聶法智

（北京新航集團，北京 100190）

1 混凝土行業(yè)低碳化發(fā)展的必要性

為了應(yīng)對氣候變化給人類生存環(huán)境帶來的巨大挑戰(zhàn), 低碳經(jīng)濟的概念應(yīng)運而生。英國政府在2003 年的能源白皮書《我們能源之未來: 創(chuàng)建低碳經(jīng)濟》中，首次提出了“低碳經(jīng)濟” ( low carbon economy) 的概念。“低碳經(jīng)濟”提出的大背景，是全球氣候變暖對人類生存和發(fā)展的嚴峻挑戰(zhàn)。

中國作為發(fā)展中國家，盡管發(fā)展經(jīng)濟依然是我們的主題，但在全球氣候變暖的大背景下，也要主動承擔節(jié)能減排的國際責任。在全球矚目的哥本哈根會議前，中國政府提出我國控制溫室氣體排放行動目標，2020 年單位GDP 碳排放降40%～50%的目標。減少排放、保護環(huán)境是以人為本發(fā)展理念的基本要求，是我們可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在需求。從下圖中可以看出中國遠高于平均水平，而且碳密度位居前列（碳密度：百萬噸能源消費排放的CO2/1000 美元GDP）。從發(fā)展趨勢看，未來20～50 年間，中國需在工業(yè)化發(fā)展和溫室氣體排放之間進行平衡。努力走出一條低消耗、低排放、高效益、高產(chǎn)出的新型工業(yè)化道路，力求實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和保護環(huán)境“雙贏”的目標，將是我國對世界可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對氣候變化的一大貢獻。節(jié)能減排是我國調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的一個突破口，是使中國的GDP 更為綠色、更為可持續(xù)發(fā)展的一個契機。

隨著我國經(jīng)濟的快速增長以及城鎮(zhèn)的快速發(fā)展，混凝土原材料的使用量也在逐漸增加。目前我國傳統(tǒng)水泥屬于高排放、高能耗、高污染產(chǎn)業(yè)，更屬于“高碳排放”模式。在水泥的生產(chǎn)、流通、使用過程中存在許多“高碳排放”行為，如：我國水泥生產(chǎn)是以煤為主要能源結(jié)構(gòu)。按照我國現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)工藝水平計算，每生產(chǎn)或使用1t 水泥，平均綜合能耗約120kg 標準煤，向大氣排放CO2氣體接近 0.75t，還有其他的SO2酸性氣體和NOX氮氧化物等有害氣體或致癌物氣體及水泥粉塵。據(jù)統(tǒng)計，2010 年我國水泥產(chǎn)量為18.68 億t，按照上述水泥單位產(chǎn)量綜合能耗和廢氣排放量計算，全國水泥業(yè)共耗標準煤2.24 億噸，排放CO2氣體14.0 億t。

對于混凝土企業(yè)而言，在低碳經(jīng)濟的大環(huán)境下，發(fā)展低碳混凝土，建設(shè)低碳混凝土工程，符合科學(xué)發(fā)展觀的思路，也符合當今建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的內(nèi)在要求。低碳經(jīng)濟中的低碳標準既要符合國家的政策，又可操作，能夠使企業(yè)得到很好的發(fā)展，對健康的好企業(yè)也能起到真正的支持作用。

減少混凝土中碳排放量，“低碳混凝土”概念正當適用，對原材料的綜合利用以及對廢棄材料的再生利用，這一切不僅能夠為“低碳”助力，更是體現(xiàn)低碳經(jīng)濟中十分明顯的環(huán)保意義，而低碳經(jīng)濟能否帶動“混凝土行業(yè)低碳化”的發(fā)展也只是時間問題。

