低碳混凝土|赵筠：混凝土材料的碳排放与减排技术路径

发布时间：2025-06-18 08:02

使用再生混凝土，既节约资源又减少新混凝土产生的碳排放。 #生活常识# #环保节能技巧# #绿色建筑材料#

基业长青深耕行业17载，服务了1000余家混凝土公司,致力于为混凝土实现“降本、节能、增效”。“低碳减排”，基业长青一直在路上。

随着国家3060双碳目标的提出，“低碳减排”上升为国家战略，基业长青作为中国的低碳先锋企业，在推动低碳高性能混凝土发展，加强中国建筑科学研究院合作，推动产学研深度融合方面基础雄厚、优势明显。基业长青希望和所有的砼仁们，携起手共同推动“低碳高性能混凝土”的发展，共同促进行业的低碳、可持续发展，为中国碳中和贡献1%的力量。

近期国内多位专家学者、企业家等就“低碳混凝土”话题，展开了一系列的探讨，为深入推动低碳混凝土的发展打开了新思路了。长青君收集了“大家们”的相关观点，供大家共同探讨和学习。

赵筠

中国混凝土与水泥制品协会超高性能水泥基材料与工程技术分会秘书长

混凝土材料的碳排放

从各种工程材料隐含的CO 2 和能耗上来看（见图1），混凝土材料均属于最低的。生产每kg混凝土产品或结构隐含的CO 2 当量介于0.05～0.3 kg（从素混凝土砌块到高强钢筋混凝土）。GB/T51366—2019《建筑碳排放计算标准》中 [2] ，每立方米C30和C50混凝土隐含CO 2 （碳排放因子）分别为295 kg和385 kg CO 2 e/m 3 （按混凝土典型容重2350kg/m 3 计算，折合 0.12～0.16 kg CO 2 e/kg ）。从这个意义上来说，混凝土本身是低碳材料。

图1：常用工程材料隐含CO 2 和能耗 [1]

然而，混凝土的使用量实在是太大了，全球每年建造房屋、水利、交通、市政设施等工程的混凝土用量以百亿吨计（大于 1010 吨，见图2，2009年统计数据）。混凝土虽然单位重量的碳排放不高，但乘以巨大的用量就带来了很大碳排放总量。

图2：23种材料的年产量 (2009，数据来源于Ashby) [1]

混凝土隐含的CO2主要来源于所使用的水泥。混凝土巨大使用量及不断增长，导致巨大的水泥需求量和产量增长。基于2000年统计数据，全球水泥生产的CO2排放占总排放的5%[1]，占全部温室气体排放的比例约为 3.8%，见图3。中国 2000年水泥产量为 8.5 亿吨；2020年产量达到 23.77亿吨，约占全球水泥总产量的55%，人均水泥用量约1.7吨——世界第一且遥遥领先。2020年，我国CO2总排放量估计为 96.6～102.5亿吨 (估算的低值和高值)，水泥生产的CO2排放约 12.3亿吨[4]，占排放总量的12%左右，是碳排放大户。

图3：世界范围各行业CO 2 和温室气体排放(2000年数据) [3]

水泥实现碳达峰和减排，需要水泥工业努力提高工艺技术和装备水平，降低水泥熟料隐含CO2量和生产能耗。同样重要的是，从应用端减小水泥需求量来降低水泥产量。这需要混凝土和工程建设行业的共同努力。

混凝土减碳的潜力在于提高水泥的使用效率，从而减小水泥需求量，可行的技术路线有：

（1）科学配制、精细化生产混凝土，有较大空间减少单位体积混凝土的水泥用量；

（2）推广应用超高性能混凝土（UHPC），建设高质量、节材、低碳、高耐久工程结构。

科学配制、精细化生产混凝土减碳降排

混凝土是颗粒堆积体材料，科学配制混凝土是采用科学手段，如成熟的数学模型、可靠试验方法，从最细粉体到最大骨料优化混凝土组成和粒径分布，获得高颗粒堆积密实度（具体方法详见文献[5]），即：

