第六屆中國混凝土大講堂深度報道
時間：2024-06-15 來源：CCPA科技工作部 分享：
本屆混凝土大講堂經(jīng)專家委員會推薦和提名，遴選國際知名3位專家學(xué)者，就低碳水泥混凝土與綠色建筑的創(chuàng)新發(fā)展，綜合國內(nèi)和國際的前沿研究與工程應(yīng)用進展情況開展學(xué)術(shù)與技術(shù)交流。
2024年6月2日，由中國混凝土與水泥制品協(xié)會和中國硅酸鹽學(xué)會共同組織的第六屆中國混凝土大講堂于南京國際博覽會議中心成功召開。
本屆混凝土大講堂經(jīng)專家委員會推薦和提名，遴選國際知名3位專家學(xué)者，就低碳水泥混凝土與綠色建筑的創(chuàng)新發(fā)展，綜合國內(nèi)和國際的前沿研究與工程應(yīng)用進展情況開展學(xué)術(shù)與技術(shù)交流。3位專家學(xué)者分別是全國工程勘察設(shè)計大師、中國建筑科學(xué)研究院首席科學(xué)家、專業(yè)總工程師徐偉研究員，中國建筑材料科學(xué)研究總院綠色建筑材料國家重點實驗室學(xué)術(shù)帶頭人張文生正高，以及東京大學(xué)野口貴文教授。
第六屆中國混凝土大講堂由中國混凝土與水泥制品協(xié)會副秘書長陳玉博士主持，中國硅酸鹽學(xué)會秘書長譚撫致歡迎辭。譚撫表示，中國混凝土大講堂是中國硅酸鹽學(xué)會和中國混凝土與水泥制品協(xié)會聯(lián)合舉辦的、定位于國際化、高水平、公益性的學(xué)術(shù)交流活動。本屆主題是“低碳水泥混凝土與綠色建筑”，在國家強化綠色建筑及綠色建材選用要求，鼓勵有條件的地區(qū)結(jié)合零碳建筑、近零能耗建筑等建筑類型開展綠色建材應(yīng)用示范建設(shè)的今天，可謂適逢其會、恰逢其時。本屆《大講堂》的三位主旨報告專家分別在零碳建筑與近零能耗建筑、低碳水泥材料和新型可循環(huán)負碳混凝土的創(chuàng)新研究上取得了突出成就，今天的演講必將對低碳水泥混凝土與綠色建筑的發(fā)展起到重要的引導(dǎo)作用。最后，譚撫秘書長預(yù)祝大家收獲滿滿，受益良多。
第一位主講嘉賓是中國建筑科學(xué)研究院有限公司的徐偉研究員。徐偉老師現(xiàn)任中國建筑科學(xué)研究院首席科學(xué)家、專業(yè)總工程師，建筑環(huán)境與能源研究院院長；全國工程勘察設(shè)計大師、博士生導(dǎo)師、研究員、國務(wù)院政府特殊津貼專家、國家百千萬人才工程人選、國家有突出貢獻中青年專家等。徐偉研究員長期工作在科研和工程一線，主持開展國家重大科技計劃10余項，在建筑節(jié)能技術(shù)、近零能耗建筑、可再生能源利用以及建筑能耗計算、清潔供暖等方面取得多項創(chuàng)新性研究成果，并推動我國近零能耗建筑發(fā)展速度及規(guī)模居世界前列。徐偉研究員分享的報告題目是“發(fā)展零碳建筑，促進低碳建材”。
▲徐偉研究員
▲徐永模會長為徐偉研究員頒發(fā)主講嘉賓榮譽證書首先，徐偉研究員介紹了零碳建筑的國內(nèi)外發(fā)展情況，并從我國城鄉(xiāng)建筑領(lǐng)域自身發(fā)展需求方面介紹了發(fā)展零碳建筑的原因。根據(jù)IEA數(shù)據(jù)，2020年建筑領(lǐng)域能耗占全球的36%，碳排放占全球的37%，建筑運行階段約占比約為27%；發(fā)展零碳建筑已成為全球應(yīng)對氣候變化的共識。
接著，徐偉研究員對零碳建筑的定義和內(nèi)涵進行了詳細的介紹。碳排放種類分成直接排放、間接排放和隱含排放，建筑相關(guān)的碳排放包括采暖、空調(diào)、輸配、生活熱水、固定照明等。徐偉研究員總結(jié)了國際上綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)，對其計算建筑碳排放涵蓋的范圍進行了比較，其中我國的零碳國標(biāo)是最為全面的，包括建材、建造、運行和拆除階段的全生命周期的碳排放。
▲綠色建筑評價體系對比
