特別策劃：預拌混凝土低碳化

胡曙光（武漢理工大學，教授）

張遂彩（中國商品混凝土行業企業專委會主任委員，高工）

“雙碳”已成為國家長期發展戰略。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。

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CO2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

“低碳混凝土技術”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的來源。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已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。

（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 CO2富集濃度，以便于收集利用。

（3）創新 CO2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。

（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。

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）多用礦物摻合料替代水泥；（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 CO2排放量約為 750kg/t.c，采用礦物摻合料 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，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合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。

作為預拌混凝土企業，首先要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，堅定不移貫徹創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，堅持綠色低碳，聚焦科技發展前沿及市場發展需求，積極參與和推動行業創新發展，強化企業創新主體，主動拓展市場需求，積極推廣和應用綠色低碳混凝土。

具體可以在以下方面多下功夫：

（1）混凝土原材料、摻合料等方面：

1）開發和使用不同品位原材料，實現骨料最大密度和最小空隙率，通過有效降低膠凝材料用量，生產低碳混凝土。

2）精心設計混凝土配合比，根據所做工程項目中混凝土不同的服役環境，按照國家、行業、地方現行標準規范的要求，用好、用足礦物摻合料，生產制造低碳混凝土。

（2）開發利用再生骨料。通過固廢深加工利用，提升固廢作為骨料在混凝土中的應用，生產再生混凝土。

（3）推廣應用性能調節型材料，生產功能混凝土。開發和應用具有環保、保溫、功能材料載體，生產輕骨料保溫混凝土、透水混凝土、生態植被混凝土等。

（4）推廣應用預制構件。

以設計為引領，開發可拆卸、可多次重復使用、高性能和超高性能預制混凝土建筑制品和工程構件，進一步提升混凝土對裝配式建筑工程綠色低碳的貢獻。

（5）在企業內部進行精細化管理，通過加快推進管理信息化、生產智能化，通過再造生產和業務流程，延伸產業鏈，推動企業從單一的預拌混凝土產品向預拌砂漿、預制混凝土產品制造等產品生產銷售，向材料與工程設計、產品定制、柔性生產制造、施工技術服務等一體的集成服務商和方案解決者轉型發展，實現質量、效率和效益的全面提升。

綜上所述，為推動低碳混凝土的發展，則需要水泥行業生產低碳水泥，預拌混凝土企業使用低碳膠凝材料、優良的外加劑、用完全符合現行標準的固廢替代砂石等，來生產低碳混凝土，在工程上使用好低碳混凝土，從而提高混凝土的耐久性、延長建筑物的使用壽命，達到長久的降碳目的。