低碳混凝土定义与技术要求专家座谈会：新型胶凝材料应用与研发探讨

什么是“低碳混凝土”？如何定义“低碳混凝土”？ “低碳混凝土”的深刻内涵是什么？我国“低碳混凝土”发展现状如何？如何加快发展“低碳混凝土”？面对这些前沿重要话题，11月4日，中国混凝土和水泥制品协会预拌混凝土分会与国家建筑联新认证中心联合组织召开了“低碳混凝土”专家研讨会。本次研讨会采用线上与线下相结合的方式。会议围绕“什么是低碳混凝土？”进行了热烈而广泛的讨论。 “如何定义新型胶凝材料及其应用领域？” “新型水泥基材料解决了哪些问题？”专家们对“新型胶凝材料”和“低碳混凝土”的定义、技术要求、研发和应用等方面达成了很多共识。

线上线下参与讨论的专家有：清华大学严培玉教授、中国矿业大学（北京）王东民教授、北京工业大学龚宪政教授、同济大学蒋正武教授、周春生教授哈尔滨工业大学中建西建新材料科技有限公司教授齐光华，高级工程师张斌华润水泥技术研发中心碳中和技术研发负责人张利勃海尔（中国）有限公司战略与公关经理伟红、国建联信认证中心副总经理尹敬宇、国建联信认证中心项目经理严晓波。会议由预拌混凝土分会秘书长石海霞主持。

10月26日，国务院发布《2030年前碳达峰行动计划》（以下简称《行动计划》）。 《行动计划》的“推动建材行业碳达峰”一章中，要求“加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳材料的研发和应用”。 “碳建材产品”突出展示。 “低碳混凝土”概念首次出现在国务院发布的重大文件中。这意味着“低碳混凝土”将成为国家推进“双碳”历史进程中建材行业的重要引擎和推动者，承载和寄托着整个社会低碳发展的期望和希望。行业。

众所周知，所谓“低碳”最通俗的解释就是减少二氧化碳排放。全球范围内，除煤电、钢铁行业外，水泥行业在生产过程中排放二氧化碳量最多。数据显示，我国是世界第一水泥大国，年产量连续多年达到22亿吨以上。水泥已成为我国最大的碳排放源之一。在产业链中，混凝土是距离水泥最近的行业。几乎所有的水泥产能都需要将混凝土和水泥产品进行承接并转化为产品或零件。

01 混凝土走向低碳，聚焦胶凝材料即水泥

蒋正武：关于低碳混凝土，根据对国务院文件的理解，有两个重要的维度。首先，从数量上看，混凝土用量需要减少。其次，从质的角度看，需要先进的新技术来推动混凝土的进步和发展。目前低碳混凝土还没有准确的定义。我们应该考虑混凝土生产、使用和整个生命周期的碳排放。如何实现减碳、固碳？目前，这些低碳技术路径分为三类。一是直接减碳技术，即水泥、混凝土生产过程中直接碳减排。二是间接减碳技术，优化混凝土配合比，提高混凝土的耐久性，延长其使用寿命。三是碳汇技术，将二氧化碳收集并储存在混凝土中，然后加以利用。

混凝土走向低碳，哪个环节最重要？重点是胶凝材料，即水泥。使用低碳胶凝材料直接减少碳排放。新型胶凝材料、特种水泥、高性能水泥是对普通水泥的改进和改性，但尚未得到广泛应用。此外，利用固体废弃物替代骨料，加强回收利用也是混凝土低碳含量的体现。

低碳混凝土碳汇也分为两个层次。首先，混凝土本身具有沉碳的能力。我们需要进一步开发混凝土增碳汇固碳的功能。其次，从新型胶凝材料的现状来看，部分技术距离规模化、产业化还很遥远。现在推动低碳混凝土的发展，需要评价、标准、规范。

对于这三类低碳混凝土技术图谱实现双碳目标，需要制定合理的技术路线图。另外，我们在追求低碳混凝土技术的今天，不能忽视混凝土和易性、力学性能、耐久性等基本技术性能，否则就会有好有坏。

02 耐久性是低碳混凝土的一个重要维度

王东民：今天研讨会的话题特别好。说到低碳，就离不开水泥和混凝土。我们需要谈谈水泥和混凝土的可持续发展。我们要多发声，呼吁低碳胶凝材料。因为混凝土本身就是一种低碳材料，所以近一个世纪以来混凝土在地球上取得了巨大的成功。混凝土非常环保、经济，是地球上的新材料。对此，我们必须给予高度肯定。从住房和基础设施到交通和基础设施，一切都离不开混凝土。但混凝土中间含有水泥，用量也不低。水泥因其突出的碳排放而面临着巨大的挑战。推动水泥向低碳方向发展是全社会的共识。减少熟料的使用意味着减少碳排放。在未来的水泥中，碱活化胶凝材料正在成为全球行业的热门话题，这需要我们的关注。对我来说，我更喜欢从耐久性的角度来考虑低碳混凝土。希望我们能够使用低碳胶凝材料、优良的外加剂，并用完全符合标准的固体废弃物替代砂石，打造低碳混凝土的耐久性，从而延长建筑物的寿命，减少社会的碳排放。长期。

