三种浇筑工艺制备混凝土的生命周期评价.pdf
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1、2 0 1 2 年 第 7期 (总 第 2 7 3 期 ) Nmn b c r 7 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RE TI CAL RES EARCH d o i : l 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 7 0 0 7 三种浇筑工艺制备混凝土的生命周期评价 沈卫国 b ,谭昱 ,吴磊 。徐青芳 ,陈虎 钟景波 ( 武汉理工大学 a 硅酸盐工程教育部重点实验室; b 材料科学与工程学院, 湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要:
2、水泥混凝土作为使用量最大的建筑材料, 其环境影响备受关注。利用 L C A方法对常规工艺( O r d i n a r y P r o c e s s , O P ) 、 抛填骨料工 艺( S c a t t e ri n g - fi l l i n g A g g r e g a t e P r o c e s s , S F A P ) ; I 预置集料工艺( P r e s e t A g g r e g a t e P r o c e s s , P A P ) 所制备的 3 种强度等级均 C 5 0的混凝土进 行环境影响评价, 并对其进行体积分析、 经济效益指标分析。 结果表明:
3、S F A P 、 P A P混凝土环境性能相当但优于O P 混凝土, 其中 S F AP 施 工简便 、 具有显著的环境友好和技术经济性。 关键词 : L C A;施工工艺 ;环境影响 ;经 济效益 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 2 1 0 5 L i f e c yc l e a s s e s s m e n t o f c onc r e t e pr e pa r ed b y t hr e e k i nds of pl a c i ng pr oc e s s S
4、HE NWe i - g u o a , b T AN Y u , WUL e i b , XUQ i n g - f a n g , C HE NHu , Z H ONGJ i n g - b o ( aK e y L a b o r a t o r yf o r S i l i c a t e Ma t e ri a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g o f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ; b S c h o o l o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n
5、 dE n g i n e e ri n g , Wu h a nU n i v e r s i tyo f T e c h n o l o g y , Wu h an 4 3 0 0 7 0 , C h i n a ) Abs t r ac t : As t h e mo s t l y wi d e l y u s e d bu i l d i n g ma t e r i a l , c o nc r e t e d r a w an i n c r e a s i n g a tt e nt i o n f o r i t s h u g e e n v i r o n me n t
6、a l i mp a c t En v i r o nm e n t i mp a c t a s s e s s me n t o f t h r e e k i n d s o f C5 0 c o n c r e t e p r e p a r e d wi t ht h r e e d i ff e r e n t c o n c r e t ep l a c i n gp r o c e s s e s : O r d i n a r yP r o c e s s ( O P) , S c a tt e ri n g - F i l l i n gA g g r e g a t e
7、P r o c e s s ( S F AP ) , P r e s e t Ag g r e g a t ePro c e s s( P AP ) we r e a s s e s s e db y t h e me tho do f L i f eC y c l e As s e s s me n t ( L E A) T h e v o l u meana l y s i s a n d i n d e x o f e c o n o mi c e ffe c t i v e n e s s we r e c a r r i e d o u t a l s o Th e r e s ul
8、 t s i n d i c a t e t h a t the e n v i r o nm e n t p e r f o r m an c e o f c o nc r e t e s p r e pare d b y S F AP、 PAP a r e q u i t e s i m i l ar wh i l e much b e tte r than tha t o f c o n c r e t e p r e pare d b y OP, a m o ng th o s e t h r e e c o n c r e t e s , th e S FAP i s e asy t
9、 o h an d l e an d the c o n c r e t e p r e p a r e d wi m S F AP i s mu c h mo r e e n v i r o nme n t f r i e n d l y an d h as b e a e r t e c h ni c a l an d en vir o nm en t a l b e n e fi t K e ywo r d s : L C A( L i f eC y c l eAs s e s s me n t ) ; p l a c i n g p r o c e s s ; e n vir o nm
10、 e n t i mp a c t ; e c o n o mi c e ff e c t i v e n e s s 0 引 言 水泥混凝土是用量最大的建筑材料 , 其巨大的环境影响 特别是碳排放近年来备受关注【 。 生命周期评价( L i f e C y c l e As s e s s me n t 或 L i f e C y c l e A n a l y s i s L C A) 定义为一种从产品的 原材料采集到生产、 运输 、 销售、 使用 、 回收、 维护和最终处理 等一系列生命周期阶段相关环境负荷的定量评价【 3 。 L C A是 一 种概括 自然环境、 人体健康 、 资源能源
