全國政協(xié)委員、武漢理工大學(xué)材料學(xué)科首席教授胡曙光——混凝土碳減排技術(shù)路徑

（本文根據(jù)嘉賓在3月15日舉辦的建材建筑協(xié)同碳達峰研討會上的發(fā)言整理）  

“雙碳”已成為國家戰(zhàn)略的發(fā)展目標。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(fā)展作出重要貢獻的同時，也產(chǎn)生了巨量碳排放污染的問題。如何科學(xué)研發(fā)和有效應(yīng)用碳減排技術(shù)，是我們當前面臨的一項緊迫而艱巨的任務(wù)。  

本次研討會的主題是“建材建筑協(xié)同碳達峰”，把建材和建筑這兩者聯(lián)系起來是非常好的立意。建材與建筑雖分屬于不同的領(lǐng)域，但它們具有緊密的相關(guān)性。從建筑物全生命周期的碳足跡來看（此處不包含以建筑非結(jié)構(gòu)性使用功能為主的碳排放，比如供暖和空調(diào)系統(tǒng)耗能所產(chǎn)生的碳排放），建筑材料自身帶有，生產(chǎn)過程產(chǎn)生，材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能，建筑物的使用質(zhì)量等相互銜接、密不可分，并形成目標產(chǎn)品的總碳排放量和評價。因此，創(chuàng)建最優(yōu)化系統(tǒng)性的建材建筑低碳設(shè)計方法及其評估評價體系，選用統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的碳減排技術(shù)方案，將會獲得最佳碳減排績效。  

在建材行業(yè)中，水泥生產(chǎn)提供了80%以上的碳排量，而水泥碳排放又轉(zhuǎn)手帶給了混凝土。據(jù)統(tǒng)計，混凝CO?排放量占到總排放量的14.5%以上。因此低碳混凝土技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，對“雙碳”目標的實現(xiàn)具有舉足輕重的作用。  

低碳混凝土技術(shù)的概念  

首先，我們給出“低碳混凝土技術(shù)”的定義，它是指在混凝土生產(chǎn)、使用過程中，采用新的技術(shù)方法與已有通用技術(shù)相比，能夠直接或間接降低碳排放的技術(shù)。其次，我們要知道混凝土的碳排放是從哪來的。研究表明，從生產(chǎn)的角度，混凝土的碳排放包括：原材料生產(chǎn)燃料動力帶入、混凝土生產(chǎn)過程動力產(chǎn)生、混凝土運輸過程燃油產(chǎn)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(zhì)量決定其使用效能和壽命，建筑產(chǎn)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(shù)的研發(fā)與應(yīng)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(yè)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(shù)研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展方向，提出了完成“雙碳”任務(wù)的時間表和路線圖。近幾年，武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室將此作為主攻方向，在國家相關(guān)部門爭取到各類研發(fā)項目，并與生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，取得一些理論創(chuàng)新和技術(shù)應(yīng)用的成果，主要包括：  

（1）創(chuàng)新基于大替代量非化石燃料和非碳鈣質(zhì)原料的水泥熟料燒成理論，研發(fā)與之相適應(yīng)的燒成裝備改進和系統(tǒng)穩(wěn)控生產(chǎn)技術(shù)，開發(fā)非化石替代燃料實用技術(shù)。此項目與華新水泥等合作。  

（2）開展水泥富氧燃燒技術(shù)中試，提高燃料的有效燃燒率，提高CO?富集濃度，以便于收集利用。此項目與海螺水泥等合作。  

（3）創(chuàng)新CO?吸收礦化新材料體系理論，研發(fā)基于此的低碳礦物和碳礦化材料制品與結(jié)構(gòu)，開發(fā)碳酸鈣新材料體系，這是一項變革性的水泥碳減排技術(shù)。此項目與京博集團和中建材集團等合作。  

（4）系統(tǒng)研發(fā)和加大工業(yè)固廢在水泥生產(chǎn)和混凝土工程中的應(yīng)用，創(chuàng)新固廢粉體多重活化和多元復(fù)合理論與技術(shù)，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(fā)非碳鈣質(zhì)固廢作為水泥原料利用技術(shù)。此項目與武鋼、魚峰水泥、華潤水泥、中建三局、西部建設(shè)、中鐵大橋局集團、中交二航局集團等眾多材料生產(chǎn)和建筑工程建設(shè)企業(yè)合作。  

低碳混凝土的技術(shù)路線和研發(fā)應(yīng)用  

基于混凝土碳排放的構(gòu)成，混凝土的碳減排技術(shù)路線應(yīng)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(zhì)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(shù)  

混凝土中少用水泥技術(shù)主要包括：（1）多用礦物摻和料替代水泥；（2）采用工業(yè)固廢、尾礦、建筑垃圾替代骨料等原料；（3）采用可循環(huán)設(shè)計混凝土材料體系；（4）充分發(fā)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CO?排放量約為750kg/t.c，采用礦物摻和料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(zhì)量技術(shù)  

此處所指為廣義混凝土質(zhì)量，包括混凝土的物理化學(xué)性能、力學(xué)性能、耐久性和壽命等。提高混凝土質(zhì)量技術(shù)包括：（1）研發(fā)應(yīng)用最優(yōu)化的混凝土配方設(shè)計；（2）形成最佳混凝土結(jié)構(gòu)與性能；（3）采用高技術(shù)混凝土（高性能混凝土、超高性能混凝土、復(fù)合結(jié)構(gòu)混凝土等）技術(shù)。  

比如說，現(xiàn)有混凝土配料設(shè)計較粗放，并沒有達到原料組成與結(jié)構(gòu)的最優(yōu)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(jié)構(gòu)較易形成內(nèi)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(shù)的5點建議  

1.修改、完善現(xiàn)有不利于低碳混凝土的標準規(guī)范，如：取消一些對材料用量的非理性限定，降低對一些結(jié)構(gòu)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和料的共同使用混亂問題，應(yīng)建立更明確清晰的分類與劃分標準，以避免混凝土設(shè)計時對材料成分不清而造成浪費或影響質(zhì)量。  

2.研發(fā)更為科學(xué)合理的混凝土配比設(shè)計方法，推進混凝土設(shè)計從經(jīng)驗粗放式向智能精準化轉(zhuǎn)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(zhì)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(guān)混凝土材料生產(chǎn)碳排放計算和評價方法中予以明確，以鼓勵和推進相關(guān)碳減排技術(shù)的應(yīng)用。  

4.推進低碳混凝土變革性技術(shù)研發(fā)工作，開發(fā)綠色低碳先進水泥生產(chǎn)技術(shù)，開展混凝土可循環(huán)設(shè)計與制備技術(shù)，新型復(fù)合結(jié)構(gòu)混凝土技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)約資源和減少碳排放的目的。  

5.加快推進水泥行業(yè)納入全國碳排放注冊登記和交易系統(tǒng)，以創(chuàng)造更好的工作條件，有利于增強碳匯，引導(dǎo)資金、技術(shù)和人才等資源要素流向綠色低碳發(fā)展領(lǐng)域，助推建材建筑行業(yè)碳減排。