混凝土物化阶段的生命周期环境影响评价

混凝土物化阶段的生命周期环境影响评
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摘要：混凝土是当今使用最广泛的建筑材料，其环境问题十分显著。

为了客观评价混凝土生产过程带来的环境问题，本文对普通混凝土、粉煤灰混凝土和再生混凝土物化阶段的环境影响，进行了核算。

结果表明，粉煤灰混凝土的环境影响最低，其次是普通混凝土，再生混凝土却是最高的；能源消耗、水资源消耗和气候变暖是混凝土物化阶段最为显著的三种环境影响。

关键词：混凝土；环境影响；生命周期评价
1引言
混凝土是当今世界上使用最为广泛的建筑材料，然而与其相应出现的环境问题也日益严重。

混凝土价格低廉，其生产过程也十分粗放，在消耗大量标准煤、矿石、骨料、水等原料和能源的同时，也严重破坏了生态环境，造成温室效应、废弃物、扬尘等一系列环境问题。

2生命周期评价理论
2.1定义和理论框架
生命周期评价（即LCA）,是一种评价产品整个生命周期环境影响和资源消耗的方法论，其核心功能在于全面地反映产品系统功能的环境影响，而不是局限于单个过程。

目前国际上有两种主流的LCA理论框架，一是国际环境毒理学和化学学会提出的基本结构；二是国际标准化组织（ISO）的定义：目标和范围界定、清单分析、影响评价和解释。

2.2具体步骤
本文采用ISO建立的基本框架进行生命周期评价，进行生命周期评价，首先要明确研究目的，本文的目的在于计量出混凝土物化阶段的环境影响。

其次是界定评价范围，由于全面考察建筑材料的物化环境影响难度较大，本文只考虑原材料的获取和处理、运输和建筑材料的生产过程产生的直接环境影响和消耗能源的生产过程造成的间接环境影响。

3混凝土原材料环境影响清单
混凝土的主要原材料有水泥、骨料、外加剂、水等，这些原料的生产过程会消耗自然资源和产生大量的污染物，如生产水泥会排放大量的CO2。

这一章节将对混凝土原材料的环境影响数据进行收集，整理成清单。

3.1水泥
国内外学界在对混凝土的环境影响进行分析时，发现水泥型号不同，环境影响大小也不同。

龚志起等得出了三种水泥物化阶段的污染物和能源消耗清单（下表1）。

3.2骨料
砂、石是混凝土成分中体积最大的两种骨料，根据谢凯和李小冬等的研究，生产1吨骨料要消耗电力1.64kWh和汽油6.9L，排放7.35kg CO2、12.2g SO2、82.3g NO X、275g CO、5gCH4和15g粉尘。

现根据特征化因子将上述能源消耗和污染物转化成环境影响指标整理在下表中。

3.3粉煤灰
粉煤灰是燃煤电厂燃烧煤灰的产物，其由大小不等、形状不规则的粉状颗粒
物组成，呈多孔型蜂窝状，主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和未燃尽炭
以及氟化物等。

目前我国电厂一般采用湿排法将含有粉煤灰的灰水排放至灰场，
灰水中的超标项目有pH值、悬浮物（SS）、氟化物（F）、COD和砷等重金属，
粉煤灰对环境的污染主要表现在污染地表、地下水体和土壤。

3.4减水剂
在混凝土的外加剂中，高效减水剂的作用比较重要，其能在不改变混凝土工
作性能、保持坍落度基本相同的情况下，大幅减少拌合用水量、显著提高混凝土
的强度。

将它们特征化后如下表3所示。

3.5水
拌制混凝土的用水一般是市政自来水，其环境影响主要来自于水的处理和运
输阶段，还有水厂内对自来水进行二次泵送消耗的电能产生的环境影响。

阳小敏
通过研究，计算出消耗1m3自来水的能耗和排放的污染物，将它们特征化，具体
如下表4所示。

4混凝土物化环境影响计量
从环境影响的类型指标上看，在物化阶段，粉煤灰混凝土排放的污染物和消
耗的自然资源量最少，再生骨料混凝土最高。

从图1中可知，能源消耗是混凝土
影响最大的环境影响类型，占比在52.42~55.19%；其次是水资源消耗和气候变暖，占比分别在24%和19.75~22.68%；其余环境影响占比均为超过1%。

图1 三种混凝土物化阶段的环境影响占比
再生混凝土的环境影响值明显高于普通混凝土，这应该与所选取的配合比有关，为了达到指定的力学性能，需要使用更多的水泥和水，而且水泥用量增大还造成了更多温室气体的排放，因此，再生混凝土物化阶段的环境影响高于另外两种混凝土。

普通混凝土和粉煤灰混凝土配合比较为接近，可比性更强。

采用粉煤灰替代20%水泥用量后，可以减少排放14.6%的温室气体，降低6.5%左右的能耗以及8.3%的用水。

粉煤灰又是发电厂产生的废弃物，市场价格也远低于水泥，在混凝土中掺入粉煤灰，不仅可以避免直接填埋粉煤灰造成的环境污染，还能降低混凝土的总体造价。

5结论
本文基于过程生命周期评价方并通过社会支付意愿的概念将影响状况转化为货币价值，得出以下结论：
1混凝土环境影响中影响较大的是能源消耗、水资源消耗和气候变暖，其余
影响较小，占比均不超过1%；
2.相比普通混凝土，使用粉煤灰混凝土能降低物化阶段的环境影响，而再生混凝土的情况则相反。

参考文献：
[1]李小冬,吴星,张智慧.基于LCA理论的环境影响社会支付意愿研究[J].哈尔滨工业大学学报,2005,37(11):1507-1510.。