2 混凝土行業(yè)低碳化的指導(dǎo)思想

在低碳經(jīng)濟的要求下，混凝土行業(yè)的低碳化發(fā)展，建設(shè)低碳混凝土企業(yè)，要以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，以建設(shè)“兩型企業(yè)”為契機，一是著眼于在“源”上的替代、減少和提高效率，即低碳混凝土；二是著眼于在“匯”處的吸收，即吸收CO2。其中，最積極的方法是減少輸入端的高碳能耗，這需要把重點放在實現(xiàn)低碳導(dǎo)向的生產(chǎn)模式、新型現(xiàn)代化低碳混凝土產(chǎn)品以及具有整合作用的新型低碳混凝土發(fā)展道路。不斷開發(fā)低碳混凝土和智能混凝土及特殊功能混凝土，拓展低碳混凝土應(yīng)用領(lǐng)域。利用信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，獲得數(shù)據(jù)，提高效率，產(chǎn)業(yè)規(guī)劃！

3 綠色高性能混凝土是混凝土行業(yè)低碳化最主要的發(fā)展方向

“綠色高性能混凝土”（GHPC)已不屬于新生詞匯，但是在“低碳經(jīng)濟”效應(yīng)中所衍生的“低碳混凝土”似乎已經(jīng)又看到了新生的曙光。因為同屬于環(huán)保、節(jié)能范疇中的“低碳混凝土”與“綠色混凝土”在某些地方仍存在著一些交叉，而這些交叉點也將會成為“綠色混凝土”未來發(fā)展的支撐點。

目前，我國單位GDP 能耗為美國的4.3 倍、日本的11.5 倍。我國規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域的高能耗現(xiàn)象也相當嚴重，研究表明，目前建筑能耗已占到我國總能耗的27.5%。建筑業(yè)的高能耗貫穿建筑材料生產(chǎn)、施工及后期運行、拆除等各階段。具體表現(xiàn)為：傳統(tǒng)的建筑施工模式產(chǎn)生大量的能耗浪費，包括水、混凝土、鋼材等；當前絕大部分住宅建筑等都以毛坯房形式交付，而后進行二次裝修，這種類似小農(nóng)經(jīng)濟的模式造成嚴重的能耗浪費，產(chǎn)生大量的裝修垃圾;大部分建筑在建設(shè)過程中優(yōu)先控制成本，但很少顧及后期運行與維護成本；建筑壽命太短，很多建筑壽命只有20 多年，甚至1980 年代的房子到了1990 年代就拆，1990 年代的房子現(xiàn)在拆的現(xiàn)象比比皆是，造成了巨大的能源、原材料的消耗與浪費。

混凝土作為一種在建筑工程中使用最為廣泛的大宗建筑材料，隨應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，各種特殊工程對其性能的要求在不斷提高。首先強度是表征混凝土最常規(guī)而且也是主要的一項技術(shù)指標，在相當長一段時間內(nèi)混凝土強度直接代表著混凝土發(fā)展的技術(shù)水平。隨高層建筑及大跨度橋梁的不斷建設(shè)與發(fā)展，混凝土必然會向著高強方向發(fā)展。其次，由于施工機械化和生產(chǎn)效率的不斷提高，混凝土的生產(chǎn)已經(jīng)走上了商品化的道路，而且，混凝土的供應(yīng)品種也在不斷增加，如泵送混凝土、水下不分散混凝土、免振搗自密實混凝土等等，這都要求混凝土具有良好的流動性、可泵性、保水性等施工性能。再次，混凝土的耐久性也越來越成為國內(nèi)外混凝土研究人員關(guān)注的熱點，良好的耐久性不僅意味著混凝土結(jié)構(gòu)的壽命延長，而且更重要的是其能適應(yīng)各種不同的惡劣環(huán)境，抵御不同侵蝕介質(zhì)的破壞，如在大型水利大壩、海洋鉆油平臺等特殊工程中混凝土的耐久性往往比強度更為重要。另外，為了適應(yīng)新材料的發(fā)展趨勢，人們對混凝土的某些特殊功能提出了要求，如超早強、高耐磨、吸聲等性能。綜上所述，混凝土的發(fā)展必然會走向綠色高性能的發(fā)展道路。當今混凝土的發(fā)展不僅要求其應(yīng)具備足夠的強度、施工性、耐久性等方面的高性能，還應(yīng)具備無毒害的特征，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

