李承明，孔祥坤，熊宇強(qiáng)，柏睿，涂安，郭樟根

（1.江蘇邗建集團(tuán)有限公司，江蘇揚(yáng)州 225127；2.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇南京 210000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，大量房屋的建造消耗了巨量的天然資源和能源，排放了大量的建筑垃圾和污染氣體，產(chǎn)生了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。使用建筑垃圾作為再生骨料替代天然骨料來(lái)制作混凝土-再生混凝土，既可減少對(duì)天然砂石資源的開(kāi)采，同時(shí)也可以解決廢棄混凝土的處置問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境的雙收益。再生混凝土符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的思路與理念，是發(fā)展綠色混凝土，實(shí)現(xiàn)建筑、資源及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要措施之一[1-5]。

近年來(lái)，使用再生混凝土制作砌塊、多孔磚等混凝土制品得到了眾多科研人員的重視。國(guó)外Poon C[6]、Corinaldesi V[7]、Soutsos[8]、Matar[9]等研究了再生骨料對(duì)混凝土空心砌塊抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律。國(guó)內(nèi)同濟(jì)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、鄭州大學(xué)等高校開(kāi)展了大量再生混凝土墻體材料的研究，內(nèi)容涉及砌塊力學(xué)性能及砌體的結(jié)構(gòu)性能等[10]。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有研究結(jié)果表明：采用再生混凝土粗、細(xì)骨料制作混凝土空心砌塊及多孔磚是可行的。近年來(lái)，再生混凝土墻體材料在國(guó)內(nèi)也得到了一定規(guī)模的推廣應(yīng)用。2018年，南京工業(yè)大學(xué)使用再生混凝土空心砌塊建造了一棟綠色示范建筑（見(jiàn)圖1）。

圖1 再生混凝土空心砌塊建筑

當(dāng)前有關(guān)再生混凝土的研究主要關(guān)注其力學(xué)及耐久性能，對(duì)再生混凝土特別是再生混凝土制品（砌塊）從原材料、運(yùn)輸?shù)街苽湔麄€(gè)生命周期進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)的研究不多。本文采用生命周期評(píng)價(jià)方法（LCA），對(duì)再生混凝土空心砌塊整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。

1 再生混凝土空心砌塊

選取再生混凝土空心砌塊的再生粗骨料取代率為75%，采用當(dāng)?shù)貜U棄混凝土制作，對(duì)比砌塊采用普通混凝土空心砌塊。再生混凝土空心砌塊和普通混凝土空心砌塊的具體配合比及抗壓強(qiáng)度如表1所示。

表1 再生及普通混凝土空心砌塊的配合比及抗壓強(qiáng)度

2 再生混凝土空心砌塊生命周期評(píng)價(jià)方法

LCA是對(duì)產(chǎn)品生命周期（原材料的獲取、生產(chǎn)、使用及使用后的處置）的環(huán)境影響進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)的方法。ISO13.315-1規(guī)定LCA由4個(gè)步驟組成：目標(biāo)與范圍定義、生命周期清單創(chuàng)建與分析、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、結(jié)果解釋[11]。

2.1 目標(biāo)與范圍定義

考慮再生混凝土和普通混凝土空心砌塊的使用和拆除階段基本相同，本文采用從搖籃到大門（Cradle-to-Gate）的系統(tǒng)邊界（見(jiàn)圖2），即以原材料生產(chǎn)為起點(diǎn)，砌塊的制作完成為終點(diǎn)，包括所有原材料生產(chǎn)、系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)輸及混凝土的制作過(guò)程，不包括使用及拆除階段。為了保證計(jì)算結(jié)果的可比性以及方便計(jì)算，本文的功能單元取為1 m3混凝土拌合物。

圖2 再生混凝土空心砌塊系統(tǒng)邊界

2.2 生命清單創(chuàng)建與分析

生命清單的創(chuàng)建包括計(jì)算混凝土砌塊整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程（原材料生產(chǎn)、材料運(yùn)輸、砌塊制作等）中污染氣體的排放。原材料生產(chǎn)的環(huán)境負(fù)荷指水泥、天然砂、天然粗骨料、再生粗骨料生產(chǎn)過(guò)程中的污染氣體排放。材料運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境負(fù)荷指所有原材料運(yùn)輸至砌塊生產(chǎn)廠家產(chǎn)生的污染氣體排放。具體計(jì)算中根據(jù)不同原材料的運(yùn)輸距離、運(yùn)輸方式等計(jì)算污染氣體排放。砌塊制作的環(huán)境負(fù)荷是砌塊生產(chǎn)廠生產(chǎn)再生混凝土空心砌塊產(chǎn)生的污染氣體排放。

本文選用四川億科環(huán)境科技中國(guó)生命周期核心數(shù)據(jù)庫(kù)CLCD和瑞士Ecoinvent數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)[12]，計(jì)算得到了混凝土空心砌塊生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的9種污染氣體（CO2、NOx、CH4、SO2、CO、NMVOC、N2O、NH3、PM10）排放如表2所示。表2中所列數(shù)據(jù)為生產(chǎn)每千克原料或運(yùn)輸每千克原料1 km所排放的污染氣體。天然粗骨料采用江西采石場(chǎng)生產(chǎn)的石灰石，用鐵路運(yùn)輸?shù)侥暇┗炷疗鰤K廠，運(yùn)輸距離為1000 km。再生粗骨料采用南京江北新區(qū)的拆除建筑，用18 t貨車運(yùn)輸至混凝土砌塊廠，運(yùn)輸距離為20 km。天然砂選用本地采砂廠的成品，用18 t貨車運(yùn)輸至混凝土砌塊廠，運(yùn)輸距離為50 km。水泥采用18 t貨車從水泥廠運(yùn)輸至混凝土砌塊廠，運(yùn)輸距離為50 km。計(jì)算得到的1 m3再生和普通混凝土空心砌塊生產(chǎn)過(guò)程9種污染氣體排放如表3所示。

