再生混凝土路面磚生命周期環(huán)境成本的計(jì)算

■郝敬東 ■江蘇揚(yáng)建集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009

在現(xiàn)代城市建設(shè)中，混凝土路面磚是需求量較大的建筑材料。傳統(tǒng)的混凝土路面磚因大量使用天然骨料，而導(dǎo)致山石自然資源被過度開發(fā)。利用廢棄混凝土生產(chǎn)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(huán)境問題，另一方面可以節(jié)約大量的天然骨料，延緩山石的開采速度，保護(hù)自然資源。因此，再生混凝土路面磚具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化的前景，又符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求。再生混凝土路面磚作為新型建筑產(chǎn)品，在全面推向市場(chǎng)以前，應(yīng)評(píng)估其對(duì)環(huán)境的影響。本文引入產(chǎn)品生命周期環(huán)境成本的概念，將再生混凝土路面磚對(duì)環(huán)境的影響通過環(huán)境成本進(jìn)行量化，為再生混凝土路面磚全壽命周期成本的評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。

1 生命周期環(huán)境成本基本理論

產(chǎn)品生命周期環(huán)境成本(Life cycle environmental costs，LCEC)是指與產(chǎn)品原材料生產(chǎn)、產(chǎn)品制造、運(yùn)銷、使用和最終報(bào)廢處理全過程相關(guān)的環(huán)境成本。這種成本不但包括環(huán)境實(shí)物型損失，如由于環(huán)境質(zhì)量下降造成的產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量下降以及人體健康損害等;還包括環(huán)境功能性損失，如休閑娛樂和景觀美學(xué)價(jià)值的損失。

對(duì)某一件產(chǎn)品而言，其生命周期環(huán)境負(fù)荷相對(duì)于一個(gè)地區(qū)或工程項(xiàng)目而言本身并不算大，而且涉及的地域范圍廣、時(shí)間跨度大，對(duì)環(huán)境的影響也很少是單獨(dú)作用的。所以必須找到適于工業(yè)產(chǎn)品的LCEC。

要得到產(chǎn)品LCEC，需要兩個(gè)主要的參數(shù):一是產(chǎn)品生命周期總的環(huán)境負(fù)荷(environmental loads，EL)數(shù)據(jù);二是平均單位環(huán)境負(fù)荷造成的經(jīng)濟(jì)損失(Unit environmental cost，UEC)。EL 可由生命周期評(píng)價(jià)(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(jì)算得到。產(chǎn)品生命周期環(huán)境成本的計(jì)算公式:

ELi—某種環(huán)境負(fù)荷量;UECi—該種環(huán)境負(fù)荷的單位成本;i—環(huán)境脅迫的種類。

2 研究對(duì)象的界定

2.1 再生混凝土路面磚的技術(shù)性能描述

本文研究對(duì)象為C30 再生混凝土路面磚，生產(chǎn)規(guī)格為250mm ×250mm×50mm，主要用于城市廣場(chǎng)與道路。技術(shù)指標(biāo):原材料有水泥、砂子、石子、水、再生細(xì)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(qiáng)度為32.6MPa，抗折強(qiáng)度為4.2MPa［1］。根據(jù)配制強(qiáng)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(gè)階段，分別為材料制備階段(再生骨料制作階段)、制作準(zhǔn)備階段(包括材料選購(gòu)、計(jì)算、計(jì)量等準(zhǔn)備工作)、制作階段(包括再生混凝土制作、裝模、振動(dòng)等工作)、養(yǎng)護(hù)成型階段(包括養(yǎng)護(hù)、拆模、清理模具、成品養(yǎng)護(hù)等工作)［1］，如圖1 所示。

圖1 再生混凝土路面磚生產(chǎn)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(shè)備，每小時(shí)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(dòng)給料機(jī)均勻的輸送至PE 型鄂式破碎機(jī)進(jìn)行一級(jí)破碎;再進(jìn)入YA型圓振動(dòng)篩分機(jī)篩分后進(jìn)入PE 型反擊破碎機(jī)二級(jí)破碎，最終獲得成品料0～5mm、5mm～15mm、15mm～30mm 三種規(guī)格的再生骨料，在整個(gè)過程中采用離心通風(fēng)機(jī)進(jìn)行吸塵處理［1］，［2］。

3 再生混凝土路面磚生命周期環(huán)境成本的計(jì)算

3.1 時(shí)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(chǎn)與運(yùn)輸，廢棄混凝土的拆除及運(yùn)輸，再生骨料的生產(chǎn)、再生混凝土的生產(chǎn)、再生混凝土路面磚的生產(chǎn)、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(píng)估生產(chǎn)再生混凝土路面磚產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響，且考慮再生混凝土路面磚在使用與拆除階段對(duì)環(huán)境的影響較小，因此將研究時(shí)間邊界定義為:以再生混凝土原材料生產(chǎn)為起點(diǎn)，以再生混凝土路面磚生產(chǎn)成型為終點(diǎn)，計(jì)算在該生命周期1m3再生混凝土路面磚的環(huán)境成本。

3.2 再生混凝土路面磚生命周期環(huán)境負(fù)荷(EL)計(jì)算

根據(jù)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(huán)境數(shù)據(jù)，計(jì)算出再生混凝土路面磚在生產(chǎn)過程中煤、電、燃料的能耗，再根據(jù)公共系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)和相關(guān)文獻(xiàn)，計(jì)算因能耗而產(chǎn)生的廢氣及固體廢棄物的量。

