粉煤灰地聚物混凝土的LCA评价

(四川大学建筑与环境学院 四川 成都 610041)

一、绪论

(一)研究背景。随着我国建筑业的不断发展，水泥的消耗量仅三年的水泥用量就达到美国一个世纪的水泥用量，水泥的总产量连续二十多年位居世界首位。而硅酸盐水泥是现代化建设中不可或缺且用量最大的建筑材料之一，其原料煅烧过程中会排放大量的CO2，据计算，每1kg普通硅酸盐水泥在其生产过程中产生0.66—0.82kgCO2，全球水泥生产所排放的CO2约占人为排放二氧化碳的5%-7%。因此发展绿色建筑，使用绿色建材是必然趋势。而地质聚合物就是一种比较理想的新型环保型建筑材料，地质聚合物是一种可由粉煤灰或高炉矿渣等工业废料为原料通过碱激发制备而成硅氧四面体与铝氧四面体聚合而成的，结构上具有空间3维网络状键接结构的无定形非晶态无机硅铝质胶凝材料。

(二)国内外研究现状。对于生命周期评价的思想最初始于二十世纪六十年代末至七十年代初，在经过无数学者的近40年的努力专研以及不断发展，其已经广泛应用于各个领域。

Louise K等采用LCA评价方法，从混凝土原材料的开采、运输、生产评估1m3粉煤灰地聚物混凝土排放量。结果表明地聚合物混凝土排碳量比普通硅酸盐混凝土低9%。G.Habert等指出由于硅酸钠溶液的严重影响，导致环境影响从全球变暖向其他的环境影响转移。章玉容、俞海勇等从全寿命周期的角度出发计算了不同强度等级1m3混凝土在原材料引入、混凝土的生产以及运输阶段所产生的碳排放，分析得到混凝土强度越高，碳排放量越大，并且原材料生产阶段的能耗和碳排放>运输阶段>制备阶段。

二、原材料

本实验中所用到的原材料包括粗集料，细集料，F级低钙粉煤灰，碱激发剂。粉煤灰为F级低钙粉煤灰：白灰色粉末，呈球形颗粒状。碱激发剂溶液是由NaOH溶液和硅酸钠溶液(水玻璃)充分混合而成，其中硅酸钠溶液由佛山中发水玻璃厂制造生产；NaOH溶液是采用纯度为98%的NaOH(颗粒状)在实验室条件下用纯水配制而成。

三、粉煤灰地聚物混凝土的LCA评价

ISO提出LCA的基本框架：目标与范围的确定，清单分析，影响评价和结果解释。本文基于该框架体系出发，进行GPC环境影响评估。

(一)目标与范围定义。从原材料生产、运输以及产品的制备阶段量化1m3GPC和OPC的二氧化碳排放量，定量分析并找出其环境影响最大的阶段。

(二)清单分析。清单分析以配合比为依据，本文的配合比数据以及碳排放因子如表1-3，并根据各种原材料的投入情况来计算相应排放，主要包括：①原材料生产过程碳排放：粉煤灰、骨料、氢氧化钠、硅酸钠、水、水泥、减水剂；②运输过程碳排放；③产品制备过程：考虑高温养护24小时碳排放为38.5kg/m3。

表1 C60 GPC配合比(kg/m3)

表2 C60 OPC配合比(kg/m3)

表3 原材料及运输过程环境影响清单

(三)全生命周期影响评价。通过亿科环境科技有限公司和四川大学可持续消费与生产研究所开发的eFootprint系统计算出所有强度下的碳排放量以及能源消耗如表4、表5。

表4 GPC碳排放量(kg/m3)

表5 OPC碳排放量(kg/m3)

根据表5、6可知，GPC的碳排放低于同强度等级的OPC，可以降低约35kg/m3-128kg/m3，约占9%-45%。GPC的原材料生产阶段的碳排放>制备阶段>运输阶段，其中原材料生产阶段的碳排放约占76%—82%，运输阶段约占7%—9%，而制备阶段，由于本文GPC采用高温养护，因此碳排放较高，约占13.46%，这一点不同于OPC。OPC原材料生产阶段的碳排放占比极大，约为94%，运输阶段约占7%，与GPC差距不大，这是由于两者原材料所选用运输工具、距离均相同且占比较小，因此在实际施工过程中，材料尽量就近购买，并选择能耗低的运输方式。

四、结论

文章主要是基于LCA基本理论，分析C60粉煤灰地聚物混凝土和普通混凝土环境影响。结果表明，粉煤灰地聚物混凝土可以有效降低碳排放量最多可以降低约45%。且粉煤灰地聚物混凝土和普通混凝土的碳排放主要贡献均在为原材料生产阶段，需要控制碱激发剂的使用以及生产工艺，并选择能耗低的运输方式就近购买材料。尤其是能源消耗，其原材料生产阶段远大于材料运输阶段以及制备阶段。