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    全國政協委員、武漢理工大學材料學科首席教授胡曙光——混凝土碳減排技術路徑
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    全國政協委員、武漢理工大學材料學科首席教授胡曙光——混凝土碳減排技術路徑

    • 分類:行業資訊
    • 作者:
    • 來源:《中國建材報》
    • 發布時間:2022-03-23 09:20
    • 訪問量:

    全國政協委員、武漢理工大學材料學科首席教授胡曙光——混凝土碳減排技術路徑

    【概要描述】

    • 分類:行業資訊
    • 作者:
    • 來源:《中國建材報》
    • 發布時間:2022-03-23 09:20
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    (本文根據嘉賓在3月15日舉辦的建材建筑協同碳達峰研討會上的發言整理)

          “雙碳”已成為國家戰略的發展目標。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。

     

          本次研討會的主題是“建材建筑協同碳達峰”,把建材和建筑這兩者聯系起來是非常好的立意。建材與建筑雖分屬于不同的領域,但它們具有緊密的相關性。從建筑物全生命周期的碳足跡來看(此處不包含以建筑非結構性使用功能為主的碳排放,比如供暖和空調系統耗能所產生的碳排放),建筑材料自身帶有,生產過程產生,材料的組成、結構與性能,建筑物的使用質量等相互銜接、密不可分,并形成目標產品的總碳排放量和評價。因此,創建最優化系統性的建材建筑低碳設計方法及其評估評價體系,選用統籌協調的碳減排技術方案,將會獲得最佳碳減排績效。

     

     

         在建材行業中,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CO?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

     

         首先,我們給出“低碳混凝土技術”的定義,它是指在混凝土生產、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是從哪來的。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和生產技術應用的發展方向,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將此作為主攻方向,在國家相關部門爭取到各類研發項目,并與生產企業聯合攻關,取得一些理論創新和技術應用的成果,主要包括:

     

        (1)創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,研發與之相適應的燒成裝備改進和系統穩控生產技術,開發非化石替代燃料實用技術。此項目與華新水泥等合作。

     

        (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CO?富集濃度,以便于收集利用。此項目與海螺水泥等合作。

     

        (3)創新CO?吸收礦化新材料體系理論,研發基于此的低碳礦物和碳礦化材料制品與結構,開發碳酸鈣新材料體系,這是一項變革性的水泥碳減排技術。此項目與京博集團和中建材集團等合作。

     

        (4)系統研發和加大工業固廢在水泥生產和混凝土工程中的應用,創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,開發非碳鈣質固廢作為水泥原料利用技術。此項目與武鋼、魚峰水泥、華潤水泥、中建三局、西部建設、中鐵大橋局集團、中交二航局集團等眾多材料生產和建筑工程建設企業合作。

     

    低碳混凝土的技術路線和研發應用

     

         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)多用礦物摻和料替代水泥;(2)采用工業固廢、尾礦、建筑垃圾替代骨料等原料;(3)采用可循環設計混凝土材料體系;(4)充分發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CO?排放量約為750kg/t.c,采用礦物摻和料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)研發應用最優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。

     

         比如說,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和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工作,開發綠色低碳先進水泥生產技術,開展混凝土可循環設計與制備技術,新型復合結構混凝土技術,實現節約資源和減少碳排放的目的。

     

     

          5.加快推進水泥行業納入全國碳排放注冊登記和交易系統,以創造更好的工作條件,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展領域,助推建材建筑行業碳減排。

     

     

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