11、等所有属性特征和 方位的综合评估方法。 I S O 1 4 0 4 0将生命周期评价分 为 4个 阶段 : 目标和范围的定义( G o a l a n d S c o p e De fi n i t i o n ) ; 清单 分析 ( I n v e n t o r y Ana l y s i s ) ; 影响评价 ( I m p a c t A s s e s s me n t ) ; 结果解释( I n t e r p r e t a t i o n ) ( 图 1 ) , 国际环境毒理学和化学学 会( S E T AC ) 同样将 L C A方法划分的4个相互关联组分( 图 2 ) 。
12、目 标和范围确 二 直 接 运 用 : 王 结 产 品 开 发 和 优 化 ; 清 单 分 析 f 果 L 战 略 规 划 ; 解 公 共 政 策 的 制 定 ; 释 市场开发与拓展; 其他 影响评价 二 图 1 生命周期评价步骤( IS O 1 4 0 4 0 ) 收稿 日期 :2 0 1 2 - 0 1 - - 0 7 基金项目:湖北省建设厅科技建筑节能项目; 湖北省公路局科技项目 图 2 L C A的技术框架( S E T A C) I S O1 4 0 4 0生命周期评价框架与 S E T AC框架的最大不同就是 将改善评价改为结果解释, I S O 1 4 0 4 0认为 , 改善是
13、开展 L C A 的目的, 而不是本身的一个必要阶段。 新增的生命周期结果解 释, 是对前面 3 个相互联系的步骤进行解释。 解释是双向的, 需 要不断调整 。 重点运用 I S O 1 4 0 4 0给出的技术框架, 对采用相同的原料分别 以常规工艺( O r d i n a r y P r o c e s s , OP ) 、 预置集料工艺( P r e s e t A g g r e g a t e P r o c e s s , P A P ) 和抛填骨料工艺( S c a t t e r i n g fi l l i n g A g g r e g a t e P r o - c e
14、 s s , S F AP ) 所制备的3种强度等级均为 C 5 0的混凝土进行环境 影响评价 。 1 水泥混凝土的生命周期评 1 1 目标、 范围的界定 完整的水泥混凝土生命周期示意图见图 3 。 21 图 3 水泥混凝土生命周期示意图 1 1 1 评价 目标 通过比较 3种浇筑工艺生产水泥混凝土, 在其原材料( 水 泥原材料、 混凝土粗细集料 ) 开采、 水泥生产流程、 混凝土制备 及工程施工、 服役维护、 废物处理阶段的资源消耗、 废弃物产生 对环境和人体健康的影响( 暂不考虑水泥混凝土的循环利用) 。 为改善混凝土的生产方式、 施工工艺和环境指数提供数据支持, 从而使综合指数得以优化。
15、 1 1 2 范围界定 水泥采用 P O 5 2 5水泥, 以石灰石、 黏土及石膏作为原 材料 , 1 t 水泥耗料 : 石灰石 1 3 t 、 黏土 0 3 t 、 石膏 5 0 k g , 工 业废渣利用不予考虑。 运输原材料用柴油汽车运载量为 5 t 。 水泥和混凝土原材料运输距离均为 3 0 k m。 商品水泥运输 距离为 5 k m。 不考虑其他生产设备、 建筑设施等的相关环境 污染 。 1 2 清单分析 3 种浇筑工艺制备混凝土的配合比以及工作性和抗压强度 值列于表 1中 。 表 1 混凝土的配合比、 强度及性能 注 : 为砂浆坍落度 。 清单分析的数据流程见图4 。 清单分析目的
16、在于将环境负 荷定量化, 即对一种建材产品从生产 、 使用到废弃整个生命过 程中所投入的所有原材料和能源作为输入逐一列出, 而在这个 过程中排出的所有影响环境的物质( 包括副产品) , 作为输出逐 一 列出, 对输入和输出进行数据为基础的客观量化过程, 该分 析贯穿于产品的整个生命周期 , 即原材料的提取 、 加工、 制造和 使用、 废弃物处理 的界定 数据 收集和验 证 单位过程相关数据 数据汇总 确定系统边界 生命周期影响评价 图 4 清 单分析流程图 生 命 周 期 清 苴 分 析 清单分析应注意处理三类问题: 分配问题 , 当输入输出 数据在多个产品或多个系统间产生分配问题时, 应从系
17、统的物 理、 化学过程出发 , 依据质量大小或经济上的考虑, 进行重新分 配; 能源问题, 能源数据应考虑能源的类型、 转化效率等。 不 同的化石能源和电能应分别列出, 能源的消耗量应以相应的热 值计算 ; 编目数据有效性 , 编目中数据应取尽可能长的一段 时间的数据, 清除非典型值的干扰嘲 。 三种不同浇筑工艺制备所 得混凝土的生命周期清单见表 2 。 表 2中将原材料和能量消耗( R a w Ma t e r i a l s a n d E n e r g y C o n s u mp t i o n , R ME C) 、 电耗( P o we r C o n s u mp t i o
18、n , P C) 、 煤耗( C o a l C o n s u mp t i o n 。 C C) 、 柴 油 消 耗 ( Di e s e l Oi l C o n s um p t i o n , D OC) 、 C O 、 C O、 c 、 N 、 S O : 、 废弃物( Wa s t e ) 排放等作为清单类 型分析三种不同工艺在其混凝土生产整个生命周期内, 包括 2 2 水泥原料开采( C e me m r a w ma t e r i a l s mi n i n g ) 、 水泥制造( c e me ri t p r o d u c t i o n ) 、 集料加T ( Ag
19、 e g m e p r o c e s s ) 、 混凝土制备 ( C o n c r e t e p r e p a r a t i o n ) 、 能 量 生 产 ( E n e r gy p r o d u c t i o n ) 等方 面 的数据整合。 1 3 影响评 价 依据清单分析数据确定各种类型环境影响和混凝土生命 周期各阶段的环境指标, 对混凝土生命周期过程中主要环境影 响类型以及环境影响发生的阶段提供数据支持。 从生态系统、 人体健康等角度对清单阶段所识别的环境影响压力进行定量、 定性的表征评价 , 确定产品系统的物质、 能量交换对其外部环 境的影响。 1 3 1 环境影响
20、类型指标分类( C l a s s fi c a t i o n o f e n v i r o n me n t i m p a c t , C E I ) 将相关环境污染物( C o r r e l a t i v e P o l l u t i o n , C P ) 按影响作用 分类可生成如下几类指标 : A D P为不可再生资源消耗; E D P为不可再生能源消耗 ; N P 为氮化作用; OD P为臭氧层破坏; E C A为生物体损害; H T为人类 健康损害; GWP为温室效应 ; P O C P为光化学作用; AP为环境 酸化。 1 3 2 数据特征化 国际常用数据特征化模型主
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- 浇筑 工艺 制备 混凝土 生命周期 评价
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