聶法智

（北京新航集團(tuán)，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(duì)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(jì)的概念應(yīng)運(yùn)而生。英國(guó)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(jì)》中，首次提出了“低碳經(jīng)濟(jì)” ( low carbon economy) 的概念?！暗吞冀?jīng)濟(jì)”提出的大背景，是全球氣候變暖對(duì)人類生存和發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

中國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，盡管發(fā)展經(jīng)濟(jì)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(dòng)承擔(dān)節(jié)能減排的國(guó)際責(zé)任。在全球矚目的哥本哈根會(huì)議前，中國(guó)政府提出我國(guó)控制溫室氣體排放行動(dòng)目標(biāo)，2020 年單位GDP 碳排放降40%～50%的目標(biāo)。減少排放、保護(hù)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(guó)遠(yuǎn)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(fèi)排放的CO2/1000 美元GDP）。從發(fā)展趨勢(shì)看，未來20～50 年間，中國(guó)需在工業(yè)化發(fā)展和溫室氣體排放之間進(jìn)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境“雙贏”的目標(biāo)，將是我國(guó)對(duì)世界可持續(xù)發(fā)展和應(yīng)對(duì)氣候變化的一大貢獻(xiàn)。節(jié)能減排是我國(guó)調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的一個(gè)突破口，是使中國(guó)的GDP 更為綠色、更為可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)契機(jī)。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)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(guó)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(guó)水泥生產(chǎn)是以煤為主要能源結(jié)構(gòu)。按照我國(guó)現(xiàn)有的水泥生產(chǎn)工藝水平計(jì)算，每生產(chǎn)或使用1t 水泥，平均綜合能耗約120kg 標(biāo)準(zhǔn)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(jì)，2010 年我國(guó)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(jì)算，全國(guó)水泥業(yè)共耗標(biāo)準(zhǔn)煤2.24 億噸，排放CO2氣體14.0 億t。

對(duì)于混凝土企業(yè)而言，在低碳經(jīng)濟(jì)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(dāng)今建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的內(nèi)在要求。低碳經(jīng)濟(jì)中的低碳標(biāo)準(zhǔn)既要符合國(guó)家的政策，又可操作，能夠使企業(yè)得到很好的發(fā)展，對(duì)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(dāng)適用，對(duì)原材料的綜合利用以及對(duì)廢棄材料的再生利用，這一切不僅能夠?yàn)椤暗吞肌敝?，更是體現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)中十分明顯的環(huán)保意義，而低碳經(jīng)濟(jì)能否帶動(dòng)“混凝土行業(yè)低碳化”的發(fā)展也只是時(shí)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(jì)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(jī)，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(diǎn)放在實(shí)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(jì)”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?yàn)橥瑢儆诃h(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(diǎn)也將會(huì)成為“綠色混凝土”未來發(fā)展的支撐點(diǎn)。

目前，我國(guó)單位GDP 能耗為美國(guó)的4.3 倍、日本的11.5 倍。我國(guó)規(guī)劃建設(shè)領(lǐng)域的高能耗現(xiàn)象也相當(dāng)嚴(yán)重，研究表明，目前建筑能耗已占到我國(guó)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(yùn)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(fèi)，包括水、混凝土、鋼材等；當(dāng)前絕大部分住宅建筑等都以毛坯房形式交付，而后進(jìn)行二次裝修，這種類似小農(nóng)經(jīng)濟(jì)的模式造成嚴(yán)重的能耗浪費(fèi)，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(yùn)行與維護(hù)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(fèi)。

