再生混凝土路面磚生命周期環境成本的計算

■郝敬東 ■江蘇揚建集團有限公司，江蘇 揚州 225009

在現代城市建設中，混凝土路面磚是需求量較大的建筑材料。傳統的混凝土路面磚因大量使用天然骨料，而導致山石自然資源被過度開發。利用廢棄混凝土生產再生骨料并用于制作路面磚，一方面可以解決廢棄混凝土污染環境問題，另一方面可以節約大量的天然骨料，延緩山石的開采速度，保護自然資源。因此，再生混凝土路面磚具有廣闊的產業化的前景，又符合社會可持續發展的要求。再生混凝土路面磚作為新型建筑產品，在全面推向市場以前，應評估其對環境的影響。本文引入產品生命周期環境成本的概念，將再生混凝土路面磚對環境的影響通過環境成本進行量化，為再生混凝土路面磚全壽命周期成本的評價奠定基礎。

1 生命周期環境成本基本理論

產品生命周期環境成本(Life cycle environmental costs，LCEC)是指與產品原材料生產、產品制造、運銷、使用和最終報廢處理全過程相關的環境成本。這種成本不但包括環境實物型損失，如由于環境質量下降造成的產品產量、質量下降以及人體健康損害等;還包括環境功能性損失，如休閑娛樂和景觀美學價值的損失。

對某一件產品而言，其生命周期環境負荷相對于一個地區或工程項目而言本身并不算大，而且涉及的地域范圍廣、時間跨度大，對環境的影響也很少是單獨作用的。所以必須找到適于工業產品的LCEC。

要得到產品LCEC，需要兩個主要的參數:一是產品生命周期總的環境負荷(environmental loads，EL)數據;二是平均單位環境負荷造成的經濟損失(Unit environmental cost，UEC)。EL 可由生命周期評價(LCA)中的生命周期清單分析獲得，而UEC 則必須通過一定的方法計算得到。產品生命周期環境成本的計算公式:

ELi—某種環境負荷量;UECi—該種環境負荷的單位成本;i—環境脅迫的種類。

2 研究對象的界定

2.1 再生混凝土路面磚的技術性能描述

本文研究對象為C30 再生混凝土路面磚，生產規格為250mm ×250mm×50mm，主要用于城市廣場與道路。技術指標:原材料有水泥、砂子、石子、水、再生細骨料、再生粗骨料，不考慮摻入外加劑，粗骨料粒徑范圍5mm～15mm，再生骨料的取代率為70%。再生混凝土路面磚的28 天抗壓強度為32.6MPa，抗折強度為4.2MPa［1］。根據配制強度，確定1m3的再生混凝土路面磚材料用量，如表1 所示。

表1 C30 再生混凝土各種材料的用量

2.2 再生混凝土路面磚的制備工藝流程

再生混凝土路面磚的制作流程分為四個階段，分別為材料制備階段(再生骨料制作階段)、制作準備階段(包括材料選購、計算、計量等準備工作)、制作階段(包括再生混凝土制作、裝模、振動等工作)、養護成型階段(包括養護、拆模、清理模具、成品養護等工作)［1］，如圖1 所示。

圖1 再生混凝土路面磚生產成型工藝流程

2.3 再生混凝土骨料的制備工藝流程

再生混凝土骨料的制備工藝流程如圖2 所示。采用固定式建筑垃圾再生利用設備，每小時破碎約125 噸左右。首先將大粒徑的廢棄混凝土破碎為粒徑小于等于500mm 的廢棄混土塊體;然后通過ZSW 型震動給料機均勻的輸送至PE 型鄂式破碎機進行一級破碎;再進入YA型圓振動篩分機篩分后進入PE 型反擊破碎機二級破碎，最終獲得成品料0～5mm、5mm～15mm、15mm～30mm 三種規格的再生骨料，在整個過程中采用離心通風機進行吸塵處理［1］，［2］。

3 再生混凝土路面磚生命周期環境成本的計算

3.1 時間邊界的取定

再生混凝土路面磚生命周期包括天然骨料的生產與運輸，廢棄混凝土的拆除及運輸，再生骨料的生產、再生混凝土的生產、再生混凝土路面磚的生產、再生混凝土路面磚施工及使用、再生混凝土路面磚的拆除與回收。本文旨在評估生產再生混凝土路面磚產品對環境的影響，且考慮再生混凝土路面磚在使用與拆除階段對環境的影響較小，因此將研究時間邊界定義為:以再生混凝土原材料生產為起點，以再生混凝土路面磚生產成型為終點，計算在該生命周期1m3再生混凝土路面磚的環境成本。

3.2 再生混凝土路面磚生命周期環境負荷(EL)計算

根據表1 所示C30 再生混凝土配合比，參考再生混凝土生命周期過程的環境數據，計算出再生混凝土路面磚在生產過程中煤、電、燃料的能耗，再根據公共系統環境數據和相關文獻，計算因能耗而產生的廢氣及固體廢棄物的量。

3.2.1 確定再生混凝土生產過程中能源消耗的數據

再生混凝土生命周期環境數據，如表2 所示。

表2 再生混凝土生命周期環境數據

圖2 再生骨料制作流程

3.2.2 計算各種能源的消耗量

(1)煤的消耗量。煤的使用主要集中在水泥制備的過程中。通過再生混凝土生命周期過程的環境數據表，計算1m3再生混凝土所需水泥的煤的消耗量:M煤=357Kg×204.4Kg/103Kg=72.97Kg

