深度解析低碳混凝土

随着人们比以往任何时候都更加关注建筑中的碳排放，对低碳建筑材料的需求正在增加。但什么是低碳混凝土？如何在更广泛的范围内采用低碳混凝土，以帮助该行业实现其碳减排目标而不会对混凝土行业产生负面影响？什么是低碳混凝土？低碳混凝土是指碳足迹低于传统含量的混凝土。除了减少碳足迹，低碳混凝土的性能应与常规混凝土相同。为了生产低碳混凝土，生产商可以对其生产工艺和配合比设计实施一系列影响较小的改变。例如，转换燃料来源，用煅烧粘土、粉煤灰或高炉矿渣等矿物化合物替代某些水泥成分，或使用碳固化系列产品等新技术。2020年9月，全球水泥和混凝土协会（GlobalCementandConcreteAssociation）发布了一份《气候雄心》（ClimateAmbition）承诺，承诺到2050年，不仅要实现低碳混凝土，还要实现整个行业的碳中和。许多水泥和混凝土公司已经签署了这一承诺，并由“科学基础目标计划”第三方验证了他们的战略。为什么传统混凝土会产生大量碳足迹？混凝土在我们的日常生活中扮演着重要的角色，通过许多不同的应用和使用，它塑造了我们周围的建筑环境，从学校、医院、住房，到道路、桥梁、隧道、跑道、大坝和污水系统。事实上，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吨混凝土。水泥是混凝土强度的关键成分，它是在2300°F到3000°F（1260°C到1650°C）的窑炉中燃烧石灰石制成的，这个过程通常使用煤粉或天然气作为燃料，燃烧过程中消耗大量能量并释放二氧化碳。一吨波特兰水泥产生一吨二氧化碳排放，水泥占全球碳排放总量的7%，在任何建筑项目中，混凝土的含碳量占建筑总含碳量的50-85%。然而，全球对混凝土的需求仅次于水，我们面临着减少碳足迹的挑战。对低碳混凝土的需求日益增加对建筑项目数据库的搜索表明，在过去一年中，美国有4500多个建筑项目要求提交环境产品声明（EPDs）（Dodge数据库搜索于2022年5月）。这表明，市场对建筑产品碳足迹透明度的要求越来越高。建筑师、工程师、承包商和项目业主面临着证明他们正在履行对最终客户和专业倡议和组织（如建筑2030、结构工程师2050挑战、碳领导论坛和世界绿色建筑理事会）的可持续性承诺的压力。在未来几年，这一努力将进一步加强，特别是在美国，联邦“购买清洁”（BuyClean）要求将于2023年1月1日生效。自即日起，美国总务管理局和其他政府采购机构必须获得用于联邦项目的所有建筑材料的III型EPDs。一旦环境保护署被联邦政府强制使用，州一级和私营部门的压力将会增加。如何生产低碳混凝土低碳混凝土的生产没有灵丹妙药。混凝土由很多成分组成，所以有很多方法来减少单个成分和工序对碳的影响。大部分碳减排和消碳创新工作集中在三个关键领域：低碳燃料、低碳复合水泥及碳捕获、利用和储存技术。在最近的CarbonCure网络研讨会上，加拿大水泥协会环境与可持续发展副总裁AdamAuer和加拿大Lafarge公司技术服务工程师MattDalkie讨论了一些新技术：1.低碳燃料混凝土行业多年来一直关注燃料效率，这既是为了降低成本，也是为了减少碳排放。最近，该行业开始评估从传统燃料（如煤炭）转向低碳燃料（如可再生天然气）、废燃料（如不可回收的塑料、不可回收的轮胎、轨道枕木等），甚至可能是碳中性燃料的转变。根据加拿大拉法基公司技术服务工程师MattDalkie的说法，这些替代燃料可以减少水泥生产过程中高达40%的碳排放，这取决于你如何从碳计算的角度处理特定材料。但是，由于熟料制造所用技术的类型和这种燃料在当地的可获得性，存在一些限制。2.低碳复合水泥大多数生产商已经在其水泥或混凝土混合物中使用波特兰石灰石水泥（PLC）和辅助水泥材料（SCM），进一步优化这些材料的使用可以大大减少水泥和混凝土的排放。例如，PLC在制造过程的水泥研磨阶段使用未钙化的石灰石，可以减少混凝土的碳足迹5-10%。包括粉煤灰和矿渣在内的SCMs可以减少混凝土中所需的水泥量，从而减少高达30%的碳排放。例如，粉煤灰是燃煤发电的副产品，可以替代混凝土中30%-50%的水泥，根据指定的替代水平可以减少10-20%的碳足迹。然而，随着全球燃煤发电逐渐减少，粉煤灰的可用性越来越受到限制。矿渣是制铁过程中的副产品，可替代40-50%的水泥，在某些特殊应用中可替代90%。根据指定的更换水平，炉渣的减碳量可达30%。值得注意的是，其中一些解决方案在某些应用中具有耐久性和可加工性，因此，并非所有规范都接受。3.碳捕集、利用和储存技术碳捕获、利用和储存（CCUS）技术的创新可以说是混凝土行业最令人激动的发展。碳捕获技术可以捕获水泥制造过程中产生的100%的碳排放。这些捕获的排放物可以安全地储存在地下，注入到混凝土中以加强其强度，或用于制造其他产品，如合成骨料或燃料。​例研究：低碳预拌混凝土LaurenConcrete一直是混凝土新技术的推动者。随着GPS跟踪技术、实时质量监控软件和收集强度及温度数据的传感器等新技术的成功应用，LaurenConcrete渴望探索新技术，为客户提供更绿色的混凝土。“碳固化”是LaurenConcrete创新之旅中的下一个合乎逻辑的步骤。碳固化是在不影响混凝土性能的前提下，将回收的二氧化碳注入新拌混凝土的混凝土行业技术。二氧化碳一旦被注入，就会经历一个矿化过程，并永久嵌入。这为混凝土生产商带来了经济和气候效益——实现真正的双赢。到目前为止，LaurenConcrete公司共计减少了6413吨二氧化碳的排放——这相当于8337英亩的树木吸收混凝土一年所产生的二氧化碳。案例研究：低碳预制混凝土碳固化预