粉煤灰地聚物混凝土的LCA評價

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院 四川 成都 610041)

一、緒論

(一)研究背景。隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，水泥的消耗量僅三年的水泥用量就達到美國一個世紀的水泥用量，水泥的總產(chǎn)量連續(xù)二十多年位居世界首位。而硅酸鹽水泥是現(xiàn)代化建設(shè)中不可或缺且用量最大的建筑材料之一，其原料煅燒過程中會排放大量的CO2，據(jù)計算，每1kg普通硅酸鹽水泥在其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生0.66—0.82kgCO2，全球水泥生產(chǎn)所排放的CO2約占人為排放二氧化碳的5%-7%。因此發(fā)展綠色建筑，使用綠色建材是必然趨勢。而地質(zhì)聚合物就是一種比較理想的新型環(huán)保型建筑材料，地質(zhì)聚合物是一種可由粉煤灰或高爐礦渣等工業(yè)廢料為原料通過堿激發(fā)制備而成硅氧四面體與鋁氧四面體聚合而成的，結(jié)構(gòu)上具有空間3維網(wǎng)絡(luò)狀鍵接結(jié)構(gòu)的無定形非晶態(tài)無機硅鋁質(zhì)膠凝材料。

(二)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。對于生命周期評價的思想最初始于二十世紀六十年代末至七十年代初，在經(jīng)過無數(shù)學(xué)者的近40年的努力專研以及不斷發(fā)展，其已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

Louise K等采用LCA評價方法，從混凝土原材料的開采、運輸、生產(chǎn)評估1m3粉煤灰地聚物混凝土排放量。結(jié)果表明地聚合物混凝土排碳量比普通硅酸鹽混凝土低9%。G.Habert等指出由于硅酸鈉溶液的嚴重影響，導(dǎo)致環(huán)境影響從全球變暖向其他的環(huán)境影響轉(zhuǎn)移。章玉容、俞海勇等從全壽命周期的角度出發(fā)計算了不同強度等級1m3混凝土在原材料引入、混凝土的生產(chǎn)以及運輸階段所產(chǎn)生的碳排放，分析得到混凝土強度越高，碳排放量越大，并且原材料生產(chǎn)階段的能耗和碳排放>運輸階段>制備階段。

二、原材料

本實驗中所用到的原材料包括粗集料，細集料，F(xiàn)級低鈣粉煤灰，堿激發(fā)劑。粉煤灰為F級低鈣粉煤灰：白灰色粉末，呈球形顆粒狀。堿激發(fā)劑溶液是由NaOH溶液和硅酸鈉溶液(水玻璃)充分混合而成，其中硅酸鈉溶液由佛山中發(fā)水玻璃廠制造生產(chǎn)；NaOH溶液是采用純度為98%的NaOH(顆粒狀)在實驗室條件下用純水配制而成。

三、粉煤灰地聚物混凝土的LCA評價

ISO提出LCA的基本框架：目標與范圍的確定，清單分析，影響評價和結(jié)果解釋。本文基于該框架體系出發(fā)，進行GPC環(huán)境影響評估。

(一)目標與范圍定義。從原材料生產(chǎn)、運輸以及產(chǎn)品的制備階段量化1m3GPC和OPC的二氧化碳排放量，定量分析并找出其環(huán)境影響最大的階段。

(二)清單分析。清單分析以配合比為依據(jù)，本文的配合比數(shù)據(jù)以及碳排放因子如表1-3，并根據(jù)各種原材料的投入情況來計算相應(yīng)排放，主要包括：①原材料生產(chǎn)過程碳排放：粉煤灰、骨料、氫氧化鈉、硅酸鈉、水、水泥、減水劑；②運輸過程碳排放；③產(chǎn)品制備過程：考慮高溫養(yǎng)護24小時碳排放為38.5kg/m3。

表1 C60 GPC配合比(kg/m3)

表2 C60 OPC配合比(kg/m3)

表3 原材料及運輸過程環(huán)境影響清單

(三)全生命周期影響評價。通過億科環(huán)境科技有限公司和四川大學(xué)可持續(xù)消費與生產(chǎn)研究所開發(fā)的eFootprint系統(tǒng)計算出所有強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)

根據(jù)表5、6可知，GPC的碳排放低于同強度等級的OPC，可以降低約35kg/m3-128kg/m3，約占9%-45%。GPC的原材料生產(chǎn)階段的碳排放>制備階段>運輸階段，其中原材料生產(chǎn)階段的碳排放約占76%—82%，運輸階段約占7%—9%，而制備階段，由于本文GPC采用高溫養(yǎng)護，因此碳排放較高，約占13.46%，這一點不同于OPC。OPC原材料生產(chǎn)階段的碳排放占比極大，約為94%，運輸階段約占7%，與GPC差距不大，這是由于兩者原材料所選用運輸工具、距離均相同且占比較小，因此在實際施工過程中，材料盡量就近購買，并選擇能耗低的運輸方式。

四、結(jié)論

文章主要是基于LCA基本理論，分析C60粉煤灰地聚物混凝土和普通混凝土環(huán)境影響。結(jié)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約45%。且粉煤灰地聚物混凝土和普通混凝土的碳排放主要貢獻均在為原材料生產(chǎn)階段，需要控制堿激發(fā)劑的使用以及生產(chǎn)工藝，并選擇能耗低的運輸方式就近購買材料。尤其是能源消耗，其原材料生產(chǎn)階段遠大于材料運輸階段以及制備階段。