淺析雙碳目標下減碳固碳建筑材料展望

劉志中，王平

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

1 引言

建筑材料是建筑領域碳排放的主要來源，對全球變暖有一定的影響，需要對建筑材料的碳排放特點進行分析，加深對建筑材料的了解，使減碳固碳技術得到有效運用。減碳固碳是改進建筑的材料的重要方法，需要對建筑材料的組成進行分析，增強建筑材料的固碳作用，同時確保建筑材料使用的合理性，避免出現材料濫用現象，使建筑材料能夠滿足碳排放指標。

2 雙碳目標下減碳固碳建筑材料相關概述

2.1 碳排放特點

建筑領域的碳排放主要來自建筑材料，需要對碳排放的特點展開分析，使碳排放能夠符合指標要求。碳排放對生態環境的影響較大，建筑生產過程中，伴隨著碳排放的進行，會對環境造成嚴重的影響，因而應對建筑材料的碳排放進行控制。首先需要對碳排放量進行精準計算，對建筑生產過程進行分析。碳排放量的計算公式為：

式中，A為碳排放量；Bi為能源i的消耗量，按標準煤計算；Ci為能源i的消耗系數；i為能源種類。

通過式（1）可以對不同資源的排放情況進行對比分析。據相關資料統計，建筑全過程碳排量如圖1所示，在生產、施工、運行過程中，均伴隨著二氧化碳的排放，年均碳排量達到49.3 t，對環境具有顯著的影響。由此可見，建筑減排應進行全面控制，將碳排放量限制在一定水平，增強建筑材料的固碳作用，提高對碳排放的控制效果[1]。

圖1 建筑全過程CO2排放量（單位：×108 t）

2.2 減碳路徑分析

2.2.1 生產方面

建筑材料生產過程中，將伴隨二氧化碳的生成，需要從生產角度對碳排放進行分析，進而對生產過程進行改進。以鋼鐵建材為例，生產過程中會消耗大量的電能，同時需要煤炭來提供熱源，不僅會增加二氧化碳的排放量，還會伴隨著資源的消耗，不利于生產成本的控制。傳統的煉鋼法對資源的消耗較大，需要進行降碳減排方面的控制，采用高效率的煉鋼形式，提高鋼材生產的節能控制效果。因此，建材生產應向減排方向改進，合理對減排技術進行應用，如電弧爐冶煉技術，能顯著降低生產中的碳排放量，提高碳排放控制的穩定性。

技術改進是碳排放控制的重要手段，能夠增強對碳排放的控制作用。一方面，需要對生產原料進行改進，提高材料的固碳效果，防止二氧化碳擴散到空氣中。另一方面，需要對生產技術進行改進，注重生產過程的低碳控制，降低二氧化碳的排量，提高碳排放量控制的穩定性。

2.2.2 應用方面

建筑材料應用過程中，會伴隨著二氧化碳的產生，需要重視材料使用環節的控制，加強對碳排放的控制效果，保證材料使用的合理性。建筑施工過程中，需要使用節能型材料，減少施工過程碳排放量。碳排放控制過程較為復雜，應注重材料的品質和性能，避免使用劣質高碳的材料，否則會增加碳排放量，不利于減碳固碳的控制。同時，需要對材料的用量進行控制，提高施工材料的利用率，減少建筑材料的用量，進而減少二氧化碳的產生。另外，需要注重新型建造技術的推廣，如裝配式建筑、木結構等，提升建筑結構的固碳優勢，采用綠色施工的方式。材料應用過程中，需要采取施工管理措施，確保施工技術使用的規范性，使建材能夠充分發揮固碳作用。

3 雙碳目標下減碳固碳建筑材料技術改進

3.1 混凝土固碳

混凝土是建筑施工的主要材料，需要注重固碳技術的應用，限制混凝土的碳排放量，降低二氧化碳的生成量。混凝土是常用的建筑材料，在建筑總材料中占據70%以上，因此，對混凝土采用固碳技術非常重要。混凝土固碳技術主要是對工業生產中產生的二氧化碳進行回收利用，提高二氧化碳的利用率實現混凝土的固碳效果。混凝土固碳過程中，起到固碳作用的物質為鈣鎂組分，能夠與二氧化碳發生反應，將其固定在混凝土中，而且能夠對碳量進行鎖定，防止二氧化碳溢出混凝土體系外，使固碳技術得到有效應用。固碳技術對混凝土性能具有積極影響，一方面，可以降低水泥的用量，節約一部分原料的使用，降低二氧化碳的排放量。另一方面，碳含量增加后，能夠提高混凝土的強度，保證混凝土的性能指標。

圖2所示為固碳技術對混凝土性能的影響。由圖2可知，固碳技術具有顯著的減碳固碳效果，在用量方面，水泥含量降低了7%；在強度方面，混凝土的28 d強度提高了10%，因而采用混凝土固碳技術具有可行性。

