第六届中国混凝土大讲堂深度报道
时间：2024-06-15 来源：CCPA科技工作部 分享：
本届混凝土大讲堂经专家委员会推荐和提名，遴选国际知名3位专家学者，就低碳水泥混凝土与绿色建筑的创新发展，综合国内和国际的前沿研究与工程应用进展情况开展学术与技术交流。
2024年6月2日，由
和中国硅酸盐学会共同组织的第六届中国混凝土大讲堂于南京国际博览会议中心成功召开。
本届混凝土大讲堂经专家委员会推荐和提名，遴选国际知名3位专家学者，就低碳水泥混凝土与绿色建筑的创新发展，综合国内和国际的前沿研究与工程应用进展情况开展学术与技术交流。3位专家学者分别是全国工程勘察设计大师、中国建筑科学研究院首席科学家、专业总工程师徐伟研究员，中国建筑材料科学研究总院绿色建筑材料国家重点实验室学术带头人张文生正高，以及东京大学野口贵文教授。
第六届中国混凝土大讲堂由
副秘书长陈玉博士主持，中国硅酸盐学会秘书长谭抚致欢迎辞。谭抚表示，中国混凝土大讲堂是中国硅酸盐学会和
联合举办的、定位于国际化、高水平、公益性的学术交流活动。本届主题是“低碳水泥混凝土与绿色建筑”，在国家强化绿色建筑及绿色建材选用要求，鼓励有条件的地区结合零碳建筑、近零能耗建筑等建筑类型开展绿色建材应用示范建设的今天，可谓适逢其会、恰逢其时。本届《大讲堂》的三位主旨报告专家分别在零碳建筑与近零能耗建筑、低碳水泥材料和新型可循环负碳混凝土的创新研究上取得了突出成就，今天的演讲必将对低碳水泥混凝土与绿色建筑的发展起到重要的引导作用。最后，谭抚秘书长预祝大家收获满满，受益良多。
第一位主讲嘉宾是中国建筑科学研究院有限公司的徐伟研究员。徐伟老师现任中国建筑科学研究院首席科学家、专业总工程师，建筑环境与能源研究院院长；全国工程勘察设计大师、博士生导师、研究员、国务院政府特殊津贴专家、国家百千万人才工程人选、国家有突出贡献中青年专家等。徐伟研究员长期工作在科研和工程一线，主持开展国家重大科技计划10余项，在建筑节能技术、近零能耗建筑、可再生能源利用以及建筑能耗计算、清洁供暖等方面取得多项创新性研究成果，并推动我国近零能耗建筑发展速度及规模居世界前列。徐伟研究员分享的报告题目是“发展零碳建筑，促进低碳建材”。
▲徐伟研究员
▲徐永模会长为徐伟研究员颁发主讲嘉宾荣誉证书首先，徐伟研究员介绍了零碳建筑的国内外发展情况，并从我国城乡建筑领域自身发展需求方面介绍了发展零碳建筑的原因。根据IEA数据，2020年建筑领域能耗占全球的36%，碳排放占全球的37%，建筑运行阶段约占比约为27%；发展零碳建筑已成为全球应对气候变化的共识。
接着，徐伟研究员对零碳建筑的定义和内涵进行了详细的介绍。碳排放种类分成直接排放、间接排放和隐含排放，建筑相关的碳排放包括采暖、空调、输配、生活热水、固定照明等。徐伟研究员总结了国际上绿色建筑的标准，对其计算建筑碳排放涵盖的范围进行了比较，其中我国的零碳国标是最为全面的，包括建材、建造、运行和拆除阶段的全生命周期的碳排放。
▲绿色建筑评价体系对比
中国建筑具有建筑密度大、容积率高，城镇住宅建筑以多层和高层住宅为主，新建公共建筑体量大、建筑体形系数小、入住率差别大等特点，导致我国建筑单位面积可利用可再生能源资源受限，大部分建筑实现零碳建筑技术难度大；同时我国具有地域辽阔，气候差异巨大、不同气候区，建筑物冷热负荷差异大、大多数地区太阳能资源丰富，分布不均衡等特征，决定了我国应因地制宜，充分考虑气候特征和资源的影响，采用太阳能资源利用为主的零碳建筑技术路线。零碳建筑的重点技术原则包括：直接、间接、隐含碳排放全覆盖，节能减碳标准双规推动，相对和绝对指标的双控体系，建筑、气候、资源三位赋值，注意在设计阶段中对低碳建筑、社区方案的引导，以建筑为主的排放区域也在零碳建筑之内等。
徐伟研究员介绍了实现低碳建筑的技术路径。通过全过程碳目标监督和管理方法，确保建筑碳排放目标的实施落地；因地制宜进行低碳规划设计；开发符合建筑能效要求的新型围护结构及施工技术；开发并大规模应用包括光伏产品、热泵等建筑可再生能源利用，实现建筑电气化及节能减碳；开发和应用光储直柔这个建筑未来能源系统的新形式；采用预制成品或部品和装配式施工、建筑垃圾资源化利用、采用可循环的建筑材料等方式实现建材减碳；减少建材消耗量、采用低碳建造方式实现建造过程减碳。