地球资源富含硅、铝，但钙贫，工矿固体废物以硅铝酸盐为主。碱激发胶凝材料可以采用铝硅酸盐固体废弃物为主要原料，占90%以上。经过国内外学者的研究，其性能（可加工性、强度、耐久性等）已日趋成熟，可以实现大规模商业应用。例如，含碱固体废物的协同利用可以替代工业碱，实现废物到废物的处理。目前，百万吨级生产线已开始建设。在碳中和的宏观背景下，这项技术前景光明，前景广阔。

03 从低碳发展战略出发，呼吁恢复325#水泥生产

严培玉：实现2030年碳达峰目标，确实时间紧、任务重。这需要成熟的技术，可以大量使用。对于低碳混凝土，第一步是计算碳足迹。从全球范围来看，目前预分解和煅烧产生的水泥熟料的碳排放水平较为相似。我国大型企业水泥生产热耗、能耗相近。然而，不同水泥（例如 P.II.）的碳足迹。硅酸盐水泥和PO普通硅酸盐水泥有明显区别，需要仔细计算。在计算中，我们需要知道水泥混合料的种类和用量，但这个数据很难获得。混凝土的成分更加复杂，使得准确计算其碳足迹变得更加困难。二是明确如何发展低碳混凝土和低碳胶凝材料。这几年，有关部门强行取消了PC32.5复合硅酸盐水泥品种。目前，从碳达峰和碳中和的要求来看，减少水泥碳排放最有效的技术路线是更多地使用混合材料。 ISO水泥标准体系包括PC32.5复合硅酸盐水泥； 32.5强度等级的水泥占德国水泥产量的三分之一以上。水泥的质量与品种无关。当前我国水泥质量下降、市场混乱加剧，与PC32.5复合硅酸盐水泥的取消不无关系。因此，我国水泥标准中应恢复PC32.5复合硅酸盐水泥。

对于碱活化胶凝材料，虽然在生产过程中不需要高温煅烧，但确实需要化工产品作为活化剂，并且其生产过程也消耗能源。总体能源消耗不一定低于水泥生产的能源消耗。碱活化胶凝材料的主要原料。无论是粉煤灰还是矿渣，都可以直接用来代替水泥配制混凝土。它们已成为供不应求的宝贵资源。因此，碱激发胶凝材料能否成为可大规模生产和使用的新型胶凝材料，需要认真思考。

由于建筑材料质量波动较大，设计者在结构设计时对材料采取了较大的安全裕度，这就需要使用更多的材料，变相增加了建筑的碳足迹。如果我们能够提高建筑材料的质量和同质性，我们就可以直接减少建筑物的碳足迹。特别是在使用低品质固体废物时，必须考虑其性能对混凝土耐久性的影响。

04 混凝土的碳足迹主要来自水泥及其自身生产和运输能源消耗

尹靖宇：谈低碳混凝土，首先要明确混凝土碳足迹的量化基础。国际通行的产品碳足迹核算包括三个范围：一是企业自身生产工厂内直接产生的碳排放；二是外购电力、热力等能源产生的间接碳排放；第三，产品原材料获取、产品使用以及报废、拆除和再利用阶段的碳排放。国际通行的碳足迹评价标准是ISO14067《温室气体-产品碳足迹-定量要求和指南》，相应的国家标准正在转化。具体到混凝土产品的碳足迹，包括混凝土所用原材料的隐含碳足迹（特别是水泥带来的碳足迹）、混凝土生产和运输的碳足迹、混凝土在施工过程中的碳足迹使用和报废、拆除和再利用阶段。 ，甚至包括碳化过程中的碳去除。

