预拌混凝土绿色评价.pdf

2 0 1 5年 第 2期 (总 第 3 0 4期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 4) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 RE ADY MI XE D CoNCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 2 0 2 4 预拌混凝土绿色评价 何真 ， 杨华美 。 彭波 ， 赵 日旭 ，张晓秋 ，张勇 ( 1 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 4 3 0 0 7 2 ； 2 武汉市建筑节能办公室， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 5 ； 3 中建商品混凝土有限公司华中分公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 9 ； 4 武汉市商品混凝土管理站， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 5 ) 摘要： 结合生命周期评价分析方法( L C A) ， 对预拌混凝土全过程包括生产、 施工、 使用及 回收利用等阶段进行绿色度评价。 采 用定量及定性指标结合 ， 以及科学的权重分配方法 ， 分别确定了预拌混凝土绿色评价三级指标体系和各级指标评价分数 。 根据 绿色评价指标体系， 对北京、 武汉、 成都、 天津等不同地区多家预拌混凝土搅拌站进行绿色度评价， 结果表明该指标体系科学、 合 理 ， 可操作性强。 关键词 ： 预拌混凝土 ； 绿色度评价； 生命周期评价( L C A) 能源消耗 ； 资源消耗 ； 环境影响 中图分类号 ： T U 5 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 5 ) 0 2 0 0 8 6 0 5 Envi r onment a l ev al ua t ion on r e ady - mi x ed c on cr e t e HEZh e n ， YANG Hu a me i ， PENG Bo ， ZHA0 Ri xu ， ZHANG Xi a o q i u ， ZHANG Yo n g ( 1 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Wa t e r Re s o u r c e s&Hy d r o p o we r E n g i n e e r i n g S c i e n c e ，Wu h a n U n i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 2， C h i n a ； 2 Ch i na S t a t e Co n s t r u c tio n Re a d y Mi x Co n c r e t e Co，Lt d，W u ha n 4 3 0 0 7 9， Ch i na； 3 Wu h a n c i t y c o mme r c i a l c o n c r e t e ma n a g e me n t s tati o n ， Wu h a n 4 3 0 0 1 5， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Co mb i n e d wi t h l i f ec y c l e a s s e s s me n t a n a l y s i s ( L eA) ， t h e e n v ir o n me n t a l e v u a ti o n o n r e a d ymi x e d c o n c r e i n t h e wh o l e l i f e c y c l e i n c l u d i n g p r o d u c ti o n s tag e， c o n s t r u c t i o n s tag e， s e r v i