深度解析低碳混凝土

隨著人們比以往任何時(shí)候都更加關(guān)注建筑中的碳排放，對低碳建筑材料的需求正在增加。但什么是低碳混凝土？如何在更廣泛的范圍內(nèi)采用低碳混凝土，以幫助該行業(yè)實(shí)現(xiàn)其碳減排目標(biāo)而不會對混凝土行業(yè)產(chǎn)生負(fù)面影響？什么是低碳混凝土？低碳混凝土是指碳足跡低于傳統(tǒng)含量的混凝土。除了減少碳足跡，低碳混凝土的性能應(yīng)與常規(guī)混凝土相同。為了生產(chǎn)低碳混凝土，生產(chǎn)商可以對其生產(chǎn)工藝和配合比設(shè)計(jì)實(shí)施一系列影響較小的改變。例如，轉(zhuǎn)換燃料來源，用煅燒粘土、粉煤灰或高爐礦渣等礦物化合物替代某些水泥成分，或使用碳固化系列產(chǎn)品等新技術(shù)。2020年9月，全球水泥和混凝土協(xié)會（GlobalCementandConcreteAssociation）發(fā)布了一份《氣候雄心》（ClimateAmbition）承諾，承諾到2050年，不僅要實(shí)現(xiàn)低碳混凝土，還要實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的碳中和。許多水泥和混凝土公司已經(jīng)簽署了這一承諾，并由“科學(xué)基礎(chǔ)目標(biāo)計(jì)劃”第三方驗(yàn)證了他們的戰(zhàn)略。為什么傳統(tǒng)混凝土?xí)a(chǎn)生大量碳足跡？混凝土在我們的日常生活中扮演著重要的角色，通過許多不同的應(yīng)用和使用，它塑造了我們周圍的建筑環(huán)境，從學(xué)校、醫(yī)院、住房，到道路、橋梁、隧道、跑道、大壩和污水系統(tǒng)。事實(shí)上，混凝土是世界上使用最多的人造材料，地球上每人每年使用3噸混凝土。水泥是混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵成分，它是在2300°F到3000°F（1260°C到1650°C）的窯爐中燃燒石灰石制成的，這個(gè)過程通常使用煤粉或天然氣作為燃料，燃燒過程中消耗大量能量并釋放二氧化碳。一噸波特蘭水泥產(chǎn)生一噸二氧化碳排放，水泥占全球碳排放總量的7%，在任何建筑項(xiàng)目中，混凝土的含碳量占建筑總含碳量的50-85%。然而，全球?qū)炷恋男枨髢H次于水，我們面臨著減少碳足跡的挑戰(zhàn)。對低碳混凝土的需求日益增加對建筑項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫的搜索表明，在過去一年中，美國有4500多個(gè)建筑項(xiàng)目要求提交環(huán)境產(chǎn)品聲明（EPDs）（Dodge數(shù)據(jù)庫搜索于2022年5月）。這表明，市場對建筑產(chǎn)品碳足跡透明度的要求越來越高。建筑師、工程師、承包商和項(xiàng)目業(yè)主面臨著證明他們正在履行對最終客戶和專業(yè)倡議和組織（如建筑2030、結(jié)構(gòu)工程師2050挑戰(zhàn)、碳領(lǐng)導(dǎo)論壇和世界綠色建筑理事會）的可持續(xù)性承諾的壓力。在未來幾年，這一努力將進(jìn)一步加強(qiáng)，特別是在美國，聯(lián)邦“購買清潔”（BuyClean）要求將于2023年1月1日生效。自即日起，美國總務(wù)管理局和其他政府采購機(jī)構(gòu)必須獲得用于聯(lián)邦項(xiàng)目的所有建筑材料的III型EPDs。一旦環(huán)境保護(hù)署被聯(lián)邦政府強(qiáng)制使用，州一級和私營部門的壓力將會增加。如何生產(chǎn)低碳混凝土低碳混凝土的生產(chǎn)沒有靈丹妙藥。