表2 再生及普通混凝土空心砌塊原材料獲取及生產(chǎn)過(guò)程污染氣體排放

表3 混凝土空心砌塊生產(chǎn)過(guò)程9種污染氣體排放 kg/m3 混凝土

2.3 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

環(huán)境影響評(píng)價(jià)就是把生命清單數(shù)據(jù)分類特征化，并采用不同環(huán)境影響類型來(lái)解釋清單分析結(jié)果。本文采用CML2001[CML2001是荷蘭萊頓大學(xué)環(huán)境研究中心（Leiden University，Center of Environmental Science）在2001年所發(fā)表的一種根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)的生命周期評(píng)價(jià)方法] 的分類方法及當(dāng)量評(píng)價(jià)模型，選取了常用的5種環(huán)境影響類型參數(shù)：GWP（global warming potential，溫室效應(yīng)）、AP（acidification potential，環(huán)境酸化）、EP（eutrophication potential，富營(yíng)養(yǎng)化）、POCP（photochemical fog in the atmosphere potential，光化學(xué)煙霧）、HTP（human toxicity potential，人體健康損害）評(píng)價(jià)再生及普通混凝土砌塊的環(huán)境性能，見(jiàn)表4。

表4 混凝土空心砌塊的影響類型和類型參數(shù)

3 環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)果分析

再生和普通混凝土空心砌塊的5種環(huán)境影響類型參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 混凝土空心砌塊原材料獲取及生產(chǎn)過(guò)程5種類型環(huán)境影響計(jì)算結(jié)果

從表5可以看出，再生混凝土空心砌塊的5種類型環(huán)境影響均小于普通混凝土空心砌塊。再生混凝土空心砌塊的GWP值較普通混凝土空心砌塊降低5.54%，再生混凝土空心砌塊的AP、EP、POCP、HTP較普通混凝土空心砌塊分別降低19.2%～65.1%。這主要是因?yàn)樵偕止橇喜捎卯?dāng)?shù)貜U棄混凝土制作，其運(yùn)輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于天然粗骨料，使再生粗骨料運(yùn)輸產(chǎn)生的環(huán)境排放得到有效降低。再生粗骨料運(yùn)輸產(chǎn)生的GWP值相比天然粗骨料降低了147.4%，再生粗骨料生產(chǎn)產(chǎn)生的GWP值比天然粗骨料高79.2%。這主要是由于當(dāng)前再生粗骨料的制作工藝較粗放，廢棄混凝土的破碎分級(jí)等消耗了大量能源（電能），并產(chǎn)生了大量粉塵，從而增加了環(huán)境排放。此外，水泥生產(chǎn)是產(chǎn)生溫室效應(yīng)GWP的主要原因，分別占再生和普通混凝土空心砌塊溫室氣體GWP排放的92.5%和87.7%。

為了比較和量化不同類型環(huán)境影響參數(shù)對(duì)整個(gè)環(huán)境排放的影響程度，國(guó)際上通用的方法是將環(huán)境影響類型數(shù)值除以歸一化基準(zhǔn)值。本文根據(jù)CML提出的基準(zhǔn)值，計(jì)算得到的再生及普通混凝土空心砌塊GWP、AP、EP、POCP、HTP的歸一化結(jié)果如表6所示。

表6 混凝土空心砌塊原材料獲取及生產(chǎn)階段歸一化結(jié)果

從表6可以看出，再生混凝土空心砌塊的GWP和POCP對(duì)整個(gè)環(huán)境排放的貢獻(xiàn)最大，分別占比47.0%、22.7%。再生混凝土砌塊的EP、HTP對(duì)整個(gè)環(huán)境排放的貢獻(xiàn)較小，分別占總環(huán)境影響的比例分別為5.5%、0.1%。此外，再生混凝土砌塊環(huán)境影響類型的歸一化結(jié)果均小于普通混凝土砌塊，表明使用再生骨料制作混凝土砌塊可以有效減小砌塊的環(huán)境排放，提升其環(huán)境性能。

3 結(jié)論與建議

本文采用LCA對(duì)比分析了再生和普通混凝土空心砌塊生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境性能，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）再生混凝土空心砌塊的溫室效應(yīng)、酸化效應(yīng)、光化學(xué)污染、富營(yíng)養(yǎng)化、人體健康損害等均小于普通混凝土空心砌塊，使用再生粗骨料制備混凝土砌塊可以有效降低混凝土砌塊的環(huán)境排放，推廣應(yīng)用再生混凝土空心砌塊可以有效提升砌體結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展能力。

（2）水泥的生產(chǎn)是產(chǎn)生GHG溫室氣體排放，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的主要原因，主要是因?yàn)樗嗟纳a(chǎn)過(guò)程中消耗了大量能源，排放了大量CO2等污染氣體。

（3）當(dāng)前，再生粗骨料制備工藝較粗放，廢棄混凝土的破碎消耗了大量電能，并產(chǎn)生了大量粉塵。因此，對(duì)廢棄混凝土破碎等再生粗骨料的制備工藝進(jìn)行研究，降低再生粗骨料制備過(guò)程中的環(huán)境排放具有重要的社會(huì)及環(huán)保效益。