中國建筑具有建筑密度大、容積率高，城鎮(zhèn)住宅建筑以多層和高層住宅為主，新建公共建筑體量大、建筑體形系數(shù)小、入住率差別大等特點，導(dǎo)致我國建筑單位面積可利用可再生能源資源受限，大部分建筑實現(xiàn)零碳建筑技術(shù)難度大；同時我國具有地域遼闊，氣候差異巨大、不同氣候區(qū)，建筑物冷熱負荷差異大、大多數(shù)地區(qū)太陽能資源豐富，分布不均衡等特征，決定了我國應(yīng)因地制宜，充分考慮氣候特征和資源的影響，采用太陽能資源利用為主的零碳建筑技術(shù)路線。零碳建筑的重點技術(shù)原則包括：直接、間接、隱含碳排放全覆蓋，節(jié)能減碳標(biāo)準(zhǔn)雙規(guī)推動，相對和絕對指標(biāo)的雙控體系，建筑、氣候、資源三位賦值，注意在設(shè)計階段中對低碳建筑、社區(qū)方案的引導(dǎo)，以建筑為主的排放區(qū)域也在零碳建筑之內(nèi)等。
徐偉研究員介紹了實現(xiàn)低碳建筑的技術(shù)路徑。通過全過程碳目標(biāo)監(jiān)督和管理方法，確保建筑碳排放目標(biāo)的實施落地；因地制宜進行低碳規(guī)劃設(shè)計；開發(fā)符合建筑能效要求的新型圍護結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)；開發(fā)并大規(guī)模應(yīng)用包括光伏產(chǎn)品、熱泵等建筑可再生能源利用，實現(xiàn)建筑電氣化及節(jié)能減碳；開發(fā)和應(yīng)用光儲直柔這個建筑未來能源系統(tǒng)的新形式；采用預(yù)制成品或部品和裝配式施工、建筑垃圾資源化利用、采用可循環(huán)的建筑材料等方式實現(xiàn)建材減碳；減少建材消耗量、采用低碳建造方式實現(xiàn)建造過程減碳。
▲建筑全過程的碳排放監(jiān)督和管理
▲光伏產(chǎn)品建筑一體化應(yīng)用
徐偉研究員以中國建研院光電建筑（寒冷地區(qū)—公共建筑）、中國海外大廈（夏熱冬暖—公共建筑）、海南淇水灣旅游度假綜合體（夏熱冬暖—公共建筑）、珠海興業(yè)新能源產(chǎn)業(yè)園研發(fā)樓（夏熱冬暖—公共建筑）、美國APPLE PARK、英國貝丁頓零碳社區(qū)、德國弗萊堡沃邦社區(qū)等為例，介紹了國內(nèi)外具有代表性的零碳建筑、零碳社區(qū)和零碳區(qū)域。
▲中國建研院光電建筑（寒冷地區(qū)—公共建筑）
▲海南淇水灣旅游度假綜合體（夏熱冬暖—公共建筑）
▲Apple Park——全球最大的零能耗建筑
▲【零碳區(qū)域】博鰲零碳示范區(qū)
最后，徐偉研究員總結(jié)說，零碳建筑是建筑領(lǐng)域承擔(dān)自身減排責(zé)任的主體形式，規(guī)?；l(fā)展是全球共識；能效優(yōu)先、可再生能源充分利用和用能轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)零碳建筑的基本原則；建筑行業(yè)和建材行業(yè)協(xié)同發(fā)展，是實現(xiàn)全壽命期零碳建筑的關(guān)鍵舉措；高比例可再生能源的零碳區(qū)域和城市，是未來發(fā)展趨勢；應(yīng)加快推廣低碳、近零碳、零碳建筑，開展零碳城市示范。
第二主講嘉賓是來自中國建筑材料科學(xué)研究總院的張文生正高、博士生導(dǎo)師、國務(wù)院政府特殊津貼專家?，F(xiàn)任綠色建筑材料國家重點實驗室學(xué)術(shù)帶頭人，“十四五”國家重點研發(fā)計劃”新型低碳水泥研發(fā)及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”項目負責(zé)人。主要從事水泥化學(xué)、高性能水泥制備、低碳排放型膠凝材料、廢棄物資源化利用等基礎(chǔ)研究及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)工作，負責(zé)國家自然科學(xué)基金重點項目等20余項國家級科研項目，為我國水泥工業(yè)節(jié)能減排及行業(yè)技術(shù)進步做出了突出貢獻。張文生正高分享的主題報告是“低碳水泥的研究及其混凝土”。
▲張文生正高
▲譚撫秘書長為張文生正高頒發(fā)主講嘉賓榮譽證書