给出了计算熟料、水泥和混凝土对建筑产品的碳足迹的示例。结果表明，熟料的碳足迹主要来源于其自身生产制造过程中碳酸盐的分解和煤炭燃烧排放（主要为范围1）。水泥的碳足迹主要取决于熟料的碳足迹。混凝土的碳足迹取决于水泥带来的碳足迹。按全生命周期碳足迹计算，水泥约占混凝土碳足迹的80%；其次是交通碳足迹，约占9%。在建筑碳足迹中，根据建筑形式不同，混凝土、钢材等建筑材料的碳足迹约占8%~20%。不同强度等级的预拌混凝土碳排放量存在较大差距。由于产品设计、原材料选择、产品生产混合比例以及实际生产工艺等多种因素的影响，不同生产企业之间同一产品的碳足迹也存在差异。差别很大。混凝土使用阶段（包括寿命、碳化去除）以及废料回收和再生骨料应用阶段的碳足迹很难量化。碳足迹量化的目的是引导企业使用低碳水泥、更加环保的运输方式等来减少产品的碳足迹。 2018年，T/CBMF27-2018《预拌混凝土低碳产品评价方法及要求》团体标准发布；国家认证认可行业标准（RB）《预拌混凝土产品碳足迹》标准也在制定过程中。欢迎企业行业专家积极参与制定科学的碳足迹量化规则，符合混凝土行业节能减碳，引领行业低碳发展。

05 关注低碳混凝土和新型胶凝材料碳排放核算方法和规则

龚宪政：关于低碳混凝土和新型胶凝材料的碳排放，主要是核算方法和规则。我们之前的生命周期分析（LCA）对这些方法进行了研究，与当前绿色发展政策所倡导的方向是一致的，但还不是很全面。什么是新型水泥基材料？水泥生产有了新的发展方向和生产技术，如生态水泥，将城市垃圾和工业固废进行再利用等，这从环保角度赋予了水泥一种新型胶凝材料的特性。我认为更重要的是探索这些废物在城市配套建设中的应用领域。还有很多值得研究和需要解决的问题，如污泥处理方法、水泥生产应用中前端预处理的干燥等。对于低碳混凝土，水泥在混凝土中应用广泛。混凝土的大部分碳排放来自水泥。混凝土种类多、用途广、气候差异大。如何准确计算其碳足迹？计算的依据是什么？计算边界如何划分？如何解决整个计算生命周期？使用混凝土中的粉煤灰等废物以及使用废物制备外加剂产生的碳排放更为复杂。计算时如何确定？具体应用和最终废物碳排放处理也很复杂。混凝土的应用场景非常丰富，不同的强度对应不同的低碳值。这就需要针对不同场景的计算方法。这些还不是很清楚，需要逐步解决。

06 新型胶凝材料的发展需要解决辅助材料资源不足的问题。

张斌：从水泥低碳化的角度来看，新型胶凝材料实际上是低碳胶凝材料。低碳胶凝材料从产品方面大致可分为两类：一类是低熟料水泥，另一类是低钙水泥。对于低熟料水泥，需要合理使用矿渣、粉煤灰等辅助胶凝材料。全国范围内，高炉渣目前几乎100%利用率，粉煤灰利用率约为70%，而钢渣、建筑垃圾等利用率较低。因此，应根据当地资源条件合理发展低熟料水泥。低熟料水泥从实验室研究到实际推广，水泥企业虽然面临研发、技术改造、投资、市场认可等方面的问题，但他们认为，这是未来低碳水泥的发展趋势。对于低钙水泥，目前已有很多相关的研发成果和商品化产品。但由于产品自身特点、应用场景、市场接受程度等原因，其应用范围和使用量较小。需要开发多应用场景、市场认可度高的产品。低钙水泥。就混凝土的碳排放而言，90%以上来自于水泥的碳排放。因此，减少混凝土的碳排放，本质上就是减少水泥的碳排放。要减少水泥的碳排放，除了前面提到的水泥产品的低碳化外，水泥生产过程也必须实现低碳化。例如，通过发展替代燃料，每替代10%的煤炭，每吨熟料的碳排放量可减少20kg~30kg。此外，低碳混凝土还可以从骨料角度减少水泥用量，如开发优质骨料。同时，如果要实现混凝土的碳中和，从碳利用的角度来看，可以考虑利用混凝土矿化来吸收二氧化碳，这是利用二氧化碳的有效途径之一。

07 从碳循环到碳平衡是一篇大文章，

除了强度和耐久性之外，低碳成为混凝土的另一个制约因素。

齐光华：对于新型胶凝材料，我认为不一定要低碳。在使用中，我们可以引入“性能与碳比”的概念来强调性能与碳的比例。例如，在生产路基土时，可以使用水泥或石灰。不同的比例可以达到相同的性能。使用水泥不一定具有高碳足迹，使用石灰不一定具有低碳足迹。同样，在相同强度水平的混凝土中，使用不同的胶凝材料组合，使用52.5水泥不一定比使用42.5水泥具有更高的碳足迹。

