混凝土的生态性能比较研究

胡烨璐HU Ye-lu；童利军TONG Li-jun；贺成龙HE Cheng-long

（①嘉兴学院建筑工程学院，嘉兴 314001；②浙江华洲国际设计有限公司嘉兴分公司，嘉兴 314001）

（①Co11ege of Civi1 Engineering&Architecture，Jiaxing University，Jiaxing 314001，China；②Jiaxing Branch of Zhejiang Huazhou Internationa1 Design Co.，Ltd.，Jiaxing 314001，China）

0 引言

目前的研究，主要集中在混凝土的制备、力学性能和热工性能物理指标的研究与比较，对混凝土的生态性能的研究较少。能值分析理论为量化评价生态系统产品及服务的价值提供了一个能量学的基础。它将生态经济系统中不同种类、不同级别、不可比较的能量转换成同一标准--能值，从而实现对社会—经济—生态复合系统的统一评价。为此，文章引入能值分析理论，以实现对混凝土的生态性能评价。

1 能值分析理论

能值（Emergy，英文拼写带一个字母“M”），不同于能量（Energy），是一个新的科学概念和度量标准，是指某种流动或贮存的能量中所包含的另一种能量的数量。地球上的能量都直接或间接来源于太阳能,故常以太阳能为基准来衡量其它各种能量的能值。任何资源、产品或劳务形成所需的太阳能之量，就是其太阳能值（so1ar emergy），其单位是太阳能焦耳（so1ar emergy jou1e，sej）。能值转换率是指提供单位产出所需要投入的能值[1]，其基本单位为太阳能值焦耳每焦耳（sej/J）。如形成1J木材的能量需要34900太阳能焦耳，那么木材的能值转换率就是34900 sej/J。能值（E）等于能量（B）与能值转换率（τ）的乘积[2]：

应用能值可定量分析资源环境与经济活动的真实价值以及它们之间的关系，有助于经济发展中对自然资源的科学评价与合理使用。能值可以衡量和比较生态系统中不同等级能量的真实价值和贡献，被认为是联结生态学和经济学的桥梁，具有重大科学意义和实践意义。在理论上，能值分析为资源的生态性能开辟了定量分析研究的新方法。

2 生态性能评价指标

通过能值分析，可得出相应的能值指标，以定量分析产品系统的结构和功能。如，可用环境负载率（Environment Load Ratio，ELR）来评价产品系统的环境压力[3]；用能值投资率（Emergy Invest Ratio，EIR）来单位产品的能值投入。

环境负载率越高，表明产品系统对环境的冲击越大。环境负载率为投入系统不可更新能源的能值总量（EmN,sej）与可更新能源投入能值总量（EmR,sej）之比：

能值投资率越大，说明生产单位价值的产品需要投入的能值越多。能值投资率等于生产单位产品的能值总投入与产品的市场价格（P，yuan）与之比：

3 计算与结果

本研究选用某建筑保温材料有限公司生产的TY250型发泡混凝土板和C25、C30、C35三种不同强度等级的普通混凝土作为研究对象。TY250型泡沫混凝土板以42.5的R型普通硅酸盐水泥，Ⅰ级粉煤灰和主要成分为纤维、稳泡剂、硬脂酸钙、双氧水的发泡剂为主要材料，经发泡、成型、养护、切割等工艺制成。普通混凝土选用42.5的R型普通硅酸盐水泥、碎石、中砂加水在标准条件下制作养护成型。表1、表2分别是泡沫混凝土和不同等级的普通混凝土的材料组成。发泡剂中的纤维市场价格为135元/kg，稳泡剂为20元/kg，硬脂酸钙为9.5元/kg，双氧水为1.6元/kg。目前的泡沫混凝土的市场价格为630元/m3、C25普通混凝土为 399元/m3、C30为 414元/m3、C35为 441元/m3。根据表1，生产1立方米泡沫混凝土需要花费140元的发泡剂。生产1立方米泡沫混凝土和普通混凝土的人工及其他成本分别为123元和78元。

表1 每立方泡沫混凝土的材料组成 （单位：kg）

表2 每立方不同强度等级普通混凝土的材料组成（单位：kg）

本研究中涉及的工业用水、水泥、粉煤灰、碎石、中砂、发泡剂、货币等的能值转换率见表3。

根据式（1），生产1立方米TY250型泡沫混凝土需要投入的能值为 5.65×1014sej；生产 1 立方米 C25、C30、C35 普通混凝土需要投入的能值分别为1.07×1015sej、1.12×1015sej和 1.17×1015sej，见表 4。

泡沫混凝土的环境负载率低于普通混凝土的环境负载率，随着普通混凝土的强度的提高，其环境负载率也呈上升趋势（图1）。泡沫混凝土的能值投资率低于普通混凝土的能值投资率，普通混凝土的能值投资率不随其的强度的提高而增加（图2）。

表3 主要材料及货币的能值转换率

表4 生产1立方不同混凝土的能值投入（单位：sej）

图1 不同混凝土的环境负载率

图2 不同混凝土的能值投资率

4 结论

能值分析理论可以定量分析产品的环境影响。泡沫混凝土的环境负载率和能值投资率均低于普通混凝土的环境负载率和能值投资率，这说明生产单位产量的泡沫混凝土对环境的影响小于普通混凝土。对于非承重的板筑墙体，采用泡沫混凝土替代普通混凝土，对减小环境的影响有重要作用。在满足结构强度的情况下，低强度的普通混凝土比高强度的混凝土具有更好的环境效率。

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[2]Odum H T,Peterson N.Simu1ation and Eva1uation with Energy Systems B1ocks[J].Eco1ogica1 Mode11ing,1996,93:155-173.

[3]贺成龙.水电工程的能值足迹模型研究及其应用[D].南京:河海大学博士论文,2013.

[4]陈丹,陈菁,关松等.基于能值理论的区域水资源复合系统生态经济评价[J].水利学报,2008,39(12):1384-1389.