淺析雙碳目標(biāo)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(lǐng)域碳排放的主要來源，對(duì)全球變暖有一定的影響，需要對(duì)建筑材料的碳排放特點(diǎn)進(jìn)行分析，加深對(duì)建筑材料的了解，使減碳固碳技術(shù)得到有效運(yùn)用。減碳固碳是改進(jìn)建筑的材料的重要方法，需要對(duì)建筑材料的組成進(jìn)行分析，增強(qiáng)建筑材料的固碳作用，同時(shí)確保建筑材料使用的合理性，避免出現(xiàn)材料濫用現(xiàn)象，使建筑材料能夠滿足碳排放指標(biāo)。

2 雙碳目標(biāo)下減碳固碳建筑材料相關(guān)概述

2.1 碳排放特點(diǎn)

建筑領(lǐng)域的碳排放主要來自建筑材料，需要對(duì)碳排放的特點(diǎn)展開分析，使碳排放能夠符合指標(biāo)要求。碳排放對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較大，建筑生產(chǎn)過程中，伴隨著碳排放的進(jìn)行，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，因而應(yīng)對(duì)建筑材料的碳排放進(jìn)行控制。首先需要對(duì)碳排放量進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，對(duì)建筑生產(chǎn)過程進(jìn)行分析。碳排放量的計(jì)算公式為：

式中，A為碳排放量；Bi為能源i的消耗量，按標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算；Ci為能源i的消耗系數(shù)；i為能源種類。

通過式（1）可以對(duì)不同資源的排放情況進(jìn)行對(duì)比分析。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，建筑全過程碳排量如圖1所示，在生產(chǎn)、施工、運(yùn)行過程中，均伴隨著二氧化碳的排放，年均碳排量達(dá)到49.3 t，對(duì)環(huán)境具有顯著的影響。由此可見，建筑減排應(yīng)進(jìn)行全面控制，將碳排放量限制在一定水平，增強(qiáng)建筑材料的固碳作用，提高對(duì)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(chǎn)方面

建筑材料生產(chǎn)過程中，將伴隨二氧化碳的生成，需要從生產(chǎn)角度對(duì)碳排放進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行改進(jìn)。以鋼鐵建材為例，生產(chǎn)過程中會(huì)消耗大量的電能，同時(shí)需要煤炭來提供熱源，不僅會(huì)增加二氧化碳的排放量，還會(huì)伴隨著資源的消耗，不利于生產(chǎn)成本的控制。傳統(tǒng)的煉鋼法對(duì)資源的消耗較大，需要進(jìn)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(chǎn)的節(jié)能控制效果。因此，建材生產(chǎn)應(yīng)向減排方向改進(jìn)，合理對(duì)減排技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，如電弧爐冶煉技術(shù)，能顯著降低生產(chǎn)中的碳排放量，提高碳排放控制的穩(wěn)定性。

技術(shù)改進(jìn)是碳排放控制的重要手段，能夠增強(qiáng)對(duì)碳排放的控制作用。一方面，需要對(duì)生產(chǎn)原料進(jìn)行改進(jìn)，提高材料的固碳效果，防止二氧化碳擴(kuò)散到空氣中。另一方面，需要對(duì)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，注重生產(chǎn)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(wěn)定性。

2.2.2 應(yīng)用方面

建筑材料應(yīng)用過程中，會(huì)伴隨著二氧化碳的產(chǎn)生，需要重視材料使用環(huán)節(jié)的控制，加強(qiáng)對(duì)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(jié)能型材料，減少施工過程碳排放量。碳排放控制過程較為復(fù)雜，應(yīng)注重材料的品質(zhì)和性能，避免使用劣質(zhì)高碳的材料，否則會(huì)增加碳排放量，不利于減碳固碳的控制。同時(shí)，需要對(duì)材料的用量進(jìn)行控制，提高施工材料的利用率，減少建筑材料的用量，進(jìn)而減少二氧化碳的產(chǎn)生。另外，需要注重新型建造技術(shù)的推廣，如裝配式建筑、木結(jié)構(gòu)等，提升建筑結(jié)構(gòu)的固碳優(yōu)勢(shì)，采用綠色施工的方式。材料應(yīng)用過程中，需要采取施工管理措施，確保施工技術(shù)使用的規(guī)范性，使建材能夠充分發(fā)揮固碳作用。

3 雙碳目標(biāo)下減碳固碳建筑材料技術(shù)改進(jìn)

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(shù)的應(yīng)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(jù)70%以上，因此，對(duì)混凝土采用固碳技術(shù)非常重要。混凝土固碳技術(shù)主要是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行回收利用，提高二氧化碳的利用率實(shí)現(xiàn)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(zhì)為鈣鎂組分，能夠與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，將其固定在混凝土中，而且能夠?qū)μ剂窟M(jìn)行鎖定，防止二氧化碳溢出混凝土體系外，使固碳技術(shù)得到有效應(yīng)用。固碳技術(shù)對(duì)混凝土性能具有積極影響，一方面，可以降低水泥的用量，節(jié)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(qiáng)度，保證混凝土的性能指標(biāo)。

