混凝土的生態性能比較研究

胡燁璐HU Ye-lu；童利軍TONG Li-jun；賀成龍HE Cheng-long

（①嘉興學院建筑工程學院，嘉興 314001；②浙江華洲國際設計有限公司嘉興分公司，嘉興 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備、力學性能和熱工性能物理指標的研究與比較，對混凝土的生態性能的研究較少。能值分析理論為量化評價生態系統產品及服務的價值提供了一個能量學的基礎。它將生態經濟系統中不同種類、不同級別、不可比較的能量轉換成同一標準--能值，從而實現對社會—經濟—生態復合系統的統一評價。為此，文章引入能值分析理論，以實現對混凝土的生態性能評價。

1 能值分析理論

能值（Emergy，英文拼寫帶一個字母“M”），不同于能量（Energy），是一個新的科學概念和度量標準，是指某種流動或貯存的能量中所包含的另一種能量的數量。地球上的能量都直接或間接來源于太陽能,故常以太陽能為基準來衡量其它各種能量的能值。任何資源、產品或勞務形成所需的太陽能之量，就是其太陽能值（so1ar emergy），其單位是太陽能焦耳（so1ar emergy jou1e，sej）。能值轉換率是指提供單位產出所需要投入的能值[1]，其基本單位為太陽能值焦耳每焦耳（sej/J）。如形成1J木材的能量需要34900太陽能焦耳，那么木材的能值轉換率就是34900 sej/J。能值（E）等于能量（B）與能值轉換率（τ）的乘積[2]：

應用能值可定量分析資源環境與經濟活動的真實價值以及它們之間的關系，有助于經濟發展中對自然資源的科學評價與合理使用。能值可以衡量和比較生態系統中不同等級能量的真實價值和貢獻，被認為是聯結生態學和經濟學的橋梁，具有重大科學意義和實踐意義。在理論上，能值分析為資源的生態性能開辟了定量分析研究的新方法。

2 生態性能評價指標

通過能值分析，可得出相應的能值指標，以定量分析產品系統的結構和功能。如，可用環境負載率（Environment Load Ratio，ELR）來評價產品系統的環境壓力[3]；用能值投資率（Emergy Invest Ratio，EIR）來單位產品的能值投入。

環境負載率越高，表明產品系統對環境的沖擊越大。環境負載率為投入系統不可更新能源的能值總量（EmN,sej）與可更新能源投入能值總量（EmR,sej）之比：

能值投資率越大，說明生產單位價值的產品需要投入的能值越多。能值投資率等于生產單位產品的能值總投入與產品的市場價格（P，yuan）與之比：

3 計算與結果

本研究選用某建筑保溫材料有限公司生產的TY250型發泡混凝土板和C25、C30、C35三種不同強度等級的普通混凝土作為研究對象。TY250型泡沫混凝土板以42.5的R型普通硅酸鹽水泥，Ⅰ級粉煤灰和主要成分為纖維、穩泡劑、硬脂酸鈣、雙氧水的發泡劑為主要材料，經發泡、成型、養護、切割等工藝制成。普通混凝土選用42.5的R型普通硅酸鹽水泥、碎石、中砂加水在標準條件下制作養護成型。表1、表2分別是泡沫混凝土和不同等級的普通混凝土的材料組成。發泡劑中的纖維市場價格為135元/kg，穩泡劑為20元/kg，硬脂酸鈣為9.5元/kg，雙氧水為1.6元/kg。目前的泡沫混凝土的市場價格為630元/m3、C25普通混凝土為 399元/m3、C30為 414元/m3、C35為 441元/m3。根據表1，生產1立方米泡沫混凝土需要花費140元的發泡劑。生產1立方米泡沫混凝土和普通混凝土的人工及其他成本分別為123元和78元。

表1 每立方泡沫混凝土的材料組成 （單位：kg）

表2 每立方不同強度等級普通混凝土的材料組成（單位：kg）

本研究中涉及的工業用水、水泥、粉煤灰、碎石、中砂、發泡劑、貨幣等的能值轉換率見表3。

根據式（1），生產1立方米TY250型泡沫混凝土需要投入的能值為 5.65×1014sej；生產 1 立方米 C25、C30、C35 普通混凝土需要投入的能值分別為1.07×1015sej、1.12×1015sej和 1.17×1015sej，見表 4。

泡沫混凝土的環境負載率低于普通混凝土的環境負載率，隨著普通混凝土的強度的提高，其環境負載率也呈上升趨勢（圖1）。泡沫混凝土的能值投資率低于普通混凝土的能值投資率，普通混凝土的能值投資率不隨其的強度的提高而增加（圖2）。

表3 主要材料及貨幣的能值轉換率

表4 生產1立方不同混凝土的能值投入（單位：sej）

圖1 不同混凝土的環境負載率

圖2 不同混凝土的能值投資率

4 結論

能值分析理論可以定量分析產品的環境影響。泡沫混凝土的環境負載率和能值投資率均低于普通混凝土的環境負載率和能值投資率，這說明生產單位產量的泡沫混凝土對環境的影響小于普通混凝土。對于非承重的板筑墻體，采用泡沫混凝土替代普通混凝土，對減小環境的影響有重要作用。在滿足結構強度的情況下，低強度的普通混凝土比高強度的混凝土具有更好的環境效率。

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