最早提出綠色高性能混凝土概念的是吳中偉教授，他認為GHPC 應(yīng)具有以下特征：熟料水泥成分要低，主要膠凝組分應(yīng)是磨細工業(yè)廢渣，以減少熟料水泥生產(chǎn)對環(huán)境的污染，磨細工業(yè)廢渣的摻量要盡量的多；充分發(fā)揮混凝土高性能的優(yōu)勢，以減少水泥和混凝土的用量；GHPC 的應(yīng)用范圍要廣。

綠色環(huán)保是混凝土技術(shù)發(fā)展的主題，同樣低碳混凝土應(yīng)具備的特征是：

（1）節(jié)約資源、能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（2）有利于環(huán)境保護，減少CO2、粉塵的排放，減輕大氣溫室效應(yīng)。

（3）混凝土耐久性能優(yōu)越，提高建筑物的使用壽命，減少直接或間接的維護費用。

（4）組成混凝土的原材料放射性核素比活度滿足要求，游離甲醛、釋放氨含量應(yīng)盡可能的低，滿足對公共及民用建筑舒適、健康、安全的需要。

（5）減少燒結(jié)熟料用量，大量利用粉煤灰、?；郀t礦渣粉以及尾礦粉等工業(yè)廢料。

4 大摻量礦物摻合料混凝土的應(yīng)用是推動混凝土行業(yè)低碳化發(fā)展的主要技術(shù)路線

在低碳混凝土的特征中，以工業(yè)廢渣為主的摻合料的作用體現(xiàn)的非常明顯，這主要是因為礦物摻合料不僅能滿足混凝土高性能的要求，而且更能體現(xiàn)混凝土的低碳特征和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。摻合料在混凝土中的大量應(yīng)用，首先意味著混凝土的生產(chǎn)降低工業(yè)廢渣本身的環(huán)境污染及土地資源浪費；其次減少了膠凝材料中水泥的用量而間接地減少了熟料水泥生產(chǎn)而導(dǎo)致的資源、能源消耗、環(huán)境污染及碳排量；另外在一定程度上提高混凝土的性能，延長混凝土的壽命，減少了維護及重建所需的水泥及混凝土用量，也間接地節(jié)約了資源、能源，降低了環(huán)境污染。從以上三個方面的論述，以工業(yè)廢渣為主要成分的礦物摻合料是符合低碳經(jīng)濟發(fā)展要求的，是低碳混凝土發(fā)展的主要技術(shù)路線，礦物摻合料必將成為極具生命力的混凝土行業(yè)低碳化發(fā)展的必須材料。

摻入活性礦物摻合料后能節(jié)省15%～50%的水泥，從而減少了水泥在生產(chǎn)過程中大量的能源和資源消耗，并減少了溫室氣體、有害氣體及粉塵的排放，提高了居住環(huán)境的舒適度。

更多的摻入粉煤灰和礦粉，可吸納大量的工業(yè)廢料，減少堆放廢料對場地的占用，提高土地利用率，同時保護生態(tài)環(huán)境，有利于可持續(xù)發(fā)展。

改善新拌混凝土的工作性能。粉煤灰具有形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)，混凝土中摻入大量的粉煤灰后，對混凝土拌合物具有一定的塑化和保塑作用，提高了混凝土運送距離，對保持可泵性具有良好的作用。

提高混凝土的力學(xué)性能。就強度而言，粉煤灰的活性要比水泥低，但后期強度會逐漸得到發(fā)揮，具有潛在的后期增強能力，不斷提高構(gòu)件的承載能力；同時，拉壓比的提高，改善了混凝土的脆性，提高了早期抗裂能力。

