特别策划：预拌混凝土低碳化

胡曙光（武汉理工大学，教授）

张遂彩（中国商品混凝土行业企业专委会主任委员，高工）

“双碳”已成为国家长期发展战略。以水泥混凝土为代表的建筑材料作为世界上最大宗的人工制备材料，在为人类社会发展作出重要贡献的同时，也产生了巨量碳排放污染的问题。如何科学研发和有效应用碳减排技术，是我们当前面临的一项紧迫而艰巨的任务。

在建材行业中，水泥生产提供了 80% 以上的碳排量，而水泥碳排放又转手带给了混凝土。据统计，混凝CO2排放量占到总排放量的 14.5% 以上。因此低碳混凝土技术的研发和应用，对“双碳”目标的实现具有举足轻重的作用。

低碳混凝土技术的概念

“低碳混凝土技术”是指在混凝土生产、使用过程中，采用新的技术方法与已有通用技术相比，能够直接或间接降低碳排放的技术。其次，我们要知道混凝土的碳排放的来源。研究表明，从生产的角度，混凝土的碳排放包括：原材料生产燃料动力带入、混凝土生产过程动力产生、混凝土运输过程燃油产生。研究显示，混凝土碳排放量的 90% 以上来自于原料带入，主要是水泥。从使用的角度，混凝土的质量决定其使用效能和寿命，建筑产品和工程的使用周期越长，其碳排量的单位分摊则越低。

低碳水泥技术的研发与应用

混凝土碳排量的 90% 以上来源于水泥，这说明低碳水泥对于建筑碳减排的极端重要性。水泥工业已开展了卓有成效的碳减排工作，并初步形成低碳水泥技术研发和生产技术应用的发展方向，提出了完成“双碳”任务的时间表和路线图。近几年，武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室已取得一些理论创新和技术应用的成果，主要包括：

（1）创新基于大替代量非化石燃料和非碳钙质原料的水泥熟料烧成理论，研发与之相适应的烧成装备改进和系统稳控生产技术，开发非化石替代燃料实用技术。

（2）开展水泥富氧燃烧技术中试，提高燃料的有效燃烧率，提高 CO2富集浓度，以便于收集利用。

（3）创新 CO2吸收矿化新材料体系理论，研发基于此的低碳矿物和碳矿化材料制品与结构，开发碳酸钙新材料体系，这是一项变革性的水泥碳减排技术。

（4）系统研发和加大工业固废在水泥生产和混凝土工程中的应用，创新固废粉体多重活化和多元复合理论与技术，提高固废的水化胶凝活性，增加混合材与矿物掺和料的掺用量，减少水泥熟料用量，开发非碳钙质固废作为水泥原料利用技术。

低碳混凝土的技术路线和研发应用

基于混凝土碳排放的构成，混凝土的碳减排技术路线应该很清晰，一是在混凝土中少用水泥，直接减少碳排放；二是提高混凝土的质量，使其具有好的性能和长寿命，间接减少碳排放。

1 混凝土中少用水泥技术

混凝土中少用水泥技术主要包括：（1）多用矿物掺合料替代水泥；（2）采用工业固废、尾矿、建筑垃圾替代骨料等原料；（3）采用可循环设计混凝土材料体系；（4）充分发挥胶凝材料的水化胶凝活性。

举例：C30 混凝土配方常用 P·O42.5 水泥量为350kg/m3，P·O42.5 水泥的 CO2排放量约为 750kg/t.c，采用矿物掺合料 150kg/m3的替代水泥的配方，可计算减少碳排量 113kg/m³，减少幅度为 43%。

2 提高混凝土质量技术

此处所指为广义混凝土质量，包括混凝土的物理化学性能、力学性能、耐久性和寿命等。提高混凝土质量技术包括：（1）研发应用最优化的混凝土配方设计；（2）形成最佳混凝土结构与性能；（3）采用高技术混凝土（高性能混凝土、超高性能混凝土、复合结构混凝土等）技术。

比如，现有混凝土配料设计较粗放，并没有达到原料组成与结构的最优化，一方面造成材料浪费，如普遍存在的多用高碳排放水泥；另一方面混凝土结构较易形成内部孔隙等缺陷，造成耐久性能劣化。又比如，混凝土建筑的使用寿命若从 50 年提升至 100 年，则使碳排量减摊一半。

推进低碳混凝土技术的 5 点建议

（1）修改、完善现有不利于低碳混凝土的标准规范，如：取消一些对材料用量的非理性限定，降低对一些结构的早期强度不必要的要求等，以合理降低水泥的用量，提高水泥的利用率。又比如，对水泥中混合材和混凝土中掺合料的共同使用混乱问题，应建立更明确清晰的分类与划分标准，以避免混凝土设计时对材料成分不清而造成浪费或影响质量。

（2）研发更为科学合理的混凝土配比设计方法，推进混凝土设计从经验粗放式向智能精准化转变，以提升混凝土颗粒堆积的密实度，减少水泥用量，提高混凝土质量。

（3）将替代原材料、再生混凝土纳入“低碳混凝土”体系，在有关混凝土材料生产碳排放计算和评价方法中予以明确，以鼓励和推进相关碳减排技术的应用。

（4）推进低碳混凝土变革性技术研发工作，开发绿色低碳先进水泥生产技术，开展混凝土可循环设计与制备技术，新型复合结构混凝土技术，实现节约资源和减少碳排放的目的。

（5）加快推进水泥行业纳入全国碳排放注册登记和交易系统，以创造更好的工作条件，有利于增强碳汇，引导资金、技术和人才等资源要素流向绿色低碳发展领域，助推建材建筑行业碳减排。

作为预拌混凝土企业，首先要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，坚定不移贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，坚持绿色低碳，聚焦科技发展前沿及市场发展需求，积极参与和推动行业创新发展，强化企业创新主体，主动拓展市场需求，积极推广和应用绿色低碳混凝土。

具体可以在以下方面多下功夫：

（1）混凝土原材料、掺合料等方面：

1）开发和使用不同品位原材料，实现骨料最大密度和最小空隙率，通过有效降低胶凝材料用量，生产低碳混凝土。

2）精心设计混凝土配合比，根据所做工程项目中混凝土不同的服役环境，按照国家、行业、地方现行标准规范的要求，用好、用足矿物掺合料，生产制造低碳混凝土。

（2）开发利用再生骨料。通过固废深加工利用，提升固废作为骨料在混凝土中的应用，生产再生混凝土。

（3）推广应用性能调节型材料，生产功能混凝土。开发和应用具有环保、保温、功能材料载体，生产轻骨料保温混凝土、透水混凝土、生态植被混凝土等。

（4）推广应用预制构件。

以设计为引领，开发可拆卸、可多次重复使用、高性能和超高性能预制混凝土建筑制品和工程构件，进一步提升混凝土对装配式建筑工程绿色低碳的贡献。

（5）在企业内部进行精细化管理，通过加快推进管理信息化、生产智能化，通过再造生产和业务流程，延伸产业链，推动企业从单一的预拌混凝土产品向预拌砂浆、预制混凝土产品制造等产品生产销售，向材料与工程设计、产品定制、柔性生产制造、施工技术服务等一体的集成服务商和方案解决者转型发展，实现质量、效率和效益的全面提升。

综上所述，为推动低碳混凝土的发展，则需要水泥行业生产低碳水泥，预拌混凝土企业使用低碳胶凝材料、优良的外加剂、用完全符合现行标准的固废替代砂石等，来生产低碳混凝土，在工程上使用好低碳混凝土，从而提高混凝土的耐久性、延长建筑物的使用寿命，达到长久的降碳目的。