混凝土由很多成分組成，所以有很多方法來減少單個(gè)成分和工序?qū)μ嫉挠绊憽４蟛糠痔紲p排和消碳創(chuàng)新工作集中在三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：低碳燃料、低碳復(fù)合水泥及碳捕獲、利用和儲存技術(shù)。在最近的CarbonCure網(wǎng)絡(luò)研討會上，加拿大水泥協(xié)會環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展副總裁AdamAuer和加拿大Lafarge公司技術(shù)服務(wù)工程師MattDalkie討論了一些新技術(shù)：1.低碳燃料混凝土行業(yè)多年來一直關(guān)注燃料效率，這既是為了降低成本，也是為了減少碳排放。最近，該行業(yè)開始評估從傳統(tǒng)燃料（如煤炭）轉(zhuǎn)向低碳燃料（如可再生天然氣）、廢燃料（如不可回收的塑料、不可回收的輪胎、軌道枕木等），甚至可能是碳中性燃料的轉(zhuǎn)變。根據(jù)加拿大拉法基公司技術(shù)服務(wù)工程師MattDalkie的說法，這些替代燃料可以減少水泥生產(chǎn)過程中高達(dá)40%的碳排放，這取決于你如何從碳計(jì)算的角度處理特定材料。但是，由于熟料制造所用技術(shù)的類型和這種燃料在當(dāng)?shù)氐目色@得性，存在一些限制。2.低碳復(fù)合水泥大多數(shù)生產(chǎn)商已經(jīng)在其水泥或混凝土混合物中使用波特蘭石灰石水泥（PLC）和輔助水泥材料（SCM），進(jìn)一步優(yōu)化這些材料的使用可以大大減少水泥和混凝土的排放。例如，PLC在制造過程的水泥研磨階段使用未鈣化的石灰石，可以減少混凝土的碳足跡5-10%。包括粉煤灰和礦渣在內(nèi)的SCMs可以減少混凝土中所需的水泥量，從而減少高達(dá)30%的碳排放。例如，粉煤灰是燃煤發(fā)電的副產(chǎn)品，可以替代混凝土中30%-50%的水泥，根據(jù)指定的替代水平可以減少10-20%的碳足跡。然而，隨著全球燃煤發(fā)電逐漸減少，粉煤灰的可用性越來越受到限制。礦渣是制鐵過程中的副產(chǎn)品，可替代40-50%的水泥，在某些特殊應(yīng)用中可替代90%。根據(jù)指定的更換水平，爐渣的減碳量可達(dá)30%。值得注意的是，其中一些解決方案在某些應(yīng)用中具有耐久性和可加工性，因此，并非所有規(guī)范都接受。3.碳捕集、利用和儲存技術(shù)碳捕獲、利用和儲存（CCUS）技術(shù)的創(chuàng)新可以說是混凝土行業(yè)最令人激動的發(fā)展。碳捕獲技術(shù)可以捕獲水泥制造過程中產(chǎn)生的100%的碳排放。這些捕獲的排放物可以安全地儲存在地下，注入到混凝土中以加強(qiáng)其強(qiáng)度，或用于制造其他產(chǎn)品，如合成骨料或燃料。?例研究：低碳預(yù)拌混凝土LaurenConcrete一直是混凝土新技術(shù)的推動者。隨著GPS跟蹤技術(shù)、實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控軟件和收集強(qiáng)度及溫度數(shù)據(jù)的傳感器等新技術(shù)的成功應(yīng)用，LaurenConcrete渴望探索新技術(shù)，為客戶提供更綠色的混凝土?！疤脊袒笔荓aurenConcrete創(chuàng)新之旅中的下一個(gè)合乎邏輯的步驟。碳固化是在不影響混凝土性能的前提下，將回收的二氧化碳注入新拌混凝土的混凝土行業(yè)技術(shù)。二氧化碳一旦被注入，就會經(jīng)歷一個(gè)礦化過程，并永久嵌入。這為混凝土生產(chǎn)商帶來了經(jīng)濟(jì)和氣候效益——實(shí)現(xiàn)真正的雙贏。到目前為止，LaurenConcrete公司共計(jì)減少了6413噸二氧化碳的排放——這相當(dāng)于8337英畝的樹木吸收混凝土一年所產(chǎn)生的二氧化碳。案例研究：低碳預(yù)制混凝土碳固化預(yù)