再生骨料混凝土空心砌块环境影响分析.pdf

2 0 1 3 年 第 6 期 (总 第 2 8 4 期 ) Nu mb e r 6 in 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 C0NCRET E PR0DUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 6 0 3 3 再生骨料混凝土空心砌块环境影响分析 李贞 。冯庆革 ，朱惠英 ，卢凌寰 ( 1 广西建筑科学研究设计院，广西 南宁 5 3 0 0 1 1 ；2 广西大学 环境学院，广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘要： 从生命周期评价法人手 ， 采用环境影响分析法定量研究了使用再生骨料生产 的混凝土空心砌块生产过程 中的物质输入、 输出情况 ， 以及这些物质进出对环境的影响情况 ， 并分析 比较使用不 同种类 、 掺量再生骨料生产的混凝土空心砌块的环境性能。 结果显示使用再生粗骨料完全替代天然粗骨料的混凝土空心砌块环境性能最好 ， 说明再生骨料的使用使得混凝土空心砌块的环 境性能有所提高。 关键词： 再生骨料 ；混凝土空心砌块 ；生命周期评价；环境影响 中图分类号： T U 5 2 8 7 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 1 1 4 0 4 An a l y s i s o f e n v i r o nme n t a l i m p a c t O R t he r e c y c l e d a g g r e g a t e c on c r e t e h o l l o w b l o c k s L J e 玎 ， F E NG Q i n g g e 2 , Z HUHu i y i n g ， LUL i n g h u a n ( 1 G u a n g x i Re s e a r c h I n s t i t u t e b u i l d i n g ， Na n n i n g5 3 0 0 1 l ， C h i n a ； 2 Co l l e g e o f En v i r o n me n t ， G u a n g x i Un i v e r s i t y， Na r mi n g 5 3 0 0 0 4 ， Ch i n a ) Abs t r a c t ： Th e ma t e r i a l i n p u t a n d o ut p u t ， wh i c h e xs i t e d i n t h e p r o c e s s o fp r o d uc t i o n o fc o n c r e t e ho l l o w b l o c ks wi th r e c y c l e d a g g r e g a t e， wa s s t u di e d q u a n t i t a t i ve l y by t he e nv i r o nm e ntal i mp a c t a n a l ys i s ， f r o m the the l i f e c y c l e o f the e va l ua t i o n me t ho d Be s i d e s ， the e n v i r o n me n t a l p e rfo r ma n c e o f c o n c r e h ol l o w bl o c ks wi th di ffe r e nt s pe c i e s an d r a t i o o f the p r o d uc t i o n o f r e n e wa bl e a g gre g a t e wa s a n a l y s i s e d Th e r e s u l t s s h o we d tha t t h e e nv i r o nme n t a l pe r f o rm an c e o f c o nc r e h ol l o w