使用混凝土外加剂降低建筑CO₂排放量的3种方法
混凝土几乎被用于任何建筑场景,但就建筑可持续性的目标而言,如需进一步减少建筑物的碳足迹,可以考虑使用混凝土外加剂的方法来实现。
混凝土外加剂可以用来减少水泥用量,允许使用更多辅助胶凝材料(SCMs),增加对环境的忍耐力,从而延长结构的寿命。外加剂还可以减少混凝土生产过程中CO₂排放量。
然而,外加剂对可持续性的影响可能很复杂,涉及许多变量。下面三个例子说明了外加剂有助于减少混凝土CO₂排放的几种方法。
超塑化剂是符合ASTM标准的高效减水剂。可以通过一定的引气和水泥化学的共同作用提高浆体均匀性,也可以在低掺量下生产高坍落度混凝土。
例1
在SCM拌合物中使用高效减水剂
高效减水剂可以用来减少拌合物中的用水量,从而降低有效水灰比(w/c)。艾布拉姆斯定律允许用辅助胶凝材料(如粉煤灰)替代水泥,同时保持等效强度。例如,使用超塑化剂处理水灰比水泥用量为350kg/m³、水用量为200kg/m³的混凝土。混凝土含水量可降至160kg/m³,减少用水量20%。
减少水分后,可以用84kg/m³的粉煤灰替代70kg/m³的水泥用量,从而使水灰比为0.445。也可以在拌合物中加入一些沙子,以保持同等的体积。
这样可以使混凝土的CO₂排放量减少19%,考虑到减少生产建筑材料所需的水量也是可持续发展目标的关键因素,因此建筑商可以朝着这个方向在技术上做出改进。
例2
在SCM拌合物中使用高效减水剂和早强剂
遵循上述类似的方法, 将高效减水剂与早强剂结合使用, 也可以进一步减少混凝土的CO₂排放,同时解决由水泥置换率较高而引发的强度问题。
使用相同掺量的高效减水剂, 我们可以将拌合物的含水量降低到169 kg/m³, 水泥用量降低到175kg/m³。然后用210kg/m³的粉煤灰替代水泥,其水灰比为0.44。
然而, 这次我们使用了早强剂, 解决由水泥置换率较高而引发的强度问题。(对于粉煤灰拌合物来说,后期强度通常不是问题。) 这些变化使混凝土的CO₂排放量减少了34%。如果允许降低强度,则减少了早强剂的使用,那么CO₂的排放量将进一步减少。
例3
使用引气剂
引气剂(AEAs)是一种表面活性剂,其作用是在混凝土中引入稳定的小气泡。当混凝土中在冻结过程中膨胀时,压力得到释放。因此,在全球许多易受冻融影响的地区,建筑规范都要求采用AEAs。
引气剂也有助于增强贫混凝土的和易性。当引气量增加几个百分点时,水泥和水的用量会轻微降低,实现理想的和易性,从而适度减少(~3%)CO₂排放。然而,考虑提高耐久性等因素时,对混凝土生命周期的环境影响是相当大的。
因此,单独或组合使用混凝土外加剂,在一定程度上是可以减少与混凝土生产相关的CO₂排放量。
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