▲建筑全过程的碳排放监督和管理
▲光伏产品建筑一体化应用
徐伟研究员以中国建研院光电建筑（寒冷地区—公共建筑）、中国海外大厦（夏热冬暖—公共建筑）、海南淇水湾旅游度假综合体（夏热冬暖—公共建筑）、珠海兴业新能源产业园研发楼（夏热冬暖—公共建筑）、美国APPLE PARK、英国贝丁顿零碳社区、德国弗莱堡沃邦社区等为例，介绍了国内外具有代表性的零碳建筑、零碳社区和零碳区域。
▲中国建研院光电建筑（寒冷地区—公共建筑）
▲海南淇水湾旅游度假综合体（夏热冬暖—公共建筑）
▲Apple Park——全球最大的零能耗建筑
▲【零碳区域】博鳌零碳示范区
最后，徐伟研究员总结说，零碳建筑是建筑领域承担自身减排责任的主体形式，规模化发展是全球共识；能效优先、可再生能源充分利用和用能转型是实现零碳建筑的基本原则；建筑行业和建材行业协同发展，是实现全寿命期零碳建筑的关键举措；高比例可再生能源的零碳区域和城市，是未来发展趋势；应加快推广低碳、近零碳、零碳建筑，开展零碳城市示范。
第二主讲嘉宾是来自中国建筑材料科学研究总院的张文生正高、博士生导师、国务院政府特殊津贴专家。现任绿色建筑材料国家重点实验室学术带头人，“十四五”国家重点研发计划”新型低碳水泥研发及应用关键技术”项目负责人。主要从事水泥化学、高性能水泥制备、低碳排放型胶凝材料、废弃物资源化利用等基础研究及应用技术开发工作，负责国家自然科学基金重点项目等20余项国家级科研项目，为我国水泥工业节能减排及行业技术进步做出了突出贡献。张文生正高分享的主题报告是“低碳水泥的研究及其混凝土”。
▲张文生正高
▲谭抚秘书长为张文生正高颁发主讲嘉宾荣誉证书
张文生正高首先介绍了水泥全生命周期碳排放与理论模型，从物质和能量两个维度入手，从水泥制备到水泥使用生命周期，分析了碳足迹的影响因素，从而引发出来现阶段低碳水泥有关的技术成果，为下游低碳水泥混凝土的应用打下了基础。
接下来，张文生正高从全球角度，介绍了低碳水泥的研究情况。近年来，低碳水泥的研究呈现出显著的增长趋势。通过对2010年至2023年间的低碳水泥学术论文发表数量的统计，发现文献数量逐年增长，特别是在2021-2023年期间，文献数量增加较快，主要来自欧洲、北美、印度和澳大利亚等地区。这表明低碳水泥领域的研究正逐渐深入，并受到越来越多的关注。
张文生正高认为，低碳水泥是由低钙熟料矿物和固废组成，且固废效应得到充分发挥且生产工艺低碳化特征明显的水泥品种。低碳水泥熟料的种类包括低钙硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、高贝利特硫铝酸盐水泥熟料和硫硅酸盐水泥熟料等熟料种类。通过调整这些熟料的比例和添加不同的掺合料，可以制备出性能各有特点的低碳水泥。目前，已开发出多种低碳水泥，如高贝利特硫铝酸盐水泥、LC3水泥、碱激发胶凝材料、负碳/固碳胶凝材料和全固废胶凝材料等。张文生正高详细介绍了这些低碳水泥的水化反应机理、力学性能及减碳降碳技术。
▲普通硅酸盐水泥与LC3水泥的组成差异
▲碱激发胶凝材料原料种类
▲负碳/固碳胶凝材料水化反应
低碳水泥在混凝土中的应用是实现建筑材料绿色化的重要途径。通过将低碳水泥与骨料、外加剂、矿物掺合料等混合使用，可以制备出具有优良工作性能、力学性能和耐久性的低碳混凝土。低碳水泥混凝土的组成和性能特点因种类而异，这些低碳混凝土在性能上各具特点，如快硬早强、耐腐蚀性好、耐高温性好等，并在不同领域得到应用。张文生正高展开讨论了高贝利特硫铝酸盐水泥混凝土、碱激发胶凝材料混凝土、全固废胶凝材料混凝土等低碳水泥混凝土与普通硅酸盐混凝土在力学性能、工作性能、耐久性能等方面的差异。
▲低碳水泥与低碳混凝土
最后，张文生正高表示，低碳水泥及其混凝土应用的研究已取得显著进展，但仍面临一些挑战和问题。未来，应进一步加强低碳水泥的研究和开发，探索新的制备工艺和原料，提高低碳水泥的性能和稳定性。同时，应加大低碳水泥混凝土在实际工程中的应用力度，推动建筑材料行业的绿色可持续发展。
