特別策劃：預拌混凝土低碳化

胡曙光（武漢理工大學，教授）

張遂彩（中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專委會主任委員，高工）

“雙碳”已成為國家長期發(fā)展戰(zhàn)略。以水泥混凝土為代表的建筑材料作為世界上最大宗的人工制備材料，在為人類社會發(fā)展作出重要貢獻的同時，也產生了巨量碳排放污染的問題。如何科學研發(fā)和有效應用碳減排技術，是我們當前面臨的一項緊迫而艱巨的任務。

在建材行業(yè)中，水泥生產提供了 80% 以上的碳排量，而水泥碳排放又轉手帶給了混凝土。據統計，混凝CO2排放量占到總排放量的 14.5% 以上。因此低碳混凝土技術的研發(fā)和應用，對“雙碳”目標的實現具有舉足輕重的作用。

低碳混凝土技術的概念

“低碳混凝土技術”是指在混凝土生產、使用過程中，采用新的技術方法與已有通用技術相比，能夠直接或間接降低碳排放的技術。其次，我們要知道混凝土的碳排放的來源。研究表明，從生產的角度，混凝土的碳排放包括：原材料生產燃料動力帶入、混凝土生產過程動力產生、混凝土運輸過程燃油產生。研究顯示，混凝土碳排放量的 90% 以上來自于原料帶入，主要是水泥。從使用的角度，混凝土的質量決定其使用效能和壽命，建筑產品和工程的使用周期越長，其碳排量的單位分攤則越低。

低碳水泥技術的研發(fā)與應用

混凝土碳排量的 90% 以上來源于水泥，這說明低碳水泥對于建筑碳減排的極端重要性。水泥工業(yè)已開展了卓有成效的碳減排工作，并初步形成低碳水泥技術研發(fā)和生產技術應用的發(fā)展方向，提出了完成“雙碳”任務的時間表和路線圖。近幾年，武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室已取得一些理論創(chuàng)新和技術應用的成果，主要包括：

（1）創(chuàng)新基于大替代量非化石燃料和非碳鈣質原料的水泥熟料燒成理論，研發(fā)與之相適應的燒成裝備改進和系統穩(wěn)控生產技術，開發(fā)非化石替代燃料實用技術。

（2）開展水泥富氧燃燒技術中試，提高燃料的有效燃燒率，提高 CO2富集濃度，以便于收集利用。

（3）創(chuàng)新 CO2吸收礦化新材料體系理論，研發(fā)基于此的低碳礦物和碳礦化材料制品與結構，開發(fā)碳酸鈣新材料體系，這是一項變革性的水泥碳減排技術。

（4）系統研發(fā)和加大工業(yè)固廢在水泥生產和混凝土工程中的應用，創(chuàng)新固廢粉體多重活化和多元復合理論與技術，提高固廢的水化膠凝活性，增加混合材與礦物摻和料的摻用量，減少水泥熟料用量，開發(fā)非碳鈣質固廢作為水泥原料利用技術。

低碳混凝土的技術路線和研發(fā)應用

基于混凝土碳排放的構成，混凝土的碳減排技術路線應該很清晰，一是在混凝土中少用水泥，直接減少碳排放；二是提高混凝土的質量，使其具有好的性能和長壽命，間接減少碳排放。

1 混凝土中少用水泥技術

混凝土中少用水泥技術主要包括：（1）多用礦物摻合料替代水泥；（2）采用工業(yè)固廢、尾礦、建筑垃圾替代骨料等原料；（3）采用可循環(huán)設計混凝土材料體系；（4）充分發(fā)揮膠凝材料的水化膠凝活性。

舉例：C30 混凝土配方常用 P·O42.5 水泥量為350kg/m3，P·O42.5 水泥的 CO2排放量約為 750kg/t.c，采用礦物摻合料 150kg/m3的替代水泥的配方，可計算減少碳排量 113kg/m3，減少幅度為 43%。

2 提高混凝土質量技術

此處所指為廣義混凝土質量，包括混凝土的物理化學性能、力學性能、耐久性和壽命等。提高混凝土質量技術包括：（1）研發(fā)應用最優(yōu)化的混凝土配方設計；（2）形成最佳混凝土結構與性能；（3）采用高技術混凝土（高性能混凝土、超高性能混凝土、復合結構混凝土等）技術。