bl o c ks wi th f ul l y r e pl a c e me n t o f r e c y c l e d c o a r s e a g gre g a t e f ul l y r e p l a c e me n t wa s b e s t ， a nd t he e n v i r o nm e n tal pe rfo r ma nc e c o u l d b e i mpr ov e d wi th r e c y c l e d a g gre g a t e K e y wor d s ： r e c y c l e d a g g r e g ate ； c o n c r e t e h o l l o w b l o c k； l i f e c y c l e a s s e s s me n t ； e n vir o nm e n tal i mp a c t 0 引 言 我国是水泥建材 的生产大国 ， 建材产品的生产在我国 国民经济中起着举足轻重 的作用。 然而 ，水泥建材产品生 产 的高资源 、 高能源 消耗 、 高污染物排放 已经 给我国环 境 保护 ， 资源能源合理利益带来 了巨大 的压力。 目前 ， 建材行 业正在 寻求 能高效利用城市垃圾 、 工业废弃 物 ， 消纳处理 各种有毒 、 有害废弃物的发展途径 。 国外学者 -耐 混凝土砌块及建筑垃圾再生道路材料 的 环境影响曾进行分析评估， 本研究从环境及材料的角度出发 ， 利用建筑垃圾中的废弃混凝土制备再生骨料 ， 并将其应用 于混凝土空心砌块 的生产制备 中， 为突出其环境性能方 面 的优越性 ， 笔者尝试从生命周期评价法人手 ， 采用了环境影 响分析法( c ML法) 翻 定量研究普通混凝土空心砌块与再生 骨料空心砌块生产过程中的物质输入、 输出情况， 以及这些 物质进出对环境的影响情况， 并分析比较其环境性能。 1 目标 确 定 评价混凝土生命全程 的目的 ， 就是要在其生命周期 内 指 明各个 阶段的环境负荷 ， 以及各个 阶段对环境影 响较大 的因素， 为其环境性能的全面改良提供依据。 2 确定边界条件 ( 1 ) 研究范围从混凝土空心砌块原材料 的开采 、 加工 、 运输开始 ， 包括水泥的生产 、 混凝土砌块 的制造 、 到砌块的 回收利 用 、 废 弃处理的全过程 ， 对 比普通混凝土砌块与再 生骨料混凝土砌块生命周期 中产生的环境影 响。 ( 2 ) 研究对象是强度等级为 M U5的混凝土空心砌块 ， 选取一组普通混凝土空心砌块作为空 白对照 ， 一组砌块采 用再生粗骨料 1 0 0 替代天然粗骨料 ， 一组采用再生细骨料 1 0 0 替代天然细骨料 ， 分别以 C O 、 C1 、 C 2 编号 。 ( 3 ) 各组 砌 块采 用相 同的配 合 比 ， 1 m 混 凝 土使 用 1 1 8 5 k g 粗骨料 、 8 1 4k g 细骨料 、 1 9 9 k g 水泥 、 1 5 0 k g 水 ， 即 粗骨料 ： 细骨料： 水泥： 水的 比例为 5 9 5 5 ： 4 0 9 0 ： 1 ： 0 7 5 4 。 ( 4 ) 各组砌块使用的水泥原料采用硅酸盐水泥， 由石 灰石、 黏土、 石膏生产得来， 每吨水泥料耗： 石灰石 1 3 t 、 黏 土 0 3 t 、 石膏 5 0 。 ( 5 ) 水 泥原料 和混凝 土原料运输工具均采 用 5 t 柴油 汽车 ， 运输距离分别假定设 为 l 0 、 3 0 k m。 再生骨料运输也 采用 5 t 柴油汽车 ， 运输 1 0 k m， 由于废弃混凝土 的破碎 、 筛 收稿 日期：2 0 1 2 1 2 2 5 基金项 目：广东省建筑节能与应用技术重点试验室开放基金项 目( 2 0 0 9 A 0 6 0 8 0 0 0 2 1 ) ； 广西科学研究与技术开发计划( 桂科攻1 1 1 0 7 0 1 6 1 1 ) 1 1 4 分和加工所消耗的能量相对于天然岩石的开采和加工而言 小得多 ， 本研究设再生骨料制造消耗 的能量为岩石粉碎消耗 能量的0 5 倍。 由于在砖厂制造， 不考虑混凝土废弃处理。 ( 6 ) 生产设备、 建筑设施相关的环境污染不予考虑。 