提高混凝土的耐久性能。摻入以粉煤灰為代表的活性礦物摻合料后，混凝土的密實度增加，水化熱降低，自收縮減少，抗?jié)B性、抗凍性、抗氯離子和硫酸鹽侵蝕能力增強，能夠提高建筑物的使用壽命，減少重建、維護和保養(yǎng)費用，間接效益也十分可觀。

營造良好的居住環(huán)境氛圍。組成混凝土原材料的放射性滿足要求，基本不含游離甲醛和氨類物質(zhì)，能夠為人類提供溫和、舒適、健康的生存環(huán)境，同時為后代留下寶貴的地球家園。

5 尾礦的綜合開發(fā)應(yīng)用是生產(chǎn)低碳混凝土的重要資源支持

尾礦是采礦企業(yè)在一定技術(shù)經(jīng)濟條件下排出的廢棄物，同時又是潛在的二次資源。尾礦的回收利用是礦山實現(xiàn)尾礦資源化、無害化的發(fā)展方向。開發(fā)利用尾礦不僅可以使礦產(chǎn)資源得到充分利用，解決環(huán)境污染問題，還可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)概念的礦山尾礦固體廢料從消極的治理，有可能轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的資源化開發(fā)。

我國大多數(shù)礦山資源的品位較低，在選礦流程中排出大量的尾礦，隨著礦產(chǎn)資源利用程度的提高，礦石的可開采品位相應(yīng)降低，尾礦排出量也在增加。我國2008 年有礦山尾礦庫27000多座,據(jù)中國礦業(yè)聯(lián)合會綠色礦業(yè)辦公室最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,目前我國尾礦堆積量已高達80.51 億t。世界各國每年排出的尾礦量約50 億t，而我國僅2000 年尾礦排放量就達6 億t 左右。目前堆存的廢棄物已達200 億噸之多。而且還在以每年幾億噸的速度增加。目前我國的尾礦綜合利用率僅為8.3%，大量的尾礦只能堆放在尾礦庫或一些自然場地中，如此之多的尾礦不可避免地帶來一系列的問題。

目前我國尾礦的綜合利用主要集中在尾礦再選（從尾礦中回收有價成分）、礦山采空區(qū)的充填、用作建筑材料等方面。建筑行業(yè)為尾礦砂的資源化利用提供了有利條件。近年來大量的研發(fā)工作證實，尾礦還可以作為混合材代替部分水泥熟料、替代混凝土骨料或磨細后作為摻合料制備混凝土；有些尾礦因其化學(xué)成分和礦物組成等特點，具有潛在活性，可開發(fā)成混凝土膠凝材料，提高其利用附加值。解決優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉等摻合料在全國各個地區(qū)來源不足、能耗較高、穩(wěn)定性較差的弊端；這為尾礦砂的合理應(yīng)用找到了更加環(huán)保、高效的新途徑，同時亦為低碳混凝土找到了重要的資源支持。

研究和試驗結(jié)果表明，尾礦砂石經(jīng)過適當處理能夠達到建筑用砂石的技術(shù)標準，所配制的混凝土性能良好，符合工程需要；同用天然砂石配制的混凝土相比，拌合物性能基本相同，抗壓強度、彈性模量、碳化、鋼筋銹蝕等耐久性有所提高；具有良好的抗凍性和抗變形能力，無堿集料反應(yīng)的危害；符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，可降低生產(chǎn)成本，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。

尾礦砂作為粗、細骨料用于預(yù)拌混凝土中，其生產(chǎn)工藝已比較成熟，對尾礦砂、尾礦石加其他固體廢棄物（粉煤灰，鋼渣等）的使用率達到了30%以上。

北京新航集團把尾礦砂磨至一定細度加入適當?shù)募ぐl(fā)材料制成混凝土礦物摻合料，可替代25%～35%的水泥，已用5000t 尾礦粉用作礦物摻合料，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。已成功地用于多項混凝土工程，使用效果良好。

