低碳高段玩法！“垃圾”配一配，蓋房不用水泥？

我們現(xiàn)代幾乎都生活在鋼筋水泥構(gòu)成的城市森林中，想來(lái)對(duì)水泥都不陌生，它是一種典型的無(wú)機(jī)膠凝材料，是我們當(dāng)今社會(huì)應(yīng)用最廣泛、用量最大的土木建筑材料。水泥起源于18世紀(jì)-19世紀(jì)的歐洲，當(dāng)時(shí)英國(guó)人史密頓、派克、阿斯譜丁等人陸續(xù)發(fā)現(xiàn)含有黏土的石灰石、天然的泥灰?guī)r等經(jīng)過(guò)高溫煅燒之后的粉末，沾了水之后會(huì)變得很硬，而這些高溫煅燒的粉末就是水泥的雛形。當(dāng)代硅酸鹽水泥是在阿斯譜丁發(fā)明的波蘭特水泥基礎(chǔ)上生產(chǎn)的，主要原材料是石灰質(zhì)CaCO3、黏土質(zhì)（Al2O3·2SiO2·2H2O）以及其他Mg、Fe、Al等化合物。

清水混凝土建筑 來(lái)源：自拍

水泥幾乎是近代最偉大的發(fā)明，它的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)以來(lái)我們對(duì)天然土、木材料的依賴，并塑造了現(xiàn)代土木工程，使建筑得以更高大、使水利工程更持久、使道路更耐用。但它的生產(chǎn)一般經(jīng)過(guò)研磨－高溫煅燒－研磨的過(guò)程（俗稱兩磨一燒），尤其是煅燒過(guò)程——比如煤炭或天然氣的燃燒，比如石灰質(zhì)中碳酸鹽高溫分解，都會(huì)產(chǎn)生大量CO２，這是當(dāng)今引發(fā)溫室效應(yīng)最主要?dú)怏w之一。

燃料燃燒：C + O2→ CO2， CH4 + O2 → CO2 + H2O

碳酸鹽分解：CaCO3→ CaO + CO2，MgCO3 → MgO + CO2

水泥廠圖：網(wǎng)絡(luò)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全球范圍內(nèi)，水泥工業(yè)約占溫室氣體總排放量的8%，是地球上碳足跡最大的行業(yè)之一；每生產(chǎn)1噸波蘭特水泥，CO2排放量為0.5-0.7噸，2020年我國(guó)的水泥生產(chǎn)與消費(fèi)占據(jù)全球市場(chǎng)的50%左右，碳排放占全國(guó)總排放量的13%。因此水泥減碳是完成“碳中和碳達(dá)峰”目標(biāo)的最關(guān)鍵的領(lǐng)域之一。二十大前后，各部委密集出臺(tái)了碳達(dá)峰的各項(xiàng)實(shí)施方案：《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》、《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》、《建材行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》、《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022-2030年）》等文件，均明確要求強(qiáng)化工業(yè)固廢綜合利用，提出針對(duì)鋼鐵、水泥、化工等重點(diǎn)行業(yè)綠色低碳發(fā)展需求。提出“新型膠凝材料”、“全固廢免燒膠凝材料”、“全固廢膠凝材料”等研發(fā)和推廣。

那什么是固廢膠凝材料？

答案是：以大宗固廢為主要原材料，通過(guò)均化和激發(fā)活性，制備的膠凝材料。

學(xué)者們?cè)陂_(kāi)始研究礦渣和粉煤灰等固廢時(shí)，發(fā)現(xiàn)其與水泥成份相似，而且具有一定火山灰活性，可以摻雜到水泥做為活性摻合料使用；并且隨著各種活化和激發(fā)手段的開(kāi)發(fā)，一方面水泥中摻合料的摻量越來(lái)越大而水泥熟料越來(lái)越少，從水泥、高品質(zhì)摻合料變成低熟料水泥、全固廢水泥（或者叫固廢基膠凝材料）……另一方面，可利用的固廢類型也越來(lái)越多，比如赤泥、鋼渣、堿渣、鋰渣、煤矸石、焚燒飛灰、石膏、尾礦微粉等都被證明可以用于制備固廢基膠凝材料。這些固廢不需要像水泥一樣高溫?zé)Y(jié)，只需要簡(jiǎn)單的配料、粉磨、均化就能替代“水泥”使用。

以鋼渣-礦渣-脫硫石膏體系固廢基膠凝材料為例：

當(dāng)體系遇到水時(shí)，鋼渣類物質(zhì)水化形成強(qiáng)堿環(huán)境，協(xié)同石膏反應(yīng)生成鈣礬石類復(fù)鹽，并激發(fā)礦渣玻璃體的活性，生成大量的C-S-H（水化硅酸鈣）凝膠和Aft（鈣礬石），以及氫氧化鈣等物質(zhì)。這些固廢做膠凝材料水化結(jié)構(gòu)和水泥水化微觀結(jié)構(gòu)十分類似，都是纖維、顆粒彼此穿插成的整體，就類似長(zhǎng)滿刺的蒼耳互相團(tuán)在一起。

固廢基膠凝材料微觀形貌，來(lái)源文獻(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)組合

這種基于固廢的膠凝材料具有廣泛的原材料來(lái)源、低成本和簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝。相較于傳統(tǒng)水泥，它不需要高溫煅燒，只需簡(jiǎn)單的粉磨和適當(dāng)?shù)慕M分調(diào)配；其性質(zhì)和應(yīng)用與傳統(tǒng)水泥類似。未來(lái)的房屋建設(shè)可能不再依賴高能耗、高污染的水泥，而是轉(zhuǎn)向使用這些大宗固廢生產(chǎn)的膠凝材料。這樣的轉(zhuǎn)變不僅能夠降低建筑成本，還能減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。讓我們共同努力，迎接這一變革，創(chuàng)造更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的建筑未來(lái)！

參考文獻(xiàn)：

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《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》、《工業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》、《建材行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案》、《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022-2030年）》等政策文件