3 生命清单分析 本研究涉及有关公用系统的环境数据如表 1 所示。 其 中电力生产污染物数据按 2 0 1 0年我 国发电煤耗平均水平 0 3 3 3 k g 标煤 ( k w h ) 4 1 ， 折合为热值 5 8 0 0 k c a l k g的燃煤 计算而来。 C O 生成量按原煤固定碳含量 5 0 计算； 原煤灰 分以 2 0 计 ； 电力生产 、 运输 系统 NO ： 、 S O 生成量根据相 应平均排放因子计算得到。 以2 0 1 0 年我国火电发电排放 指标换算得 到粉尘和烟尘生成量( 不考虑柴油颗粒排放 ) 。 以相 同的电力消耗计算所有 的原料开采。 表 1 公用系统环境数据 水泥混凝土生产过程的环境数据 ， 见表 2 。 燃煤 固定碳 按5 0 o d t， 水泥生产固体废弃物按产量 十， 燃煤产生 c o 2 由固定碳计算得到 ， 原料 C O 按碳酸钙含量为 5 0 计算得 到。 N O ： 、 s o 2 生成量按表 1 的计算方式计算。 表 2 混凝土空心砌块生命周期过程的环境数据 4 生命周期环境影响评价 4 1 分类 根据 L C A数据将混凝土空心砌块对环境的影响分为 7 类 ， 并依据对应当量进行指标化， 分为能源消耗( E D P ) 、 资源消耗( A D P ) 、 温室效应( G WP ) 、 环境酸化( A P ) 、 富营 养化( N P ) 、 人体健康损害( H C A) 、 光化学烟雾( P O C P ) 。 根 据本试验 的混凝土空心砌块配合 比， 计算普通混凝土空心 砌块及再生骨料空心砌块的生命周期清单数据见表 3 。 4 2 特征化 结合表 3 ， 按有关参照物 、 相对 当量数据 、 世界总当量 数据分别求得混凝土空心砌块对于环境的相关影响、 环境 污染 当量数和环境污染相对指数 。 结果见表 4 ， 表中列 出了 7 类环境指标的相关数据。 4 3 标 准 化 用单项评价得到的生命周期的环境影响潜力 除以相 应 的全球数据网 ， 就得到 了各类环境影 响相对 于全球大小 的贡献。 表 3 混凝土空心砌块生命周期清单分析 l 1 5 表 4 混凝土空心砌块的相关环境影响 、 当量数及相对指数 环境影响分类相关污染物 参照物 当量指标 n 世界指标 标准指标 ( 1 0 年 ) 权重单项指标 ( 1 0 年 ) 比例 E D P 能源消耗 1 G J GW P CO2 1 k g CO2 A P N 、 S ( ) 2 1 k g S 02 HC A C O、 NO , 、 S O 2 1 k g 人体 NP N P OC P c kI , 1 k g乙烯 C0i 206 GJ Cl ： 1 9OGJ C2： 1 95GJ C0： 2 3 23l C1： 2 2 245 C2： 2 2 5 5 4 C0： 0 5 0 2 C1： 0 4 53 C2： 0 4 68 C0： 057 2 C1 i 0 5l 6 C2： 0 5 33 CO： 8 1 0 xl 0 C1 ： 7 3 5 x1 0 C2： 7 5 8 1 旷3 C0： 9 1 5 x1 0 C1： 6 8 9 x1 0 C2： 7 6 0 x1 0 0 2 3 5 ) 1 0 9 GJ 年 3 7 7 x1 0 k g 年 2 8 6 x 1 0 k eg芷 5 7 6 x 1 0 k eg在 7 4 8 1 0 k g 年 3 7 4 x 1 0 9 k e g年 8 7 7 0 8 0 9 0 8 3 0 0 6 1 6 O 5 9 0 0 5 9 8 0 1 7 6 0 1 5 8 0 1 6 4 0 0 9 9 0 0 9 0 0 0 9 3 0 O 1 0 8 0 0 9 8 0 1 01 2 4 5 0 1 8 4 0 2 0 3 0 l 8 8l 89 4 0 l 203 0 2 38 5 0 1 564 0 0 29 7 0 0 62 7 0 1 00 2 0 0 6 2 7 0 3 4 9 8 209l 6 1 9 2 9 5 1 9 7 9 6 0 9 6 3 4 0 9 2 2 8 0 9 3 4 3 0 0 5 2 3 0 0 4 6 9 O O 4 8 7 0 0 6 21 0 0 5 64 0 0 58 3 0 