c e s t a g e a n d r e c y c l e d s t a g e wa s i n v e s t i g a t e d Th r e el e v e l i n d e x s y s t e m o f e n v i r o n me n t a l e v ua tio n on r e a d y mi x e d c o n c r e i n v o l v i ng q u a l i tativ e a n d q ua n tit mi v e i n d e x e s wa s e s t a b l i s h e d wh i l e t h e we i g h t c O e f _ fi c i e n t o f e a c h l e v e l i n d e x wa s d e t e r n ti n e d b y a n a l y ti c h i e r a r c h y p r o c e s s ( AHP) B a s e d o n the s y s t e m， the e n v i r o n me n t a l e v a l u a ti o n o f s e v e r a l r e a d ymi x e d c o n c r e m s t i o n s wh e r e l o c a t e d i n B e ij i n g ， Wu h a n ， C h e n g d u， T i a n j i n a n d o t h e r are a s wa s c o n d u c t e d Re s u l t s s ho we d tha t the thr e el e v e l i n d e x s y s t e m o f e n v i r o n me n t a l e v u a tio n wa s s c i e n tific r e a s o n a bl e and o pe r a b i l i t y Key wor ds： r e a d ymi x e d c o n c r e ； e n v i r o n me n tal e vua fio n； l i f e c y c l e a s s e s s me n t ana l y s i s ； e n e r g y c o n s u mp t i o n r e s o u r c e c o n s u mp t i o n： e n v i r o n m e n t a l i mp a c t 0 引 言 在 国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 ) 中把“ 城镇化与城市发展” 确定为重点领域 ， 在第 5 4 优先主题 “ 建筑节能与绿色建筑 ” 中提出 ： “ 重点研究开发 绿色建筑设计技术 ， 建筑节 能技术与设备 ， 可再生 能源装 置与建筑一体化应用技术 ， 精致建造和绿色建筑施工技术 与装备 ， 节能建材与绿色建材 ， 建筑节能技术标准 ” 。 混凝 土作为 当今世界使 用最 广 、 最大宗 的人造建筑 材料 ， 其具 有加工便捷 、 力学性能稳定 、 耐久性优 良等显著优点 ， 在市 政、 桥梁、 道路、 水利、 地下工程及海洋工程等领域发展着 无可替代的作用 。 但是 ， 混凝 土的生 产与使 用不仅消耗 大量矿产资源和能源 ， 同时排放 大量 C O ， 据统计 ， 2 0 0 7年 全 国混凝土总用量约为 2 4亿 m ， 开采砂石资源近4 5亿 t ， 搅拌过程中消耗的水资源更是达到了 4 3亿 t ， 这无疑 给人类 的生存环境带来 了严重的副作用 ， 给可持续发展带 来了严峻的考验 。 因此 ， 混凝土绿色化是时代发展的需要 。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 6 1 8 86 预拌混凝土作 为一个 相对独立 的产业 ， 出现在 2 0世 纪 7 0年代末到 8 0年代初 ， 属于高 能耗 ， 污染相对 严重的 建筑行业 。 预拌 昆 凝土行业产能过剩 ， 企业盲 目扩张 ， 环境 污染治理不力等现象也颇为突出。 