比如，現有混凝土配料設計較粗放，并沒有達到原料組成與結構的最優(yōu)化，一方面造成材料浪費，如普遍存在的多用高碳排放水泥；另一方面混凝土結構較易形成內部孔隙等缺陷，造成耐久性能劣化。又比如，混凝土建筑的使用壽命若從 50 年提升至 100 年，則使碳排量減攤一半。

推進低碳混凝土技術的 5 點建議

（1）修改、完善現有不利于低碳混凝土的標準規(guī)范，如：取消一些對材料用量的非理性限定，降低對一些結構的早期強度不必要的要求等，以合理降低水泥的用量，提高水泥的利用率。又比如，對水泥中混合材和混凝土中摻合料的共同使用混亂問題，應建立更明確清晰的分類與劃分標準，以避免混凝土設計時對材料成分不清而造成浪費或影響質量。

（2）研發(fā)更為科學合理的混凝土配比設計方法，推進混凝土設計從經驗粗放式向智能精準化轉變，以提升混凝土顆粒堆積的密實度，減少水泥用量，提高混凝土質量。

（3）將替代原材料、再生混凝土納入“低碳混凝土”體系，在有關混凝土材料生產碳排放計算和評價方法中予以明確，以鼓勵和推進相關碳減排技術的應用。

（4）推進低碳混凝土變革性技術研發(fā)工作，開發(fā)綠色低碳先進水泥生產技術，開展混凝土可循環(huán)設計與制備技術，新型復合結構混凝土技術，實現節(jié)約資源和減少碳排放的目的。

（5）加快推進水泥行業(yè)納入全國碳排放注冊登記和交易系統，以創(chuàng)造更好的工作條件，有利于增強碳匯，引導資金、技術和人才等資源要素流向綠色低碳發(fā)展領域，助推建材建筑行業(yè)碳減排。

作為預拌混凝土企業(yè)，首先要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，堅定不移貫徹創(chuàng)新、協調、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，堅持綠色低碳，聚焦科技發(fā)展前沿及市場發(fā)展需求，積極參與和推動行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，強化企業(yè)創(chuàng)新主體，主動拓展市場需求，積極推廣和應用綠色低碳混凝土。

具體可以在以下方面多下功夫：

（1）混凝土原材料、摻合料等方面：

1）開發(fā)和使用不同品位原材料，實現骨料最大密度和最小空隙率，通過有效降低膠凝材料用量，生產低碳混凝土。

2）精心設計混凝土配合比，根據所做工程項目中混凝土不同的服役環(huán)境，按照國家、行業(yè)、地方現行標準規(guī)范的要求，用好、用足礦物摻合料，生產制造低碳混凝土。

（2）開發(fā)利用再生骨料。通過固廢深加工利用，提升固廢作為骨料在混凝土中的應用，生產再生混凝土。

（3）推廣應用性能調節(jié)型材料，生產功能混凝土。開發(fā)和應用具有環(huán)保、保溫、功能材料載體，生產輕骨料保溫混凝土、透水混凝土、生態(tài)植被混凝土等。

（4）推廣應用預制構件。

以設計為引領，開發(fā)可拆卸、可多次重復使用、高性能和超高性能預制混凝土建筑制品和工程構件，進一步提升混凝土對裝配式建筑工程綠色低碳的貢獻。

（5）在企業(yè)內部進行精細化管理，通過加快推進管理信息化、生產智能化，通過再造生產和業(yè)務流程，延伸產業(yè)鏈，推動企業(yè)從單一的預拌混凝土產品向預拌砂漿、預制混凝土產品制造等產品生產銷售，向材料與工程設計、產品定制、柔性生產制造、施工技術服務等一體的集成服務商和方案解決者轉型發(fā)展，實現質量、效率和效益的全面提升。

綜上所述，為推動低碳混凝土的發(fā)展，則需要水泥行業(yè)生產低碳水泥，預拌混凝土企業(yè)使用低碳膠凝材料、優(yōu)良的外加劑、用完全符合現行標準的固廢替代砂石等，來生產低碳混凝土，在工程上使用好低碳混凝土，從而提高混凝土的耐久性、延長建筑物的使用壽命，達到長久的降碳目的。