01 O 8 0 0 09 8 0 01 01 0 1 6 4 2 0 1 1 54 O 1 3 6 0 6 57 9 7 3 1 27 2 420 8 1 21 O 8 31 08 2 68 4 9 71 1 486 1 267 0 5 3 0 7 6 066 0 6 3 0 9 1 0 7 9 0 1 1 O 1 6 0 1 4 1 6 5 1 8 5 1 8 4 6 6 - 3 0 5 03 7 5 7 0 6 4 4 混凝 土环境性 能评估 与改善 由表 5 中数据绘制得到图 1 ， 可 以看出 ， 普通混凝土空 心砌块 与再 生骨料混凝 土空心砌块对 环境 的污染主要是 消耗 了大量 的不可再 生资源 A D P和能源 E D P以及温室 效应 G WP ； 对三种类型混凝 土空心砌块而言 ， 这三种环境 影 响之和基本都 占 9 8 以上 。 表 5 生产过程各阶段主要影响指标 7 6 5 鬓 2 1 0 ADP E DP uWP P OCP NP AP 环境因素 图 1 不同环境影响指标环境影响强度对比 表 5 及图 2 表现的是混凝土空心砌块生产过程各阶 段 的环境影响指标 ， 可 以看出混凝土空心砌块生产阶段 由 于使用了大量的砂、 石骨料对环境生产的综合影响较大， 其 1 1 6 鬓 s 2 l 0 原材料生产混凝土生产 能量生产 图 2 生产过程各阶段环境影响综合指标 次是原料生产阶段， 最后是能源生产阶段。 由此可知， 要减 少混凝土空心砖整个生命周期中对环境的影响， 可以从原 料生产阶段和混凝土生产阶段着手， 可以考虑完全使用再 年 0 加 7 7 7 7 2 3 昕 2 1 1 O 1 2 C C C 石 灰 石 耗 消 源 能 P 生骨料替代天然骨料 ， 这样对 A D P的降低效果显著。 结合表 5的数据可 以计算得到 3 种不 同混凝土砌块 的环境影响综合指标见图 3 。 由数据可知 ， 再生混凝土砌块 的环境性能优于普通天然混凝土砌块 ， 尤其是再生粗骨料 能更大提高混凝土空心砌块 的环境性 能。 主要原因是由于 再生骨料替代天然骨料可以减少天然资源与能源的消耗 ， 因而再生混凝土的环境性能 比较好 。 c0 Cl C2 图 3 不同种类空心砌块环境影响综合指标 5结 论 ( 1 ) 普通混凝土空心砌块与再生骨料混凝土空心砌块 对环境造成的最大污染主要是消耗了大量的不可再生资 源 A D P和能源 E D P以及温室效应 G WP 。 上接第 1 1 3 页 剪跨 比 图 8 极限荷载一 剪跨比 |j I 曲线 斜直线关系 。 另外 ， 各叠合梁加载过程 中 ， 斜裂缝在发展至 叠合 面后基本都有 略微 的停 顿 ， 这个停顿过程 ， 可 以说是 一 个应力重分布的过程。 因此 ， 在叠合面不失去黏结效应的 前提下 ， 斜裂缝在叠合面的停顿对梁 的抗剪能力是有利的， 它缓减 了斜裂缝 的发展 。 通过再生混凝土叠合梁与普通混 凝土叠合梁极限承载力的对比发现： 剪跨比A为 1 9 时的 再生混凝土叠合梁最接近普通混凝土叠合梁的承载力 ， 它 比普通混凝土叠合梁的承载力提高了 1 8 3 。 综上所述 ， 再生混凝土叠合梁 的破坏过程和受力状 态和普 通混凝土 叠合 梁基本相 同 ， 都是随着剪跨 比 A的增 大 ， 极 限承载力 降低 ； 但是不同的是在相同剪跨比下 ， 再生混凝土叠合梁 的极限承载力要比普通混凝土叠合梁高。 5结 论 ( 1 ) 再生混凝土与普通混凝土叠合梁的破坏形式基本 类似。 ( 2 ) 在一定的范围内， 再生混凝土叠合梁的极限承载 力高于普通混凝土叠合梁， 主要与混凝土强度有关 ， 在相 ( 2 ) 混凝土空心砌块不同生产 阶段对环境产生的影响 效果基本一致， 混凝土生产阶段对环境产生的综合影响最 大 ， 其次是原料生产阶段 ， 最后是能源生产阶段。 ( 3 ) 再生骨料混凝土砌块 的环境性能优于普通混凝 土 砌块， 且完全使用再生粗骨料的混凝土空心砌块环境性能 更佳， 使用再生骨料混凝土空心砌块更有利于建材产业的 可持续发展。 