许多企业搅拌站规划选 址不当 ， 设计标 准不高 ， 设备选型不优 ； 生产 工艺粗糙 ， 粉 尘 、 废渣 、 噪音处理措施不力 ， 严重污染周边环境 ； 废 水 、 废 浆综合利用率低 ； 生产工艺落后 ， 管理粗放 低下 ， 对“ 低碳 经济” 以及减弱雾霾天气带来巨大挑战。 生命周期评价分析方法 ( L e A) 作为工业生态学 的核 心思想之一 ， 被 认为是 对绿色度 评价 较科学 和全 面 的方 法 ， 它的出现改 变 了 以往 人们 对环 境 问题 的 片面认 识 ， 将人们对 环境 问题 的看 法从单 一 的过 程转 向产 品系 统 。 预拌混凝土全生命周期包括原材料 获取 、 产品生产 、 使用 以及报废 回收等全过程 。 在新型城镇化和建筑工业化 大力发展的新时代 ， 应把握 “ 全生命 周期 ” 的思想 ， 围绕绿 色内涵“ 绿色 、 循环 、 低碳” ， 加强对预拌混凝土的绿色化发 展 ， 以减小 地球 的资源 负荷 、 能源 负荷 和生态 负荷 ， 做到 与经济 、 生态可持续发展 的方向相一致 ， 和人类与大 自然 和 谐发展趋势相一致 。 考虑混凝土全生命周期各个 阶段 的 能耗和环境影响 ， 对混凝土进行绿色度评价 ， 建立一个完善、 合理 的评价方法和体系规范 昆 凝土产业全生命周期 的能源 消耗和环境影响 ， 无疑对混凝土行业是一个 巨大挑战。 1 预拌混凝 土绿 色评价体 系 预拌混凝土绿 色评价指标体 系的制定应 以有利 于生 态环境保护 、 有利于资源 能源 的有效利用 、 有利于人类 安 全与健康 、 有利于提高混凝土技术水平为指导思想 ， 并遵循 综合性与系统性 、 动态指标和静态指标相结合 、 定性指标与 定量指标相结合 、 指标可操作性等基本原则 。 图 1 为混凝 土绿色评价的框架 图。 预拌混凝 土绿色评价借鉴生命周期 评价分析方法 ( L C A) ， 考察对象为预拌混凝土生产阶段、 施 工阶段 、 使用阶段及回收利用阶段等全过程 的绿色度 。 评价 指标体系分为控制项 、 评分项和加分项。 控制项为一票否决 制 ， 不满足控制项要求 的混凝 土不得参 与绿色评价 。 评分 项设定三级指标 ， 一级指标包括生产 阶段 、 施工 阶段 、 使用 分 。 此外 ， 根据我 国 国情 以及建材 行业特 点 ， 设置 了加分 项 ， 旨在鼓励企业加大绿 色投 入 ， 为实现绿色评 价定量化 而努力 ， 加分项总分为 5分 。 预拌混凝 土绿色度分为一 星 级 、 二星级 、 三星级三个等级 。 根据评分项和加分项的总得 分确定等级 ， 三个绿色度等级分值分别为 6 0 、 7 0 、 8 0分 。 图 1 混 凝土绿 色度 评价 框 架 1 i控 制 项 本绿色评价指标体 系的评价对象是达到规模化生产 、 销售和使用的预拌混凝 土， 凡 涉及生产企业 系统性 、 整体 性 的指标 ， 应基 于生产 该类产 品所 属企业 的总体进 行评 价 。 表 1 列出了所有绿色预拌混凝土评 价控制项指标 ， 进 行绿色评价的产品或企业必须全部满足控制项要求 ， 方可 进入评分项 和加 分项 的评价 。 控制 项评价 采用一票 否决 阶段和回收利用 阶段全生命周期的指标 ， 评分项 总分为1 0 0 制 ， 评定结果为满足或不满足 。 表 1 绿色预拌混凝土评价控制项指标 1 2预拌混凝 土绿 色评价指 标 图 2 为预拌 混凝 土绿色评 价三 级指标 体系 ( 含 加分 项 ) 。 本体 系设置 了三级 指标 体系 ， 其 中： ( 1 ) 一级 指标体 系 ： 生产阶段 、 施工 阶段 、 使用阶段及 回收利用阶段 ； ( 2 ) 二 级指标体系： 相应一级 指标下设置二 级指标 ， 包括 能源消 耗 、 资源利用 、 环境影响、 生产水平 、 施工难易程度 、 力学性 能 、 耐久性能 、 废弃混凝土 、 回收利用等多项指标 ； ( 3 ) 三级 指标体系 ： 对应于二 级指标设置相 应的三级指标 ， 包括能 源账单 、 持续改进 、 分项计量与能耗 监管 、 新 能源利用 、 原 材料运输 、 再 生 骨料利 用 、 辅助 胶 凝材料 掺量 、 水资 源利 用 、 设备设施 、 厂界 噪音 、 粉尘排放 、 绿化率 、 年产 能 、 强度 离散性 、 施工方式 、 强度 、 抗氯离子渗透性能、 抗碳化性 能、 抗冻性能 、 废弃混凝 土 、 废弃混凝 土 回收量 、 碳 减排评估 、 科研投入 、 科研成果及奖励等 。 