圖2 固碳技術對混凝土性能的影響

3.2 混凝土添加劑

混凝土添加劑具有一定的固碳效果，需要注重外添加劑的使用，滿足混凝土的固碳需求。需要注意的是，添加劑有用量限制，即用量不能超過水泥的5%，否則會對混凝土結構造成影響，導致其性能指標下降。以聚羧酸減水劑為例，需要將其用量控制在5%以下，并且需要對混凝土的強度進行檢驗，確保減水劑使用的合理性。混凝土減水劑檢驗指標見表1。通過檢測結果可知，混凝土的各項指標均在標準范圍內，表明減水劑的使用質量良好。然而，添加劑在使用過程中會產生一定量的二氧化碳，增加碳排放量，因而需要對添加劑進行改進，通過添加劑實現固碳效果。

表1 減水劑對混凝土性能指標的要求

研究表明，納米級二氧化鈦具有良好的固碳效果，可以作為添加劑進行使用，不僅可以提高混凝土的性能，還能吸收空氣中的二氧化碳，優化室內空氣環境的質量。另外，納米級二氧化鈦還能吸收空氣中的氮氧化物，具有凈化空氣的作用，降低空氣中有害物質的含量，有顯著的應用優勢[2]。

3.3 碳負性水泥

碳負性水泥是一種環保型建筑材料，具有廣泛的市場前景，能夠對碳排放量進行控制。傳統的水泥材料由碳酸鈣分解制成，會產生大量的二氧化碳，每噸水泥碳排放量可以達到0.8 t。經過對生產原料進行改良，采用鎂鋁鹽取代碳酸鈣進行生產，能從根本上限制碳排放量，將每噸水泥的碳排放量控制在0.5 t以下，提高對碳排放的控制效果。鎂鋁鹽是生產碳負性水泥的主要原料，對二氧化碳具有一定的吸收作用，對其他材料的碳排放進行彌補，增強碳負性水泥的優勢。以鎂鋁鹽作為原料，能夠對生產環境的溫度進行控制，與碳酸鈣煅燒相比，將生產溫度由1 500℃降至600℃，能降低煤炭資源的消耗，降低水泥生產的碳排放量。以鎂硅酸鹽為例，全球具有豐富的資源總量，儲糧可以達到1×1013t，將其作為生產原料具有可行性，鎂硅酸鹽能夠與二氧化碳反應生成MgCO3，進而起到固碳作用，降低空氣中的二氧化碳含量。碳負性是建筑材料生產的重要指標，有助于生產工藝的全面改進，提高生產過程的控制效果，對生產過程進行穩定控制。

3.4 混凝土新型膠凝材料

膠凝材料是組成混凝土的重要物質，在生產過程中，需要對膠凝材料進行改進，采用新型的膠凝材料降低生產中混凝土的碳排放量。在傳統生產方式中，膠凝材料主要為粉煤灰、礦渣等材料，會產生大量的二氧化碳，不利于減碳。對于新型凝膠材料，采用黏土、石灰石組成復合材料，能提高混凝土的綠色低碳效果，保證混凝土得到有效運用，并且不會影響混凝土的性能。新型黏膠材料采用煅燒的方式進行生產，煅燒過程處于堿性條件下，即使二者的摻量達到40%以上，混凝土仍然具有良好性能，因而新型膠凝材料可以代替一部分膠凝材料使用，進而對碳排放量進行控制。新型膠凝材料能降低水泥熟料的用量，對水泥生產的碳排放量進行控制，提高碳排放量的控制效果，構建完善的低碳水泥體系[3]。在新型膠凝材料的影響下，能降低30%～40%的碳排放量，具體情況如圖3所示。另外，在新型膠凝材料的作用下，能減少20%的熱能要求，降低煤炭資源的消耗，使燃煤得到充分利用。

圖3 新型膠凝材料碳排放量

3.5 低碳保溫材料

建筑施工過程中，需要注重低碳保溫材料的應用，從工藝層面降低碳排放量，提高對二氧化碳的限制作用。低碳保溫材料的種類較多，包括擠塑板、聚苯板、巖棉等，選擇建筑材料時，應合理選擇材料，確保低碳控制的穩定性。以GRAMITHERM有機保溫材料為例，其主要成分為草纖維，導熱系數為0.04 W/（m·K），有良好的保溫性能。與聚丙苯保溫材料相比，該材料碳排放量少，并且可以吸收二氧化碳的作用，每千克GRAMITHERM有機保溫材料可以吸收1.4 kg二氧化碳，而且吸收量要大于排放量，使該材料具有碳負性優勢，對空氣具有較強的凈化作用，屬于保溫兼環保材料，有利于營造良好的室內環境。因此，需要注重新型材料的研究，提高建筑材料的技術優勢，使碳排放量能夠負增長。

4 結語

綜上所述，建筑材料具有較高的碳排放量，會影響雙碳目標的實現，需要以減碳固碳技術作為基礎，對建筑材料進行改進，提高建筑材料的固碳效果，降低二氧化碳的排放量，使雙碳目標得到落實。通過減碳固碳技術生產出綠色材料，便于采取綜合化的減碳措施，保證碳排放的控制作用。