張文生正高首先介紹了水泥全生命周期碳排放與理論模型，從物質(zhì)和能量兩個維度入手，從水泥制備到水泥使用生命周期，分析了碳足跡的影響因素，從而引發(fā)出來現(xiàn)階段低碳水泥有關(guān)的技術(shù)成果，為下游低碳水泥混凝土的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
接下來，張文生正高從全球角度，介紹了低碳水泥的研究情況。近年來，低碳水泥的研究呈現(xiàn)出顯著的增長趨勢。通過對2010年至2023年間的低碳水泥學(xué)術(shù)論文發(fā)表數(shù)量的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)文獻數(shù)量逐年增長，特別是在2021-2023年期間，文獻數(shù)量增加較快，主要來自歐洲、北美、印度和澳大利亞等地區(qū)。這表明低碳水泥領(lǐng)域的研究正逐漸深入，并受到越來越多的關(guān)注。
張文生正高認(rèn)為，低碳水泥是由低鈣熟料礦物和固廢組成，且固廢效應(yīng)得到充分發(fā)揮且生產(chǎn)工藝低碳化特征明顯的水泥品種。低碳水泥熟料的種類包括低鈣硅酸鹽水泥熟料、硫鋁酸鹽水泥熟料、高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料和硫硅酸鹽水泥熟料等熟料種類。通過調(diào)整這些熟料的比例和添加不同的摻合料，可以制備出性能各有特點的低碳水泥。目前，已開發(fā)出多種低碳水泥，如高貝利特硫鋁酸鹽水泥、LC3水泥、堿激發(fā)膠凝材料、負碳/固碳膠凝材料和全固廢膠凝材料等。張文生正高詳細介紹了這些低碳水泥的水化反應(yīng)機理、力學(xué)性能及減碳降碳技術(shù)。
▲普通硅酸鹽水泥與LC3水泥的組成差異
▲堿激發(fā)膠凝材料原料種類
▲負碳/固碳膠凝材料水化反應(yīng)
低碳水泥在混凝土中的應(yīng)用是實現(xiàn)建筑材料綠色化的重要途徑。通過將低碳水泥與骨料、外加劑、礦物摻合料等混合使用，可以制備出具有優(yōu)良工作性能、力學(xué)性能和耐久性的低碳混凝土。低碳水泥混凝土的組成和性能特點因種類而異，這些低碳混凝土在性能上各具特點，如快硬早強、耐腐蝕性好、耐高溫性好等，并在不同領(lǐng)域得到應(yīng)用。張文生正高展開討論了高貝利特硫鋁酸鹽水泥混凝土、堿激發(fā)膠凝材料混凝土、全固廢膠凝材料混凝土等低碳水泥混凝土與普通硅酸鹽混凝土在力學(xué)性能、工作性能、耐久性能等方面的差異。
▲低碳水泥與低碳混凝土
最后，張文生正高表示，低碳水泥及其混凝土應(yīng)用的研究已取得顯著進展，但仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題。未來，應(yīng)進一步加強低碳水泥的研究和開發(fā)，探索新的制備工藝和原料，提高低碳水泥的性能和穩(wěn)定性。同時，應(yīng)加大低碳水泥混凝土在實際工程中的應(yīng)用力度，推動建筑材料行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
第三位主講嘉賓是來自東京大學(xué)的野口貴文教授。野口教授現(xiàn)任東京大學(xué)工學(xué)院建筑系主任，并擔(dān)任日本建筑學(xué)會副會長、日本建筑外裝學(xué)會會長、國際結(jié)構(gòu)混凝土協(xié)會(fib)可持續(xù)性委員會副主席、國際材料與結(jié)構(gòu)研究實驗聯(lián)合會(RILEM)會士等社會職務(wù)。他研究領(lǐng)域廣泛，在高強混凝土、自密實混凝土、可完全再生混凝土、碳中和混凝土、混凝土耐火性等多個領(lǐng)域取得了突出成就。野口貴文教授分享的主題報告是“面向碳中和與循環(huán)經(jīng)濟的新型可循環(huán)再生負碳混凝土”。
▲野口貴文教授做線上交流
▲王肇嘉會長為野口貴文教授頒發(fā)主講嘉賓榮譽證書（東南大學(xué)王偉教授代領(lǐng)）
大氣中的CO2含量正在逐年增加，由海洋及地質(zhì)吸收、儲存或轉(zhuǎn)化CO2的量已經(jīng)不夠平衡人類CO2的排放量?；炷潦鞘澜缱顝V泛使用的建筑材料，水泥作為混凝土原材料之一，其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2儲量在全世界范圍內(nèi)已達550億噸，每年產(chǎn)量約為21億噸，到了2050年世界水泥行業(yè)年產(chǎn)CO2的量會上升到現(xiàn)在的1.2倍。在龐大的規(guī)模背后，水泥混凝土行業(yè)面臨著日益嚴(yán)重的降碳減排的壓力。