3.2.1 確定再生混凝土生產(chǎn)過程中能源消耗的數(shù)據(jù)

再生混凝土生命周期環(huán)境數(shù)據(jù)，如表2 所示。

表2 再生混凝土生命周期環(huán)境數(shù)據(jù)

圖2 再生骨料制作流程

3.2.2 計(jì)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(huán)境數(shù)據(jù)表，計(jì)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(chǎn)的全過程電能消耗量計(jì)算:

①水泥生產(chǎn)階段

②再生骨料生產(chǎn)階段。如果全部為天然骨料，則開采所需電能為:

因?yàn)楸疚难芯康氖侨〈蕿?0%的再生混凝土所生產(chǎn)的路面磚，所以再生骨料占70%。所以再生骨料的開采與生產(chǎn)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(chǎn)過程中，本身用電=W電1=25.60Kw.h

③再生混凝土生產(chǎn)階段。由表1 可知，1m3混凝土對(duì)應(yīng)消耗電能2Kw.h。因?yàn)楸疚难芯繉?duì)象為1m3再生混凝土的路面磚的環(huán)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(chǎn)階段。經(jīng)查閱資料及計(jì)算可知，1m3混凝土消耗電能2Kw.h，且1m3混凝土可以生產(chǎn)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(yùn)距分別按5Km 和30Km 考慮，通過參考公用系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)數(shù)值，計(jì)算出各階段柴油消耗量。具體消耗量如下:

①水泥生產(chǎn)階段:則V柴=(0.357/5)3 ×0.02=0.04L

②再生集料生產(chǎn)階段:

再生混凝土生產(chǎn)以及再生混凝土路面磚生產(chǎn)階段，根據(jù)公共系統(tǒng)數(shù)據(jù)及翻閱大量的文獻(xiàn)，得知兩個(gè)階段的耗油量分別為1.17L 和1.14L。綜合上述數(shù)據(jù)，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(chǎn)生的廢氣及固體量

根據(jù)各階段不同能耗的消耗量，結(jié)合公共系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)下表，可求出因能耗所產(chǎn)生的廢棄及廢棄固體的量，公用系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 公用系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)

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

同樣的方法，分別計(jì)算再生骨料生產(chǎn)階段、天然骨料生產(chǎn)階段、再生混凝土生產(chǎn)階段、再生混凝土路面磚生產(chǎn)階段的廢氣及固體廢棄物的排放，計(jì)算結(jié)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(huán)境負(fù)荷造成的經(jīng)濟(jì)損失(UEC)的確定

再生混凝土路面磚單位環(huán)境負(fù)荷造成的經(jīng)濟(jì)損失(UEC)即再生混凝土環(huán)境輸出物質(zhì)的處理單價(jià)成本，見表6。

表6 再生混凝土環(huán)境輸出物質(zhì)的處理單價(jià)成本

3.4 單位體積再生混凝土路面磚環(huán)境成本的計(jì)算

通過再生混凝土環(huán)境輸出物質(zhì)的處理單價(jià)成本，可分別對(duì)單位體積混凝土生產(chǎn)的路面磚過程中排放的氣體進(jìn)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(huán)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(huán)境成本的評(píng)價(jià)

(1)C30 再生混凝土路面磚CO2處理成本占環(huán)境成本的90.98%，是影響環(huán)境成本主要因素。根據(jù)表8 可知，CO2主要來源于水泥生產(chǎn)階段，所占比重89.72%，其次是再生骨料生產(chǎn)階段，占6.99%，再生混凝土生產(chǎn)及再生混凝土路面磚生產(chǎn)階段影響較小。(2)在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，減少水泥的用量是減少再生混凝土路面磚壽命周期環(huán)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(yùn)輸距離來降低因燃油和電能消耗產(chǎn)生的CO2的排放。再生混凝土生產(chǎn)階段及再生混凝土路面磚生產(chǎn)階段因CO2排放量較低，可不作為重點(diǎn)控制。(3)1m3C30 再生混凝土路面磚生命周期環(huán)境成本僅為19.36 元，說明其對(duì)環(huán)境影響較小，比較節(jié)能環(huán)保，值得積極推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文以再生骨料取代率為70%的C30 再生混凝土路科學(xué)的面磚為研究對(duì)象，引入產(chǎn)品生命周期環(huán)境成本概念，分析了再生混凝土路面磚生命周期環(huán)境成本，再生骨料生產(chǎn)、再生混凝土生產(chǎn)及再生混凝土路面磚生產(chǎn)階段的環(huán)境成本所占比重僅為10.28%，說明再生混凝土路面磚產(chǎn)業(yè)化對(duì)保護(hù)環(huán)境和節(jié)約天然山石資源，維護(hù)生態(tài)平衡有著深遠(yuǎn)的意義。在此呼吁全社會(huì)重建筑垃圾再生利用，大力推廣再生混凝土產(chǎn)品，使混凝土走可持續(xù)發(fā)展道路，造福社會(huì)。

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

［2］周軍，王欣，周平華，等.混凝土骨料再生設(shè)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(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析［D］.青島:山東科技大學(xué)，2008.