第三位主讲嘉宾是来自东京大学的野口贵文教授。野口教授现任东京大学工学院建筑系主任，并担任日本建筑学会副会长、日本建筑外装学会会长、国际结构混凝土协会(fib)可持续性委员会副主席、国际材料与结构研究实验联合会(RILEM)会士等社会职务。他研究领域广泛，在高强混凝土、自密实混凝土、可完全再生混凝土、碳中和混凝土、混凝土耐火性等多个领域取得了突出成就。野口贵文教授分享的主题报告是“面向碳中和与循环经济的新型可循环再生负碳混凝土”。
▲野口贵文教授做线上交流
▲王肇嘉会长为野口贵文教授颁发主讲嘉宾荣誉证书（东南大学王伟教授代领）
大气中的CO2含量正在逐年增加，由海洋及地质吸收、储存或转化CO2的量已经不够平衡人类CO2的排放量。混凝土是世界最广泛使用的建筑材料，水泥作为混凝土原材料之一，其生产过程中产生的CO2储量在全世界范围内已达550亿吨，每年产量约为21亿吨，到了2050年世界水泥行业年产CO2的量会上升到现在的1.2倍。在庞大的规模背后，水泥混凝土行业面临着日益严重的降碳减排的压力。
▲预测2050年资源循环
目前，日本的水泥混凝土在建筑物拆除破碎后，大部分用于道路的填充材料，只有很小一部分用做再生骨料。随着石灰石这种非再生资源的逐渐消耗，混凝土也终将面临着原材料枯竭的问题。根据统计数据，按照现在日本消耗石灰石的速度，截止2053年日本将用完所有已确定储量的石灰石；截止2217年，日本所有可能的石灰石储量将全部消耗殆尽。
野口教授列举出了六种在混凝土全生命周期中减少、吸收和固定CO2的技术路径。第一种是采用人工合成或者再生石灰石进行水泥和混凝土的生产，比如通过钢渣中存在的CaO与CO2反应人工合成石灰石，制备的石灰石可用于熟料生产和混凝土的制备，并介绍了几种世界各国人工合成石灰石的技术。第二种是收集水泥厂排放的CO2，与橄榄石反应生成无定型硅胶，再用于配置胶凝材料。第三种是通过碳酸钙骨料吸收CO2。第四种是混凝土制备过程中吸收固定CO2技术，一种是向新拌混凝土注入CO2产生纳米碳酸钙，促进水泥水化并提高混凝土强度的同时，也可以减少水泥的用量，从而达到减碳的效果；一种是利用CO2进行预制构件和水泥制品的碳化养护，通过前养护-碳化养护-后养护的流程，可提高混凝土强度；一种是利用γ-C2S及CS的高碳化活性来固定CO2，得到负碳混凝土。第五种是在混凝土的服役寿命期间吸收或吸附混凝土，主要有两种细分技术路径：使用CO2气泡水附着于混凝土表面，或在混凝土表面涂刷氨类化合物，来增加吸碳能力。第六种途径就是利用废弃混凝土吸收CO2形成可再利用的骨料。
▲混凝土实现碳中和的6种路径
野口教授分享了团队研发的新型可循环负碳混凝土-碳酸钙混凝土，该技术将废旧混凝土粉碎后，与水中CO2反应生成Ca(HCO3)₂，通过其研发的技术，加速碳化速度，使其硬化最终形成碳酸钙混凝土。团队提出了三个技术手段，沉淀法、压力法和叠加压力法，以提高碳酸钙混凝土的强度，实现碳酸钙混凝土制品尺寸的大型化，并进一步减少使用生产过程中的能源的消耗。目前，研发团队正在开展技术攻关，研究如何将碳酸钙混凝土应用于拱、预应力块、墙体、柱等结构构件中。团队通过在薄壁钢管模具中灌注碳酸钙混凝土，制备预制柱进行力学性能测试，并进行了有限元分析，结果基本吻合。未来，碳酸钙混凝土技术的发展需要考虑满足实际生产要求的各种工艺和设备，供应链需要进一步优化，以求实现工厂化、规模化应用，将可循环再生负碳混凝土的理念变成现实。
最后，野口教授表示，希望未来混凝土能够像木材一样，成为一种经济的、可持续的、可无限次闭环利用的碳中和材料。
第六届中国混凝土大讲堂对混凝土行业免费开放，协会聚焦国内外热点研究和应用领域，跨界邀请行业内外的资深专家，在打通混凝土产业上下游方面做出了努力，取得了圆满成功。在未来，中国混凝土大讲堂将继续致力于打造国内外最高水平的学术和技术交流平台，将混凝土界的最新成果介绍给广大从业人员、建筑设计师和工程师们。第七届中国混凝土大讲堂计划将于2025年行业大会期间举办。
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