目前我國每年建設(shè)需用混凝土25 億m3，需水泥近8 億t，燒制水泥所需粘土近1 億t，吞食良田多畝。另外燒制和使用每噸水泥每噸要排放CO20.75t。如推廣應(yīng)用尾礦粉替代水泥技術(shù)，推廣面按目前我國年混凝土產(chǎn)量替代，每年可節(jié)約水泥2 億t。這樣可以減少石灰石開采量2.2 億t、減少粘土使用量6000萬t，減少CO2排放量1.6 億t。僅此可以消耗尾礦砂2 億t。相當于吃掉每年60%全國尾礦砂的增長量。因此，推廣應(yīng)用尾礦粉作為摻合料替代水泥技術(shù)不僅推動了固體工業(yè)廢料的資源化利用，推動混凝土行業(yè)的低碳化發(fā)展，同時對改善環(huán)境，節(jié)省良田都有可觀的經(jīng)濟效益。

6 中水回收及再生混凝土的應(yīng)用是混凝土行業(yè)低碳化排放及再利用的趨勢

混凝土生產(chǎn)企業(yè)是用水大戶。以北京市2010 年混凝土年產(chǎn)量3478萬m3計算，總計消耗用水約1113萬m3，用量相當可觀。若能在整個混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)中實現(xiàn)水資源的綜合利用，既可減少污染排放，使污水無害化，又可增加可利用的水源，是保護環(huán)境，防治水污染，緩解水資源不足的重要途徑之一。

混凝土企業(yè)中水及回收水主要是沖洗攪拌機、攪拌樓地面、運輸車、分離廢棄混凝土產(chǎn)生的污水，污水中含有水泥漿、骨料、外加劑及雜質(zhì)等成分。一般而言，運輸車中殘留的混凝土為0.5%左右，由此計算得出回收水中的泥漿含量應(yīng)為2%～3%。

在保證混凝土質(zhì)量的前提下，將混凝土的生產(chǎn)廢水形成再循環(huán)，用于混凝土的拌制中，既可節(jié)約寶貴的淡水資源，又可形成商品混凝土企業(yè)“三廢”處理的一條有效途徑，節(jié)約生產(chǎn)成本，節(jié)約材料成本，其意義重大，是低碳混凝土污水資源化的重要保證。

改變傳統(tǒng)的再生混凝土只能用于中、低強度等級的非結(jié)構(gòu)部位混凝土，通過采取一定的技術(shù)措施改善再生混凝土界面結(jié)構(gòu)，使再生混凝土向高強高耐久性方向發(fā)展，推動再生混凝土新技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用范圍，是混凝土行業(yè)低碳化的發(fā)展趨勢。

7 建立綠色花園式攪拌工廠是混凝土行業(yè)低碳化的一種途徑

混凝土行業(yè)的碳排放不可能在短期內(nèi)實現(xiàn)質(zhì)的轉(zhuǎn)變、以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)也不可能在短期內(nèi)根本改變的條件下，充分發(fā)揮綠色植物的碳匯潛力，通過攪拌站中水的綜合治理、土地調(diào)整和植被措施將大氣溫室氣體儲存于生物碳庫，積極擴大碳匯是成本較低的減碳途徑。綠色植物通過光合作用可以吸收二氧化碳。例如，每公頃闊葉林每年大約吸收360t 碳當量、每公頃針葉林每年大約吸收930kg 碳當量、每公頃草坪每年大約吸收870kg 碳當量。因此，在攪拌站植樹造林，集約利用土地，提高綠化率，建立綠色花園式攪拌站生產(chǎn)環(huán)境實際上就是在固碳減碳。在減碳的同時也提高了員工的生活環(huán)境，陶冶了道德情操。

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