科普|可以“吃”二氧化碳的混凝土

混凝土是世界上最常用的人造材料，具有耐久性且强度高、价格低廉、原材料多样，能够提高道路、桥梁、隧道、跑道、大坝、污水管道的坚固性，然而很少有人知道混凝土生产过程会对生态环境造成什么影响。

水泥是混凝土中必不可少的“粘黏剂”，它与水发生反应使碎石、砂砾和沙土结合。但水泥在生产加工过程中消耗了大量石灰石、黏土和电力能源，这一过程无形中排放了大量的二氧化碳，其中大约60%的排放来自水泥生产过程中使用的原材料（从石灰岩到石灰的碳酸盐分解过程中释放二氧化碳），其余40%来自发生上述化学反应所需的能量，以及将材料加热至1450℃所需的能量。

据统计，每生产1吨水泥将产生810千克的二氧化碳，全球每年消耗混凝土远超过170亿吨，占全球人类生产生活排放二氧化碳的7%，约23.1亿吨。在此背景下，为了减缓混凝土生产过程中的二氧化碳过度排放，低碳环保成为水泥混凝土产业发展的必然方向。

现阶段水泥的低碳生产，主要通过调控原材料的易烧性和易磨性，改进生产工艺及装备水平，降低水泥生产过程的能源消耗，改变现有硅酸盐水泥熟料矿物体系，突破其矿物组成范围的限制，降低高钙矿物含量而提高低钙矿物含量。但在现有技术条件下，通过上述工艺技术及装备水平，改造实现节能减排难度已很大。利用二氧化碳矿化养护技术生产的低碳混凝土，不同于传统的混凝土生产过程，该种混凝土的生产需要吸收一定量的二氧化碳，主要过程是将工业废气，如水泥生产过程中排放的二氧化碳，利用特殊的方法注入到新拌混凝土中，与混凝土中的钙镁组分之间发生化学反应，从而将二氧化碳永久固结在混凝土中，在实现温室气体二氧化碳的封存与利用的同时，混凝土的强度和耐久性也得到一定的提高。

二氧化碳与硬化混凝土会发生碳化反应，造成混凝土对钢筋保护能力下降、耐久性降低。而二氧化碳矿化养护技术是在早期成型的混凝土阶段将二氧化碳注入，与混凝土中的钙、镁组分发生矿化反应，产生适量致密碳酸钙晶体，硬化混凝土，其强度甚至会比同配比的传统混凝土高10%以上，并由于材料致密度增加，耐久性也显著提高。相比于传统的高能耗蒸汽养护（1至2天）或自然养护（28天）来生产混凝土，采用这种技术制造的混凝土，可以缩短养护时间至数小时以内，减少混凝土生产过程中30%~40%的二氧化碳排放量，并且由于强度和耐久性提升，可以直接或间接节约水泥用量，实现源头减排。

混凝土材料是当今世界最具生命力的建筑材料，因此应该更多地承担起建设资源节约型、环境友好型社会的历史重任。（作者系中国科协培训和人才服务中心工程师）