混凝土低碳化哪个环节最关键？
混凝土 中国建材报 2021-11-23
近期，国务院发布了《2030年前碳达峰行动方案》（国发〔2021〕23号），在“推动建材行业碳达峰”章节，明确指出要“加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材产品研发应用”。这是“低碳混凝土”概念首次出现在国务院颁发的重磅文件之中，意味着低碳混凝土在实现“双碳”目标的进程中，将承载起更多责任。
在日前由中国混凝土与水泥制品协会预拌混凝土分会与国建联信认证中心共同组织的“低碳混凝土”专家座谈会上，专家们围绕“新型胶凝材料”和“低碳混凝土”的定义、技术要求和其研发与应用等进行了探讨，为混凝土走向低碳化凝聚了共识。
胶凝材料或成混凝土低碳化重点
“关于低碳混凝土，从对国务院的文件理解，有两个重要的维度。一是从量的角度，需要降低混凝土的用量。二是从质的角度，需要用先进的新技术来推动混凝土的进步与发展。”同济大学教授蒋正武表示，低碳混凝土目前还没有确切的定义，应对混凝土从生产、应用到全生命周期过程的碳排放进行考量。
那么，混凝土走向低碳哪个环节最重要？
针对这一问题，蒋正武认为，重点在胶凝材料即水泥。使用低碳胶凝材料，就是在直接减碳，但在追求混凝土低碳技术的同时，行业企业不应忽略混凝土工作性、力学性能、耐久性等基本技术性能，否则就得不偿失了。另外，用固废代替骨料，加强循环利用，也是混凝土低碳的体现。
“混凝土拥有很强的环保性与经济性，从住房、基建到交通、基础设施，都离不开混凝土，这点必须高度肯定。但混凝土中水泥用量不低，推动水泥朝着低碳的方向发展已经成为共识。”中国矿业大学（北京）教授王栋民指出，在未来的水泥中，碱激发胶凝材料正在成为全球行业热点，因此更倾心于从耐久性的角度去思考低碳混凝土，用低碳胶凝材料、优良的外加剂、用完全符合标准的固废替代砂石等来打造低碳混凝土的耐久性，从延伸建筑的寿命来长久降碳。
而华润水泥技术研发中心碳中和技术研发负责人张宾则认为，若要实现混凝土的碳中和，从碳利用的角度可以考虑利用混凝土矿化吸收二氧化碳，这是二氧化碳利用的有效方式之一。从水泥的低碳化角度来看，新型胶凝材料其实就是低碳胶凝材料。低碳胶凝材料从产品端大体上可以分为两类：一是低熟料水泥，二是低钙水泥。对于低熟料水泥来说，需合理地使用矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料。从全国来看，高炉矿渣目前几乎100%被利用，粉煤灰利用率大约70%，而钢渣、建筑垃圾等的使用率较低。因此，要根据当地资源情况合理发展低熟料水泥。
应更多关注碳足迹计算
“到2030年实现碳达峰的目标时间紧任务重，这需要成熟的、可大批量使用的技术。而对于低碳混凝土来说，首先要计算碳足迹。”清华大学教授阎培渝说，“从世界范围来看，目前预分解煅烧生产水泥熟料的碳排放水平都比较接近。我国各大型企业生产水泥的热耗与能耗相差不多，但是不同的水泥如P.II硅酸盐水泥、P.O普通硅酸盐水泥的碳足迹有较明显的差异，需要认真计算。在计算中，我们需要知道水泥的混合材种类和掺量，但是这个数据很难拿到。混凝土的组分更复杂，碳足迹的准确计算更难。另外还需界定低碳混凝土、低碳胶凝材料如何发展。”
关于碱激发胶凝材料，虽然生产过程中不需高温煅烧，但它需要化学工业产品做激发剂，其生产过程也耗费能源资源，综合能耗不一定比水泥生产用得少。对此，阎培渝表示，作为碱激发胶凝材料的主要原料，无论粉煤灰还是矿渣，都可以直接用于替代水泥配制混凝土，成为紧俏的宝贵资源。因此，碱激发胶凝材料能否成为可大量生产与使用的新型胶凝材料，还需要慎重考虑。