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(kuò)展，各種特殊工程對(duì)其性能的要求在不斷提高。首先強(qiáng)度是表征混凝土最常規(guī)而且也是主要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)混凝土強(qiáng)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(huì)向著高強(qiáng)方向發(fā)展。其次，由于施工機(jī)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(shí)混凝土等等，這都要求混凝土具有良好的流動(dòng)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(guó)內(nèi)外混凝土研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)，良好的耐久性不僅意味著混凝土結(jié)構(gòu)的壽命延長(zhǎng)，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(tái)等特殊工程中混凝土的耐久性往往比強(qiáng)度更為重要。另外，為了適應(yīng)新材料的發(fā)展趨勢(shì)，人們對(duì)混凝土的某些特殊功能提出了要求，如超早強(qiáng)、高耐磨、吸聲等性能。綜上所述，混凝土的發(fā)展必然會(huì)走向綠色高性能的發(fā)展道路。當(dāng)今混凝土的發(fā)展不僅要求其應(yīng)具備足夠的強(qiáng)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(rèn)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(xì)工業(yè)廢渣，以減少熟料水泥生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染，磨細(xì)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(shì)，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(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（2）有利于環(huán)境保護(hù)，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(hù)費(fèi)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(duì)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(dòng)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?yàn)榈V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(fèi)；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(zhǎng)混凝土的壽命，減少了維護(hù)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(gè)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(jì)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(duì)場(chǎng)地的占用，提高土地利用率，同時(shí)保護(hù)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(duì)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(yùn)送距離，對(duì)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(qiáng)度而言，粉煤灰的活性要比水泥低，但后期強(qiáng)度會(huì)逐漸得到發(fā)揮，具有潛在的后期增強(qiáng)能力，不斷提高構(gòu)件的承載能力；同時(shí)，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(shí)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(qiáng)，能夠提高建筑物的使用壽命，減少重建、維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用，間接效益也十分可觀。

營(yíng)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?yàn)槿祟愄峁睾汀⑹孢m、健康的生存環(huán)境，同時(shí)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(jì)條件下排出的廢棄物，同時(shí)又是潛在的二次資源。尾礦的回收利用是礦山實(shí)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(jì)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(guó)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(guó)2008 年有礦山尾礦庫(kù)27000多座,據(jù)中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)綠色礦業(yè)辦公室最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前我國(guó)尾礦堆積量已高達(dá)80.51 億t。世界各國(guó)每年排出的尾礦量約50 億t，而我國(guó)僅2000 年尾礦排放量就達(dá)6 億t 左右。目前堆存的廢棄物已達(dá)200 億噸之多。而且還在以每年幾億噸的速度增加。目前我國(guó)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(kù)或一些自然場(chǎng)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(guó)尾礦的綜合利用主要集中在尾礦再選（從尾礦中回收有價(jià)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(shí)，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(xì)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(diǎn)，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(guó)各個(gè)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(shí)亦為低碳混凝土找到了重要的資源支持。

研究和試驗(yàn)結(jié)果表明，尾礦砂石經(jīng)過適當(dāng)處理能夠達(dá)到建筑用砂石的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(qiáng)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(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

尾礦砂作為粗、細(xì)骨料用于預(yù)拌混凝土中，其生產(chǎn)工藝已比較成熟，對(duì)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(dá)到了30%以上。

北京新航集團(tuán)把尾礦砂磨至一定細(xì)度加入適當(dāng)?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(jì)效益和社會(huì)效益。已成功地用于多項(xiàng)混凝土工程，使用效果良好。

目前我國(guó)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(guó)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(dāng)于吃掉每年60%全國(guó)尾礦砂的增長(zhǎng)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(dòng)了固體工業(yè)廢料的資源化利用，推動(dòng)混凝土行業(yè)的低碳化發(fā)展，同時(shí)對(duì)改善環(huán)境，節(jié)省良田都有可觀的經(jīng)濟(jì)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(shì)

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(jì)算，總計(jì)消耗用水約1113萬m3，用量相當(dāng)可觀。若能在整個(gè)混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)中實(shí)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(hù)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(jī)、攪拌樓地面、運(yùn)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(yùn)輸車中殘留的混凝土為0.5%左右，由此計(jì)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(qiáng)度等級(jí)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(qiáng)高耐久性方向發(fā)展，推動(dòng)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(shì)。

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(shí)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(chǔ)存于生物碳庫(kù)，積極擴(kuò)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(dāng)量、每公頃針葉林每年大約吸收930kg 碳當(dāng)量、每公頃草坪每年大約吸收870kg 碳當(dāng)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(shí)際上就是在固碳減碳。在減碳的同時(shí)也提高了員工的生活環(huán)境，陶冶了道德情操。

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