圖2所示為固碳技術(shù)對(duì)混凝土性能的影響。由圖2可知，固碳技術(shù)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(qiáng)度方面，混凝土的28 d強(qiáng)度提高了10%，因而采用混凝土固碳技術(shù)具有可行性。

圖2 固碳技術(shù)對(duì)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(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成影響，導(dǎo)致其性能指標(biāo)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(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，確保減水劑使用的合理性。混凝土減水劑檢驗(yàn)指標(biāo)見表1。通過檢測(cè)結(jié)果可知，混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，表明減水劑的使用質(zhì)量良好。然而，添加劑在使用過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的二氧化碳，增加碳排放量，因而需要對(duì)添加劑進(jìn)行改進(jìn)，通過添加劑實(shí)現(xiàn)固碳效果。

表1 減水劑對(duì)混凝土性能指標(biāo)的要求

研究表明，納米級(jí)二氧化鈦具有良好的固碳效果，可以作為添加劑進(jìn)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(yōu)化室內(nèi)空氣環(huán)境的質(zhì)量。另外，納米級(jí)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(zhì)的含量，有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[2]。

3.3 碳負(fù)性水泥

碳負(fù)性水泥是一種環(huán)保型建筑材料，具有廣泛的市場(chǎng)前景，能夠?qū)μ寂欧帕窟M(jìn)行控制。傳統(tǒng)的水泥材料由碳酸鈣分解制成，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，每噸水泥碳排放量可以達(dá)到0.8 t。經(jīng)過對(duì)生產(chǎn)原料進(jìn)行改良，采用鎂鋁鹽取代碳酸鈣進(jìn)行生產(chǎn)，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(duì)碳排放的控制效果。鎂鋁鹽是生產(chǎn)碳負(fù)性水泥的主要原料，對(duì)二氧化碳具有一定的吸收作用，對(duì)其他材料的碳排放進(jìn)行彌補(bǔ)，增強(qiáng)碳負(fù)性水泥的優(yōu)勢(shì)。以鎂鋁鹽作為原料，能夠?qū)ιa(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行控制，與碳酸鈣煅燒相比，將生產(chǎn)溫度由1 500℃降至600℃，能降低煤炭資源的消耗，降低水泥生產(chǎn)的碳排放量。以鎂硅酸鹽為例，全球具有豐富的資源總量，儲(chǔ)糧可以達(dá)到1×1013t，將其作為生產(chǎn)原料具有可行性，鎂硅酸鹽能夠與二氧化碳反應(yīng)生成MgCO3，進(jìn)而起到固碳作用，降低空氣中的二氧化碳含量。碳負(fù)性是建筑材料生產(chǎn)的重要指標(biāo)，有助于生產(chǎn)工藝的全面改進(jìn)，提高生產(chǎn)過程的控制效果，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行穩(wěn)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(zhì)，在生產(chǎn)過程中，需要對(duì)膠凝材料進(jìn)行改進(jìn)，采用新型的膠凝材料降低生產(chǎn)中混凝土的碳排放量。在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式中，膠凝材料主要為粉煤灰、礦渣等材料，會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，不利于減碳。對(duì)于新型凝膠材料，采用黏土、石灰石組成復(fù)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(yùn)用，并且不會(huì)影響混凝土的性能。新型黏膠材料采用煅燒的方式進(jìn)行生產(chǎn)，煅燒過程處于堿性條件下，即使二者的摻量達(dá)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(jìn)而對(duì)碳排放量進(jìn)行控制。新型膠凝材料能降低水泥熟料的用量，對(duì)水泥生產(chǎn)的碳排放量進(jìn)行控制，提高碳排放量的控制效果，構(gòu)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(yīng)用，從工藝層面降低碳排放量，提高對(duì)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(shí)，應(yīng)合理選擇材料，確保低碳控制的穩(wěn)定性。以GRAMITHERM有機(jī)保溫材料為例，其主要成分為草纖維，導(dǎo)熱系數(shù)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(jī)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(fù)性優(yōu)勢(shì)，對(duì)空氣具有較強(qiáng)的凈化作用，屬于保溫兼環(huán)保材料，有利于營(yíng)造良好的室內(nèi)環(huán)境。因此，需要注重新型材料的研究，提高建筑材料的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使碳排放量能夠負(fù)增長(zhǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑材料具有較高的碳排放量，會(huì)影響雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要以減碳固碳技術(shù)作為基礎(chǔ)，對(duì)建筑材料進(jìn)行改進(jìn)，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(biāo)得到落實(shí)。通過減碳固碳技術(shù)生產(chǎn)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。