(2)電的消耗量。再生混凝土路面磚生產的全過程電能消耗量計算:

①水泥生產階段

②再生骨料生產階段。如果全部為天然骨料，則開采所需電能為:

因為本文研究的是取代率為70%的再生混凝土所生產的路面磚，所以再生骨料占70%。所以再生骨料的開采與生產所需的電能為:

30%的天然骨料的開采所需的電能為:

則再生骨料生產過程中，本身用電=W電1=25.60Kw.h

③再生混凝土生產階段。由表1 可知，1m3混凝土對應消耗電能2Kw.h。因為本文研究對象為1m3再生混凝土的路面磚的環境成本，所以在此階段用電量為2Kw.h。

④再生混凝土路面磚生產階段。經查閱資料及計算可知，1m3混凝土消耗電能2Kw.h，且1m3混凝土可以生產0.991m3的再生混凝土路面磚，因此W電=1.82Kw.h。

(3)柴油消耗量。水泥和原材料的運距分別按5Km 和30Km 考慮，通過參考公用系統環境數據數值，計算出各階段柴油消耗量。具體消耗量如下:

①水泥生產階段:則V柴=(0.357/5)3 ×0.02=0.04L

②再生集料生產階段:

再生混凝土生產以及再生混凝土路面磚生產階段，根據公共系統數據及翻閱大量的文獻，得知兩個階段的耗油量分別為1.17L 和1.14L。綜合上述數據，各階段能量消耗，如表3 所示。

表3 各階段能量消耗匯總表

3.2.3 能耗產生的廢氣及固體量

根據各階段不同能耗的消耗量，結合公共系統環境數據下表，可求出因能耗所產生的廢棄及廢棄固體的量，公用系統環境數據如表4 所示。

表4 公用系統環境數據

在水泥生產階段，由表二可知此階段中煤、電能、柴油均會產生廢氣。1m3的再生混凝土需水泥357Kg，根據表1(再生混凝土生命周期過程的環境數據)我們可知:生產103Kg 水泥，將產生CO2為885Kg;CO1.15E -2Kg;CxHy2.73E -2Kg;NOx1.533Kg;SO20.354Kg;廢棄物40Kg。則各氣體產生量為:

同樣的方法，分別計算再生骨料生產階段、天然骨料生產階段、再生混凝土生產階段、再生混凝土路面磚生產階段的廢氣及固體廢棄物的排放，計算結果如表5 所示。

表5 單位體積再生混凝土路面磚廢氣及廢棄固體匯總表

3.3 再生混凝土路面磚單位環境負荷造成的經濟損失(UEC)的確定

再生混凝土路面磚單位環境負荷造成的經濟損失(UEC)即再生混凝土環境輸出物質的處理單價成本，見表6。

表6 再生混凝土環境輸出物質的處理單價成本

3.4 單位體積再生混凝土路面磚環境成本的計算

通過再生混凝土環境輸出物質的處理單價成本，可分別對單位體積混凝土生產的路面磚過程中排放的氣體進行成本匯總，如表7 所示。

表7 單位體積再生混凝土路面各階段環境成本匯總表

表8 再生混凝土路面磚各階段CO2處理成本分析

3.5 環境成本的評價

(1)C30 再生混凝土路面磚CO2處理成本占環境成本的90.98%，是影響環境成本主要因素。根據表8 可知，CO2主要來源于水泥生產階段，所占比重89.72%，其次是再生骨料生產階段，占6.99%，再生混凝土生產及再生混凝土路面磚生產階段影響較小。(2)在配合比設計時，減少水泥的用量是減少再生混凝土路面磚壽命周期環境成本的最有效途徑。其次，通過盡量減少再生骨料和天然骨料的運輸距離來降低因燃油和電能消耗產生的CO2的排放。再生混凝土生產階段及再生混凝土路面磚生產階段因CO2排放量較低，可不作為重點控制。(3)1m3C30 再生混凝土路面磚生命周期環境成本僅為19.36 元，說明其對環境影響較小，比較節能環保，值得積極推廣應用。

4 結語

本文以再生骨料取代率為70%的C30 再生混凝土路科學的面磚為研究對象，引入產品生命周期環境成本概念，分析了再生混凝土路面磚生命周期環境成本，再生骨料生產、再生混凝土生產及再生混凝土路面磚生產階段的環境成本所占比重僅為10.28%，說明再生混凝土路面磚產業化對保護環境和節約天然山石資源，維護生態平衡有著深遠的意義。在此呼吁全社會重建筑垃圾再生利用，大力推廣再生混凝土產品，使混凝土走可持續發展道路，造福社會。

［1］吳書安，蔣業浩，王欣，等.再生混凝土路面磚全壽命周期碳排放的計算［J］.施工技術，2014(12):32 -36.

［2］周軍，王欣，周平華，等.混凝土骨料再生設備及工藝研究［J］.混凝土，2008(1):125 -127.

［3］李瑩，基于LCA 的再生混凝土應用的經濟性分析［D］.青島:山東科技大學，2008.