能源消耗 指标是 衡量 预拌 混凝 土在生 产过 程对水 、 电 、 气等能源的消耗水平 ， 包括 能源账单 、 持 续改进 、 分项 计量与能耗监管、 新能源利用。 考虑预拌混凝土企业的能 源审计 尚处于起步阶段 ， 无法提供 G B 1 7 1 6 6 企业能源审 计技术通则 规定的能源审计报告 的所 有内容 ， 因此现 阶 段预拌? 昆 凝土生产企业提供 的能源账单 内容包 括 ： 生活 区 和生产区用 电量及费用 、 生 活区和生产区燃气 消耗量及 费 斥 、 用水量及费用、 燃煤耗量及费用 、 热 网蒸汽 ( 热水) 耗量 及费用 ， 生活排污费和生产排 污费 ， 生产运输燃 油耗量及 费用 ( 包括厂界内和厂界外运输 ) ， 原材料运输 、 外包运输 能耗应根据单项运输费用折算成燃油耗量 。 持续改进是 为 促进预拌混凝土企业不断寻求节能改进技术增加产品绿色 度 的一种导向。 生产 区、 生活 区的能耗应 分项计量 ， 以便于 数据分析。 新能源相比传统化石能源 ， 有低排放， 低污染 ， 可 再生等优点 ， 重点利用太 阳能热 ， 太 阳能照 明等新能源以降 低混凝土企业生产、 生活能耗 ， 实现企业 的绿色生产。 原材 料的运输能耗取决于运输方式 、 运输距离及运输重量决定 ， 采用低能耗运输 比例和本地化程度表征原材料运输能耗 ， 其 中低能耗运输方式指船运及铁路运输， 公路运输被认 为属于 高能耗运输方式， 低能耗运输比例按式( 1 ) 进行计算。 低 能 耗 运 输 比 例 = 丽 董 蛋 案 翟 誓 圭 蕊 o o ( 1 ) 8 7 1 3绿 色评价指标权 重与评价 分数 常用 的权重分配计 算方法包括个体方法和群体方法 ， 其中群体方法又包 含层次分析法 ( A H P ) 和定性排 序定量 转化法 。 层次分析法( A H P ) 被认为是一种定性和定量相结 合 ， 系统化 ， 层次化的分析方法 ， 其在处理复杂的决策 问题上 具有实用性和有效性。 本评价体系权重 的确定采用层次分 析法 ， 具体步骤为： ( a ) 建立层次结构模型。 在深入分析实际 问题 的基础上 ， 将有关的各个因素按照不 同属性 自上而下的 分解成若干层次 ， 同一层的诸因素从属于上一层的因素或对 上层 因素有影响 ， 同时又支配下一层 的因素或受到下层因素 的作用。 ( b ) 构造对比判断矩阵。 对指标间两两重要性进行 比较和分析判 断。 矩阵用 以表示同一层次各个指标 的相对 重要性的判断值， 由若干位专家来判定。 A H P方法在对指 标的相对重要程度进行测量时 ， 引入 了九分位的相对重要 的 比例标度 ( 见表 2 ) 构成一个 判断矩阵 B。 ( C ) 计算权向 量并作一致性检验。 对于每一个成对 比矩阵计算最大特征 根及对应特征 向量 ， 利用 一致性指标 、 随机一致性指标 和 一 致性 比率做 一致性检 验。 若 检验通过 ， 特征 向量 ( 归 一 化) 即为权 向量 ： 若 不通过 ， 需重新 构造成对 比矩 阵。 ( d ) 计算组合权向量并作组合一致性检验。 计算下层对 目标的 组合权 向量 ， 并根据公式做组合一致性检验 ， 若检验通过 ， 则可按照组合权 向量表示的结果进行决策 ， 否则需要重新 考虑模 型或重新 构造一致性 比率大得成对 比矩阵。 表 2 判断矩阵 B中 的取值准则 取 值 范围 含 义 两个因素相比， 具有 同样的重要性 两个因素相比， 一个因素 比另一个因素稍微重要 两个因素相 比， 一个因素比另一个因素明显重要 两个因素相 比， 一个因素比另一个因素强烈重要 两个因素相 比， 一个因素比另一个因素极端重要 两相似判断的中值 b = 1 b j 通过对各级指标 的影响重要性进行分析确定 ， 采用层 次分析法对各级指标权重系数进行计算 ， 最终经过专家讨论 确定各级指标权重系数。 按评分项总分 1 0 0分和加 分项 总 分 5 分进行分配， 绿色评价三级指标体系评价分数见表 3 。 1 4绿 色评价评 分规则 绿色评价规则主要依 据国家 、 地方 、 行业相关 现行标 准 、 规则及 实际经验来制定 。 