Page 102 - 现代建筑的结构设计分析与理论研究

Structural Design Analysis and Theoretical Research of Modern Architecture
现代建筑的结构设计分析与理论研究

第五节 混凝土结构全寿命减碳技术

一、混凝土结构减碳技术进展

（一）服役前阶段

混凝土结构服役前的碳排放主要来源于原材料生产和施工过程，该阶段减碳技术
已经成为关键的环保目标。其中，两个重要方面是建筑材料减碳和施工技术减碳。

1. 建筑材料减碳
建筑材料的生产工艺复杂、影响因素众多。文中集中分析如何合理利用现有胶凝
材料以及研发新型低碳胶凝材料以实现混凝土结构服役前阶段的减碳。目前，通过原
材料生产和采用施工新技术是减少混凝土结构服役前阶段碳排放的主要途径，包括：

通过矿物质材料替代减少水泥熟料用量，及通过添加矿化剂等实现水泥熟料组分优化，
从而降低水泥工业碳排放；研发使用新型低碳胶凝材料（如煅烧黏土与石灰石复合胶
凝材料体系 LC3、碳负性镁质水泥、碱激发胶凝材料等）、混凝土外加剂（如二氧化

钛），减少原材料生产排碳；采用碳强化、碳养护、碳拌合等负碳制备技术，中和部
分生产过程的碳排放。
通过熟料减量及工业固体废弃物（如高炉矿渣）替代部分水泥以及精细化利用，
不仅能够提升混凝土的施工性能、强度和耐久性，同时显著降低碳排放。相关统计结

果显示，合理的熟料减量可减少胶凝材料制备产生碳排放的 22.8% ～ 33.8%，用粉煤
灰替代 25% 水泥可减少 9.8% 的碳排放，用矿粉替代 70% 的普通硅酸盐水泥（ordinary
portland cement，OPC)，可以最大限度地减少 47.5% 的碳排放。据统计，综合利用辅

助胶凝材料有望在全球范围内实现年均 13 亿吨的总减碳，其中中国理论年减碳量可
达 5.48 亿吨，占全国全年总碳排放的 4.4%。水泥熟料的精细化利用也能有效降低混
凝土的碳排放，如研发使用高性能混凝土（UHPC、ECC 等通过掺入纤维、活性粉末
实现混凝土增强增韧）降低构件的截面以减少混凝土与钢筋用量需求，综合可降低

14% ～ 33% 的碳排放。研发新型低碳胶凝材料替代传统波特兰水泥，也可减少混凝
土结构服役前阶段碳排放。研究表明，采用工业固废为前驱体的地聚合物作为混凝土

胶凝材料，可实现超过 60% 的碳减排；以电石渣和煤矸石为基础材料，制备可替代
水泥的低碳胶凝材料，碳减排量可达 55%；相比于普通混凝土，碱激发胶凝材料混凝
土可减少约 44% ～ 64% 的 CO 2 的排放；硫铝酸盐水泥混凝土可实现 25% ～ 35% 的
CO 2 减排；优化的低碳胶凝材料有望降低 52.6% 的碳排放。

除了使用低碳胶凝材料，由于混凝土以及一些工业固废的高碱性使得碳捕集、利
用和存储（CCUS）技术成为混凝土结构减碳的有效路径。水泥熟料、水化产物以及

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