减小颗粒堆积空隙的体积，从而减小每立方混凝土对水泥胶质的需求量。将砂石骨料的堆积密实度提高到70%，粉体堆积密实度从现在的30～50% 提高到60% 以上，同等强度等级混凝土的水泥用量可减少100～200kg/m3（与现在常规用量对比）。

这对于大量生产使用的混凝土，蕴含巨大减少水泥用量的潜力。此外，优化粒径分布，能够同时改善混凝土的新拌性能，包括抗离析、泵送性能等，也容易实现自密实。也就是说，科学配制可以实现“用更少水泥配制生产性能更好的混凝土”。

工业化生产实现高堆积密实度的混凝土，骨料要从现在粗放的级配控制，走向更严格和细化的控制，特别是控制砂粒径分布符合要求且稳定。粉体堆积密实度提升的空间较大，粉体粒径分布也需要纳入质量管理，保证颗粒尺寸稳定性。

总之，在科学配制的基础上，需要精细化的原材料质量和工艺控制，稳定实现高颗粒堆积密实度，从而高效率使用水泥，使混凝土工业向高质量和更加低碳方向发展。

应用UHPC减碳降排和高质量发展

UHPC是以另一种方式高效使用水泥——更高程度地提高了颗粒堆积密实度，把水泥的胶结作用发挥到极致，制备出超高强度的混凝土或砂浆（抗压强度不低于120MPa），并借助纤维获得多方面力学性能优异、高耐久的水泥基复合材料（UHPC），再与钢筋组合形成高强高耐久工程结构材料（R-UHPC）。经过四十多年技术发展，UHPC产业初具规模，在桥梁、建筑等领域获得了一定应用，标准规范技术体系已初步建立起来，并在进一步发展完善中。

与传统钢筋混凝土（RC）和钢结构相比，UHPC材料不仅高效使用了水泥，同时更好更有效地发挥了钢材（钢纤维、钢筋及型钢）的强度。因此，对于同等功能的工程结构，使用R-UHPC建造，能显著地节材降耗和减碳降排，定量化对比参见图4示例——北美常用钢-RC复合结构公路桥与新型R-UHPC桥梁的材料消耗及隐含环境生态指标。

图4：钢-钢筋混凝(RC)复合结构桥与R-UHPC桥对比——材料用量、隐含能耗和碳排放 [6]

除了图4建造材料分析对比的内容外，还应将工程结构的服役寿命纳入对比。UHPC是耐久性最好的工程材料，保守估计其工程结构在恶劣自然环境中的免维护服役寿命超过200年，是其他材料的结构服役寿命的3倍以上。因此，从工程寿命周期对比，使用UHPC的节材减碳和减小水泥需求的作用，还会提高3倍以上。

此外，对于有缺陷、耐久性不良而老化或承载力不足的现有混凝土结构，应用UHPC进行维修保护、加固，可以显著提升其结构性能，并大幅度延长服役寿命。改造翻新大量现有老化工程结构，相比于拆除重建，可有效减小水泥的需求量。

可见，对于减小水泥需求，对于低碳、低资源消耗、高质量工程建设，UHPC能够发挥重要作用。

在工程设计阶段，应定量化算清楚各种设计方案建造材料隐含的碳排放、施工方法等产生的碳排放，以及预估寿命周期的成本、材料消耗和环境影响，并作为设计方案和材料比选决策的重要依据，促进工程建设向生态友好、高质量发展迈上新台阶。同时，为UHPC行业营造良好健康的发展环境，进一步创新发展、完善UHPC材料和应用技术体系，拓展UHPC应用，更多更好地利用UHPC的节材减碳能力，为“双碳”目标的实现作出更大贡献。

|文章来源：中国混凝土与水泥制品协会

|编辑：长青君

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