▲預(yù)測2050年資源循環(huán)
目前，日本的水泥混凝土在建筑物拆除破碎后，大部分用于道路的填充材料，只有很小一部分用做再生骨料。隨著石灰石這種非再生資源的逐漸消耗，混凝土也終將面臨著原材料枯竭的問題。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，按照現(xiàn)在日本消耗石灰石的速度，截止2053年日本將用完所有已確定儲量的石灰石；截止2217年，日本所有可能的石灰石儲量將全部消耗殆盡。
野口教授列舉出了六種在混凝土全生命周期中減少、吸收和固定CO2的技術(shù)路徑。第一種是采用人工合成或者再生石灰石進行水泥和混凝土的生產(chǎn)，比如通過鋼渣中存在的CaO與CO2反應(yīng)人工合成石灰石，制備的石灰石可用于熟料生產(chǎn)和混凝土的制備，并介紹了幾種世界各國人工合成石灰石的技術(shù)。第二種是收集水泥廠排放的CO2，與橄欖石反應(yīng)生成無定型硅膠，再用于配置膠凝材料。第三種是通過碳酸鈣骨料吸收CO2。第四種是混凝土制備過程中吸收固定CO2技術(shù)，一種是向新拌混凝土注入CO2產(chǎn)生納米碳酸鈣，促進水泥水化并提高混凝土強度的同時，也可以減少水泥的用量，從而達到減碳的效果；一種是利用CO2進行預(yù)制構(gòu)件和水泥制品的碳化養(yǎng)護，通過前養(yǎng)護-碳化養(yǎng)護-后養(yǎng)護的流程，可提高混凝土強度；一種是利用γ-C2S及CS的高碳化活性來固定CO2，得到負碳混凝土。第五種是在混凝土的服役壽命期間吸收或吸附混凝土，主要有兩種細分技術(shù)路徑：使用CO2氣泡水附著于混凝土表面，或在混凝土表面涂刷氨類化合物，來增加吸碳能力。第六種途徑就是利用廢棄混凝土吸收CO2形成可再利用的骨料。
▲混凝土實現(xiàn)碳中和的6種路徑
野口教授分享了團隊研發(fā)的新型可循環(huán)負碳混凝土-碳酸鈣混凝土，該技術(shù)將廢舊混凝土粉碎后，與水中CO2反應(yīng)生成Ca(HCO3)?，通過其研發(fā)的技術(shù)，加速碳化速度，使其硬化最終形成碳酸鈣混凝土。團隊提出了三個技術(shù)手段，沉淀法、壓力法和疊加壓力法，以提高碳酸鈣混凝土的強度，實現(xiàn)碳酸鈣混凝土制品尺寸的大型化，并進一步減少使用生產(chǎn)過程中的能源的消耗。目前，研發(fā)團隊正在開展技術(shù)攻關(guān)，研究如何將碳酸鈣混凝土應(yīng)用于拱、預(yù)應(yīng)力塊、墻體、柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件中。團隊通過在薄壁鋼管模具中灌注碳酸鈣混凝土，制備預(yù)制柱進行力學(xué)性能測試，并進行了有限元分析，結(jié)果基本吻合。未來，碳酸鈣混凝土技術(shù)的發(fā)展需要考慮滿足實際生產(chǎn)要求的各種工藝和設(shè)備，供應(yīng)鏈需要進一步優(yōu)化，以求實現(xiàn)工廠化、規(guī)?；瘧?yīng)用，將可循環(huán)再生負碳混凝土的理念變成現(xiàn)實。
最后，野口教授表示，希望未來混凝土能夠像木材一樣，成為一種經(jīng)濟的、可持續(xù)的、可無限次閉環(huán)利用的碳中和材料。
第六屆中國混凝土大講堂對混凝土行業(yè)免費開放，協(xié)會聚焦國內(nèi)外熱點研究和應(yīng)用領(lǐng)域，跨界邀請行業(yè)內(nèi)外的資深專家，在打通混凝土產(chǎn)業(yè)上下游方面做出了努力，取得了圓滿成功。在未來，中國混凝土大講堂將繼續(xù)致力于打造國內(nèi)外最高水平的學(xué)術(shù)和技術(shù)交流平臺，將混凝土界的最新成果介紹給廣大從業(yè)人員、建筑設(shè)計師和工程師們。第七屆中國混凝土大講堂計劃將于2025年行業(yè)大會期間舉辦。
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