粉煤灰地聚物混凝土的LCA評價

(四川大學建筑與環境學院 四川 成都 610041)

一、緒論

(一)研究背景。隨著我國建筑業的不斷發展，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，水泥的總產量連續二十多年位居世界首位。而硅酸鹽水泥是現代化建設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，據計算，每1kg普通硅酸鹽水泥在其生產過程中產生0.66—0.82kgCO2，全球水泥生產所排放的CO2約占人為排放二氧化碳的5%-7%。因此發展綠色建筑，使用綠色建材是必然趨勢。而地質聚合物就是一種比較理想的新型環保型建筑材料，地質聚合物是一種可由粉煤灰或高爐礦渣等工業廢料為原料通過堿激發制備而成硅氧四面體與鋁氧四面體聚合而成的，結構上具有空間3維網絡狀鍵接結構的無定形非晶態無機硅鋁質膠凝材料。

(二)國內外研究現狀。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，在經過無數學者的近40年的努力專研以及不斷發展，其已經廣泛應用于各個領域。

Louise K等采用LCA評價方法，從混凝土原材料的開采、運輸、生產評估1m3粉煤灰地聚物混凝土排放量。結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，導致環境影響從全球變暖向其他的環境影響轉移。章玉容、俞海勇等從全壽命周期的角度出發計算了不同強度等級1m3混凝土在原材料引入、混凝土的生產以及運輸階段所產生的碳排放，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級低鈣粉煤灰，堿激發劑。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水玻璃廠制造生產；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，影響評價和結果解釋。本文基于該框架體系出發，進行GPC環境影響評估。

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

(二)清單分析。清單分析以配合比為依據，本文的配合比數據以及碳排放因子如表1-3，并根據各種原材料的投入情況來計算相應排放，主要包括：①原材料生產過程碳排放：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產品制備過程：考慮高溫養護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境影響清單

(三)全生命周期影響評價。通過億科環境科技有限公司和四川大學可持續消費與生產研究所開發的eFootprint系統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的原材料生產階段的碳排放>制備階段>運輸階段，其中原材料生產階段的碳排放約占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境影響。結果表明，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階段，需要控制堿激發劑的使用以及生產工藝，并選擇能耗低的運輸方式就近購買材料。尤其是能源消耗，其原材料生產階段遠大于材料運輸階段以及制備階段。