社会发展作出重要贡献的同时,也产生了巨量碳排放污染的问题。如何科学研发和有效应用碳减排技术,是大家当前面临的一项紧迫而艰巨的任务。

  在建材行业中,水泥生产提供了80%以上的碳排量,而水泥碳排放又转手带给了混凝土。据统计,水泥CO?排放量占到总排放量的14.5%以上。因此低碳混凝土技术的研发和应用,对“双碳”目标的实现具有举足轻重的作用。

  低碳混凝土技术的概念

  首先,大家给出“低碳混凝土技术”的定义,它是指在混凝土生产、使用过程中,采用新的技术方法与已有通用技术相比,能够直接或间接降低碳排放的技术。其次,大家要知道混凝土的碳排放是从哪来的。研究表明,从生产的角度,混凝土的碳排放包括:原材料生产燃料动力带入、混凝土生产过程动力产生、混凝土运输过程燃油产生。研究显示,混凝土碳排放量的90%以上来自于原料带入,主要是水泥。从使用的角度,混凝土的质量决定其使用效能和寿命,建筑产品和工程的使用周期越长,其碳排量的单位分摊则越低。

  低碳水泥技术的研发与应用

  混凝土碳排量的90%以上来源于水泥,这说明低碳水泥对于建筑碳减排的极端重要性。水泥工业已开展了卓有成效的碳减排工作,并初步形成低碳水泥技术研发和生产技术应用的发展方向,提出了完成“双碳”任务的时间表和路线图。近几年,武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室将此作为主攻方向,在国家相关部门争取到各类研发项目,并与生产企业联合攻关,取得一些理论创新和技术应用的成果,主要包括:

  1)创新基于大替代量非化石燃料和非碳钙质原料的水泥熟料烧成理论,研发与之相适应的烧成装备改进和系统稳控生产技术,开发非化石替代燃料实用技术。此项目与华新水泥等合作。

  2)开展水泥富氧燃烧技术中试,提高燃料的有效燃烧率,提高CO?富集浓度,以便于收集利用。此项目与海螺水泥等合作。

  3)创新CO?吸取矿化新材料体系理论,研发基于此的低碳矿物和碳矿化材料制品与结构,开发碳酸钙新材料体系,这是一项变革性的水泥碳减排技术。此项目与京博集团和中建材集团等合作。

  4)系统研发和加大工业固废在水泥生产和混凝土工程中的应用,创新固废粉体多重活化和多元复合理论与技术,提高固废的水化胶凝活性,增加混合材与矿物掺和料的掺用量,减少水泥熟料用量,开发非碳钙质固废作为水泥原料利用技术。此项目与武钢、鱼峰水泥、华润水泥、中建三局、西部建设、中铁大桥局集团、中交二航局集团等众多材料生产和建筑工程建设企业合作。

  低碳混凝土的技术路线和研发应用

  基于混凝土碳排放的构成,混凝土的碳减排技术路线应该很清晰,一是在混凝土中少用水泥,直接减少碳排放;二是提高混凝土的质量,使其具有好的性能和长寿命,间接减少碳排放。

  1.混凝土中少用水泥技术

  混凝土中少用水泥技术主要包括:(1)多用矿物掺和料替代水泥;(2)采用工业固废、尾矿、建筑垃圾替代骨料等原料;(3)采用可循环设计混凝土材料体系;(4)充分发挥胶凝材料的水化胶凝活性。

  举例:C30混凝土配方常用P.O42.5水泥量为350kg/m?P.O42.5水泥的CO?排放量约为750kg/t.c,采用矿物掺和料150kg/m?的替代水泥的配方,可计算减少碳排量113kg/m?,减少幅度为43%

  2.提高混凝土质量技术

  此处所指为广义混凝土质量,包括混凝土的物理化学性能、力学性能、耐久性和寿命等。提高混凝土质量技术包括:(1)研发应用最优化的混凝土配方设计;(2)形成最佳混凝土结构与性能;(3)采用高技术混凝土(高性能混凝土、超高性能混凝土、复合结构混凝土等)技术。

  比如说,现有混凝土配料设计较粗放,并没有达到原料组成与结构的最优化,一方面造成材料浪费,如普遍存在的多用高碳排放水泥;另一方面混凝土结构较易形成内部孔隙等缺陷,造成耐久性能劣化。又比如,混凝土建筑的使用寿命若从50年提升至100年,则使碳排量减摊一半。

  推进低碳混凝土技术的5点建议

  1.修改、完善现有不利于低碳混凝土的标准规范,如:取消一些对材料用量的非理性限定,降低对一些结构的早期强度不必要的要求等,以合理降低水泥的用量,提高水泥的利用率。又比如,对水泥中混合材和混凝土中掺和料的共同使用混乱问题,应建立更明确清晰的分类与划分标准,以避免混凝土设计时对材料成分不清而造成浪费或影响质量。

  2.研发更为科学合理的混凝土配比设计方法,推进混凝土设计从经验粗放式向智能精准化转变,以提升混凝土颗粒堆积的密实度,减少水泥用量,提高混凝土质量。

  3.将替代原材料、再生混凝土纳入“低碳混凝土”体系,在有关混凝土材料生产碳排放计算和评价方法中予以明确,以鼓励和推进相关碳减排技术的应用。

  4.推进低碳混凝土变革性技术研发工作,开发绿色低碳先进水泥生产技术,开展混凝土可循环设计与制备技术,新型复合结构混凝土技术,实现节约资源和减少碳排放的目的。

  5.加快推进水泥行业纳入全国碳排放注册登记和交易系统,以创造更好的工作条件,有利于增强碳汇,引导资金、技术和人才等资源要素流向绿色低碳发展领域,助推建材建筑行业碳减排。

  

  

  

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