谈到低碳混凝土，国建联信认证中心副总经理尹靖宇则认为，首先要明确混凝土碳足迹的量化基础。她表示，国际通行的产品碳足迹核算包含3个范围，一是企业自身生产厂界范围内直接产生的碳排放；二是外购电力与热力等能源的间接碳排放；三是产品原材料获取、产品使用及报废、拆除和再利用阶段的碳排放。国际通行的碳足迹评价标准是ISO14067《温室气体－产品碳足迹－量化要求和指南》，相应国家标准正在转化中。具体到混凝土产品的碳足迹，包含了混凝土所用原材料的蕴含碳足迹（尤其是水泥带入的碳足迹）、混凝土生产、运输的碳足迹，以及混凝土在建筑使用及报废拆除再利用阶段的碳足迹，甚至包含碳化过程的碳清除。
中建西部建设新材料科技有限公司教授级高级工程师齐广华表示，在欧洲当时有些是采用欧洲标准做默认值，对预拌混凝土碳足迹边界测试过两种方式，即从“摇篮到大门”（出厂前）和从“摇篮到交付”（入泵前），其中交付运输的碳足迹约为10kgCO2/m⊃3;至11kgCO2/m⊃3;（取决于搅拌站的辐射半径），约占混凝土碳足迹的5.5%左右。而预拌混凝土企业对碳足迹可控的是原材料的选择、配合比，交付与运输可控的只是运输车辆的能源形式，柴油车或新能源车运输距离的选择性有限，目前新能源混凝土搅拌车已经走入混凝土公司，西部建设也已经在使用，因此在当前形势下，将预拌混凝土碳足迹的边界界定在从“摇篮到入泵”更为现实。
废弃物应用领域需继续开拓
“当前水泥生产已经有了新的发展方向和生产技术，如生态水泥可利用城市废弃物和工业固废等，这从环保的角度来看已经赋予水泥成为新型胶凝材料特性。我认为更重要的是开拓这些废弃物在城市配套建设中的应用领域。”北京工业大学教授龚先政说。
在实施方面，龚先政表示，当前在开拓废弃物在城市配套建设中的应用领域方面，还存在许多问题值得研究和需要解决，如污泥处理方式、在水泥生产应用中前端预处理的烘干等。关于低碳混凝土，混凝土中水泥的应用量很大，混凝土碳排放绝大部分来自水泥，混凝土种类多、用途广、气候差异大，如何准确地核算其碳足迹？计算的依据是什么？计算边界如何划分？计算全生命周期怎么解决？混凝土利用粉煤灰等废弃物的碳排放、利用废弃物制备外加剂等碳排放更复杂，计算如何确定？这些都是亟待解决的问题。
谈到我国水泥与混凝土的低碳达标，利勃海尔（中国）有限公司战略及公共关系经理张伟宏同样认为，目前最大的想象空间是能源替代和材料替代。
到2030年水泥混凝土行业要实现碳排放骤降的话，必须有替代物；2060年实现零碳，就需要有碳捕捉和电力实现零碳供应。水泥的替代物主要应用在熟料烧结低温原材料替代和在混凝土中增加掺合料。特别需要强调的是，在生产低碳混凝土的过程中，针对水泥减量，并不意味着降低品质为代价，需要研究混凝土更多更佳的骨料级配，粉末更细的粉料配比，以及更加优秀的均匀搅拌，这样的混凝土往往可以减少用水量，提高混凝土耐久性能。
而哈尔滨工业大学教授周春圣则表示，混凝土可以从空气中收集碳，废旧混凝土做再生骨料就是在做碳捕捉，形成碳循环。而要实现这一目标，需要新技术的开发，混凝土在这方面有优势，我们还有很长的路要走。
《2030年前碳达峰行动方案》明确提出，到2025年，非化石能源消费比重达到20%左右，单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%，单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%，为实现碳达峰奠定坚实基础。到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，顺利实现2030年前碳达峰目标。目标在前，混凝土走向低碳需要做的工作还有很多很多，在这个过程中，可以说每个环节都非常关键。但无论以何种形势实施，保证混凝土耐久性一定是首要前提。
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