评分依据应是 国家标准 、 国际 标准或地方、 行业标准中所确定的合格标准值 ， 对于没有 标准可循的指标可 以采用统计数据的平均值作为基准 ， 基 准值上下浮动 1 2个 等级作为评价 的上 、 下限值。 各级 指 标分解为多个 等级 ， 基本原则 为 ： 低于行业平均 水平或 国 家相关政策法规 中规定 的限值不得分 ； 等于行业平 均水平 或国家相关政策法规 中规定 的限值得分 我总评价分数 的 6 0 ； 高于行业平均水平或 国家相关政策法规 中规定 的限 值 1 个等级得分为总评价分数的8 0 ； 高于行业平均水平 或国家相关政策法规 中规定 的限值 2个等级以上得满分 。 对于某些定性指标 ， 满足要求得满分； 不满足要求不得分。 表 3绿色评价三级指标分数 一 级指标 二级指标 项 目 三级 指标 名称 分数 对北京 、 武汉 、 成都 、 天津等不 同地区多家预拌混凝土搅 拌站进行数据收集 ， 对所取得 的数据结果按绿 色评价指标 体 系进 行打分 ， 部 分结果见 表 4 。 评价结 果表 明， 所评 1 0 家预拌混凝土企业 中仅有 1 家为绿色三星 ， 1 家绿色二星 ， 4家绿色一星 ， 4家不合格 ， 与实际情况基本吻合 。 从评价的各项分数来看 ， 影响星级评价结 果最 主要 的 影 响因素有 ： 设备设 施投 入 、 原 材料运 输 、 废 物利用 及 回 收、 生产技术与质量 管理 ， 以及厂 区环境 。 有理 由相信 ， 此 评价体系的推进 ， 将 推动预拌? 昆 凝土绿色化 生长的发展。 这也需要我们从 技术 、 管理和员 工素 质等 多方面 进行加 强 ， 努力实现预拌混凝土绿色化 。 2结 论 借鉴生命周期评价方法 ， 对预拌混凝 土生产 阶段 、 施 工阶段 、 使用 阶段和回收利用阶段等全过程进行绿色度评 价 ， 确定了预拌混凝 土绿色评价 的三级指标体 系及权重分 配方法 。 对不 同地区数十家预拌混凝土搅拌站进行实际评 价 ， 结果证实本 绿色评 价指 标体 系科学 、 合理 ， 可操作 性 强 。 本绿色评价三级指标体系的确定有望作为绿色建材推 广和应用的基 础 ， 直接 指导 绿色 建材评 价 的标 识管 理工 作， 建立首批绿色建材目录。 本评价体系属于开放体系， 将 随着科学技术的进步和管理水平的提升 ， 不断改进和完善。 8 9 。 ，9 徽 表 4 预 拌混 凝土 绿色评 价部 分评 价结 果 参考文献 ： I 张云升， 孙伟 ， 刘斯凤 混凝土绿色度量化评价体系的研究 J 工业建筑 ， 2 0 0 2 ( 5 ) ： 5 7 5 9 2 王帅 商品混凝土生命周期环境影响评价研究 D 北京 ： 清华 大学 ， 2 0 0 9 3 赵平， 同继锋 ， 马眷荣 我国绿色建材产品的评价指标体 系和 评价方法 J 建筑科学 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 9 2 3 ， 4 B A R B A R A R A F M G L i f ec y c l e a s s e s s m e n t o f r e s i d e n ti a l b u i l d i n g s i n t h r e e d i f f e r e n t E u r o p e a n l o c a t i o n s ， b a s i c t o o l J Bu i l d i n g a n d E n v i r o n me n t ， 2 0 1 2( 5 1 )： 3 9 5 4 0 1 上接第 8 5页 3 结 论 利用 & 1 0 0 mm S H P B试验系统 ， 研究了不 同应变率下 素混凝土( P C) 、 玄 武岩纤维混凝土 ( B C) 、 氧化铝 空心球 混凝土 ( A C) 以及玄武岩纤维 一氧化铝空心球复合混凝土 ( B A C ) 的动态力学性能 ， 结果表明： ( 1 ) 氧化铝空心球和玄武岩纤维对试件静压强度分别 具有一定的弱化和强化作用 ， 四种试件静压强度由大到小 依次为 BCP CB ACAC。 ( 2 ) 随着应变率的提高 ， 四种试件 的动压强度 、 动压韧 性 、 动压 比韧性及破坏程度 均不断增大 ， 表现 出显 著的应 变率相关性。 ( 3 ) 掺入氧化铝空心球 使得试 件破 坏程度增大 ， 动压 强度及动压韧性有所减小 ， 但动压 比韧性 明显提 高。 掺入 玄武岩纤维可以有效降低试件的破坏程度 ， 并对试 件具有 明显的强韧化效果 。 ( 4 ) 通过复掺氧化铝空心球及玄武岩纤维 ， 可 以制备 得到具有 良好吸能特性的轻质混凝土。 参 考文献 ： 1 胡维新， 孙伟 ， 秦鸿根 高效能轻集料混凝土的研制与应用I- J 混凝土 ， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 1 2 9O 5 龚志起 建筑材料 生命周期中物化环 境状况 的定量评价研 究 D 北京 ： 清华大学 ， 2 0 0 4 6 3覃维祖 大力发展绿色高性能混凝土 J 建筑技术， 2 0 0 5 ( 1 ) ： 1 2 1 6 7 龚平墙体材料的绿色度 介 体系研究 D 重庆： 重庆大学， 2 0 o 7 作者简介： 何真( 1 9 6 2一) ， 女， 教授， 博士生导师。 联系地址 ： 武汉大学水利水电学院水工结构楼 3 0 1 ( 4 3 0 0 7 2 ) 联系电话 ： 1 3 9 9 5 6 9 6 1 5 3 2 许金余， 赵德辉 ， 范飞林 纤维混凝土的动力特性 M 西安 ： 西 北工业大学出版社 ， 2 0 1 3 3 李智， 卢哲安 ， 陈猛 ， 等 混杂纤维混凝土冲击压缩性能 S H P B 试验研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 2 0 2 2 4 高丹盈 ， 李晗 ， 杨帆 聚丙烯 一 钢纤维增强高强混凝士高温性 能 J 复合材料学报， 2 0 1 3 ， 3 0 ( 1 ) ： 1 8 7 1 9 3 E 5 沈刘军 ， 许金余 ， 李为民 ， 等 玄武岩纤维增强混凝土静 、 动 力 性能试验研究 J 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 6 6 6 9 6 许金余 ， 李为民， 王亚平 ， 等 玄武岩纤维对不 同胶凝材料混凝 土的强韧 化效应 J 解放 军理工 大学 学报 ： 自然 科学版 ， 2 0 1 1 ， 1 2 ( 3 ) ： 2 4 5 2 5 0 I- 7 J G J 5 1 2 0 0 2 ， 轻集料混凝土技术规程 s 北京 ： 中国建筑工 业出版社， 2 0 0 3 8 3王礼立 应力波基础 M 北京： 国防工业出版社， 2 0 0 5 9 P O O N C S ， S H U I Z H， L A M L C o m p r e s s i v e b e h a v i o r o f fi b e r r e i n f o r c e d h i g hp e rf o r ma n c e c o n c r e t e s u b j e c t e d t 0 e l e v a t e d t e r n - p e r a t u r e s J C e m e n t and C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 4 ， 3 4( 1 2 ) ： 2 21 5 2 2 2 2 I O T A I Y s U n i a x i a l c o m p r e s s i o n t e s t s a t v a ri o u s l o a d i n g r a t e s f o r r e a c ti v e p o w d e r c o n c r e m J T h e o r e t i c a l a n d A p p l i e d F r a c t u r e Me c h a n i c s ， 2 0 0 9 。 5 2 ( 1 ) ： 1 4 2 1 作者简介 联 系地址 ： 联 系电话 ： 刘俊良( 1 9 9 2一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 主要从事防护工程 方面的研究工作。 陕西省西安市灞桥区灞陵路研 2队( 7 1 0 0 3 8 ) 1 8 0 4 9 5 31 33 9