Page 103 - 现代建筑的结构设计分析与理论研究

第三章 现代建筑钢筋混凝土结构设计

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矿渣等工业固废富含碱性组分，CO 2 扩散进入内部孔隙液环境中与液相活化的 Ca 、
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Mg 结合生成方解石、文石、菱镁矿等稳定的碳酸化产物（称为碳矿化），可实现
CO 2 的稳定封存和固废的资源化利用。现有的碳矿化技术包含混凝土碳拌合、碳养
护等。例如，加拿大研究人员将 CO 2 直接通入搅拌的混凝土中，使得 CO 2 与溶解的
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Ca 反应形成纳米碳酸钙，能够提升混凝土的早期性能并降低约 5% 的碳排放（折合
6kg/t)；在配合拌制混凝土时掺入二氧化碳，在不影响耐久性的情况下，最佳二氧化
碳剂量可使混凝土初凝时间减少 40%，并使第一天和第三天的抗压强度分别提高 14%
和 10%。与此同时，混凝土浇筑完成后，通过碳养护能够进一步提升性能并吸收更多

的 CO 2 。相关研究显示，采用碳化养护生产 20% 粉煤灰掺量的混凝土，碳排放可降低
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36%；在优化配比下，混凝土碳养护的碳吸收量高达 80 kg CO 2 /m 。且碳养护还能用
于强化再生骨料。因此，通过碳矿化能够实现水泥熟料、辅助胶凝材料和回收骨料的
综合固碳和减碳；据统计，通过对混凝土和大宗固废的碳矿化，中国每年有望实现 1.23

亿吨的直接碳减排以及 16.04 亿吨间接碳减排，分别占总碳排放的 1.5% 和 17.7%。
2. 施工技术减碳
施工阶段的碳排量所占比例较小，但采用装配式建造或 3D 打印建造等方式，仍
可有效减少结构碳排放，帮助实现结构减碳目标。相关研究表明，预制装配式建造可

以使每立方米混凝土减少 10% ～ 14.6% 的碳排放；相较于使用现浇混凝土，采用普
通拼装整体式结构可以降低 25.94% 的碳排放，而进一步采用拼装整体式再生结构可
以再次减少 8.5% 的碳排放。针对 3D 打印技术，研究发现 3D 打印特殊混凝土通过掺

入粉煤灰、硅灰等材料，每立方米混凝土碳排放能降低 10% ～ 30%;3D 打印免模板施
工，时间和人工成本低，碳排放量均比传统方案降低 5% 左右。综上，混凝土结构服
役前阶段碳排放的降低策略主要包括建筑材料与施工技术。在建筑材料方面，采用矿
物质材料替代水泥熟料和开发新型低碳胶凝材料，以及使用混凝土外加剂，可显著减

少碳排放；此外，通过碳捕集、利用和存储技术通过碳矿化将 CO 2 封存在混凝土中，
实现碳减排。施工技术方面，采用装配式建造和 3D 打印技术可有效降低结构碳排放，
提高效率。通过材料创新与施工技术改进，可使混凝土结构的碳排放得以有效减少。
（二）服役中阶段

1. 提升建筑节能
建筑物服役中采暖和制冷能耗主要来源于建筑围护结构热交换，其中墙体占
25%、门窗占 23%、屋面占 30%。为降低这些能耗，建筑业内正在积极寻求采用创新
的混凝土相关前沿技术，以下主要列举适用于提升建筑节能水平的混凝土相关前沿

技术：
多孔轻质骨料用作混凝土粗细骨料是当前最常见的节能混凝土技术。国内外均

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