至于所谓的低碳混凝土，我认为低碳是相对的，是相对于采用常规材料的普通混凝土的配合比来说的。参与和研究了国内外混凝土企业的碳足迹核查和碳足迹计算评价工作。确定预拌混凝土相关原材料、运输设备等排放因子基础数据是关键。当时，有些使用欧洲标准作为默认值。预拌混凝土碳足迹边界分两种方式进行测试，即从“摇篮到大门”（出厂前）和“从摇篮到交付”（进入泵前），其中交付的碳足迹运输时约为10-11kgCO2/m3（取决于搅拌站的辐射半径），约占混凝土碳足迹的5.5%。我认为预拌混凝土企业能够控制的碳足迹在于原材料的选择和配合比。配送运输中能控制的只是运输工具的能源形式。柴油车或新能源汽车的运输距离选择有限。目前，新能源混凝土搅拌车已引入混凝土企业，并已被西部建设使用。因此，在当前形势下，界定预拌混凝土从“摇篮到泵送”的碳足迹边界更为现实。

齐光华还分享并展示了混凝土生产制造过程中原材料、配合比、生产工艺、运输交付的碳足迹状况，以及不同胶凝材料体系的碳足迹对比和尾矿资源综合利用。数值和计算方法。

08 欧洲提出水泥和混凝土碳减排。

3%来自节能，12%来自替代能源，37%来自熟料替代。

张卫红：欧洲水泥可持续发展委员会CSI和国际能源机构IEA联合提出的《水泥行业低碳转型技术路线图》提出了实现碳减排目标的要求：1、水泥生产能耗（能源GJ/t熟料，电耗kWh/t水泥）效率提高3%； 2.替代燃料，包括绿氢、生物质燃料使用（12%）； 3、熟料比例降低（37%）； 4.碳捕获减排技术等创新（48%）。在欧洲，由于二氧化碳排放成本上升、政策和政府资金等因素，这一行业路线图正在加速向企业路线图转变。 2015年，提出2030年吨水泥排放目标为520公斤，2021年降至472公斤。

关于我国水泥、混凝土的低碳达标，我认为目前最大的想象空间是能源替代和材料替代。我们可以向欧洲水泥可持续发展委员会或欧洲水泥研究所建立数据库信息。欧洲水泥可持续发展委员会汇总了900条水泥生产线的数据并进行平均，前10%的平均值可以作为先进指标。如果水泥和混凝土行业想要在2030年实现碳排放大幅下降，就必须有替代方案；为了到2060年实现零碳，需要碳捕获和电力来实现零碳供应。水泥替代品主要用于替代熟料烧结中的低温原料以及在混凝土中添加外加剂。特别需要强调的是，在生产低碳混凝土的过程中，减少水泥用量并不意味着降低质量。有必要研究更多更好的混凝土骨料级配并研磨更细的粉末混合物。配合比好，搅拌均匀，这样的混凝土往往可以减少用水量，提高混凝土的耐久性。

09 废弃混凝土的再生就是碳捕获，形成碳循环

周春生：本次研讨会的主题对于推动整个行业的“双碳”发展非常有意义。从哲学的角度来说，“你是谁？你从哪里来？你到哪里去？”是终极问题。那么二氧化碳从哪里来呢？它来自地壳。二氧化碳去哪儿了？它还可以追溯到地球的生物圈。大家都建议少用水泥，看来这已经是共识了。此外，碳中和、碳捕获、碳收集也是大方向。在水泥生产源头收集二氧化碳排放也是一个想法。但如何收集和利用确实是一个新的命题。混凝土实际上捕获了空气中的碳。使用废弃混凝土作为再生骨料正在捕获碳并形成碳循环。这需要开发新技术。混凝土在这方面具有优势。我们还有很长的路要走。

重要链接：2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上宣布了我国实现碳中和峰值的总体目标。 2021年9月22日，中共中央、国务院印发《关于全面准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰和碳中和工作的意见》，全面确保碳达峰和碳中和目标如期实现。明确总体要求，确定主要目标，部署主要措施，指明实施路径和方向。 10月26日，国务院印发《2030年前碳达峰行动计划》，在目标、原则、方向等方面与《意见》保持有机衔接，聚焦2030年前碳达峰目标2030年。

两份重大文件的相继出台，既是顶层设计，又是国家行动指南。作为总经理长期纲领性文件，《意见》在碳达峰和碳中和“1+N”政策体系中发挥引领作用，与《行动计划》共同构成顶层设计经过碳峰值和碳中和两个阶段。设计已成为各行业推进“双碳”工作的必然指引，对于确保如期完成碳中和达峰的艰巨任务具有重要意义。

实现碳中和有两种主要方法。一是减少向大气中排放二氧化碳，二是吸收大气中已有的二氧化碳。我们的愿景是将混凝土材料开发成碳封存资源。我们希望有一天，每个人行走的道路和居住的建筑物都将采用能够吸收二氧化碳的低碳混凝土。预计混凝土在未来恢复地球碳平衡的过程中将发挥巨大的工业价值。这既是挑战，也是机遇，更是使命。