参考文献 ： 【 1 】KOR ON EO S C E n v i r o n me n t a l a s s e s s me n t o f b ri c k p r o d u c t i o n i n G r e e c e j B u i l d i n g a n d E n v i r o n m e n t ， 2 0 0 7 ( 4 2 ) ： 2 1 1 4 2 1 2 3 【 2 】RO T H L， E KL U ND M E n v i r o n me n t a l e v alu a t i o n o f r e u s e o f b y p r o d u c t s a s r o a d c o n s t r u c t i o n m a t e ri al s i n s w e d e n J Wa s t e M a n a g e - m e n t ， 2 0 0 3 ( 2 3 ) ： 1 0 7 1 1 6 3 3 狄向华 材料环境协调性评价的标准流程方法研究【 M E 京： 科 学出版 社， 2 0 0 5 ： 5 0 9 【 4 火力发电网 2 0 1 0 年我国火电机组平均供电煤耗下降到3 3 3 克 标准煤 千瓦时达到世界先进水平 E B O L 2 0 1 1 - 1 0 2 5 1 h t t p ： n c h i n a t p g c o m I n f o De t a i l s _ 81 2 5 2 h t m1 【 5 】刘顺 页 妮， 林宗寿， 张小伟硅酸盐水泥的生命周期诩介方法初探叨 中国环境科学， 1 9 9 8 ( 1 8 ) ： 3 2 8 3 3 2 作者简介 ： 李贞( 1 9 8 7 一 ) ， 女， 研究生， 助理工程师 ， 主要研究方向 为建筑垃圾的资源化利用、 高性能混凝土等。 联 系地址 ： 南宁市秀灵西一里 6号 广西建设科学研究设计院 ( 5 3 0 0 1 1 ) 联系电话 ： 1 3 6 6 7 8 8 8 2 0 4 同的混凝土配合比下， 再生混凝土比普通混凝土强度要高。 剪跨比A在 1 5 3 之内， A越大， 叠合梁的极限承载力越小。 ( 3 ) 再生混凝土叠合梁极限承载力与 呈近似的斜直 线关系。 ( 4 ) 再生混凝 土叠合梁 的开裂荷载在一定范 围内随 A 增大而减小， 但较之普通混凝土叠合梁要高。 ( 5 ) 在相同的荷载和剪跨比作用下 ， 再生混凝土叠合 梁的最大斜裂缝宽度要比普通混凝土叠合梁大。 再生混凝 土叠合梁的最大斜裂缝宽度随着剪跨 比 A的增大而增大。 ( 6 ) 在相同 的荷载和剪跨 比作用下 ， 再 生混凝 土叠合 梁的跨中挠度要比普通混凝土叠合梁大。 随着剪跨比A的 增大而增大。 参考文献 ： 1 】1 肖建庄， 李佳彬， 兰阳 再生混凝土研究最新进展 J 】 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 1 0 ) ： 1 7 2 0 2 兰阳 再生混凝土梁受弯与受剪性能研究【 D 】 上海： 同济大学， 20 0 4 【 3 】兰阳 ， 肖建庄 ， 李佳彬 再生粗骨料混凝土材料与梁抗剪性能研 究 J 1 _特种结构 ， 2 0 0 6 ， 2 3 ( 2 ) ： 8 - 1 1 【 4 】史巍， 侯景鹏 再生混凝土技术及其配合比设计方法 J 】 建筑技 术开发， 2 0 0 1 ， 2 8 ( 8 ) ： l 8 2 0 5 5邢振贤， 周日农 再生混凝土性能研究与开发思路f J 新型建筑 材料， 1 9 9 9 ( 7 ) ： 2 9 3 1 6 沈蒲生 混凝土结构设计原理 M E 京： 高等教育出版社， 2 0 0 7 【 7 】肖建庄， 兰阳再生混凝土梁抗剪l生能试验研究 J 】 _ 结构工程师， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 6 ) ： 5 4 6 0 作者简介： 王磊( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 教授， 博士。 联系地址： 桂林理工大学土木与建筑工程学院( 5 4 1 0 0 4 ) 联系电话 ： 1 3 2 1 7 7 3 3 9 2 7 - 1 1 7 2 O 8 6 4 2 O 一 廿 。 _I 一 、 巅靼 墨 骡