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二氧化碳养护建筑材料固碳技术研究进展摘要本文总结了我国二氧化碳养护建筑材料固碳技术研究进展，包括原理、工艺、影响因素、碱性工业固废固碳进展和我国现有的二氧化碳养护混凝土的应用案例,结论如下：混凝土固碳工艺在理论上和实践上均可行，值得推广。水泥类型和细度、水灰比、集料、矿物掺合料、水泥基材料含水量、二氧化碳养护室真空度以及二氧化碳气体的温度、浓度、压力均对水泥碳化效果产生影响。此外，高炉渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和钢渣等碱性工业固废均可被用于矿化固定二氧化碳。二氧化碳养护混凝土技术已在我国部分厂家实现工业应用，固碳效果显著，该技术值得在全国推广应用。关键词二氧化碳；碳化养护；混凝土；矿物掺合料；建筑材料。引言全球变暖得到全世界广泛关注。我国提出了二氧化碳排放力争于2030年达到峰值、2060年实现碳中和的“双碳”目标，CO2减排势在必行。作为二氧化碳捕集利用和存储(CCUS)1的措施之一，CO2矿化存储(矿物碳化)技术将Co2与含有Ca、Mg的硅酸盐反应，生成碳酸盐(反应方程式(1)2,其碳酸盐产物环境友好且可以永久存储。(CazMg)2SiO4÷2CO22(CazMg)CO3+Si02(1)作为我国C02气体排放的主要行业，水泥行业和冶金行业急需向环保和可持续发展方向转型。水泥、钢铁工业废渣或废弃建筑材料中含有一定量的硅酸盐矿物，是优良的二氧化碳吸收剂。利用二氧化碳养护具有一定的碳化活性材料，同时制备合格的建筑材料不仅可以提高固体废弃物利用率，还可助力降低碳排放，减少水泥熟料的生产，该措施具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。而且，工业固废的产生源通常也是C02的主要排放源、大量难利用低值余热的生产源。利用工业固废就近固碳并将固废资源化利用，不仅节约运输成本，而且可以充分利用大量难利用低值余热，达到加速碳化的效果，实现对能源的高效利用。其次，经碳化后材料PH值呈中性，具有更好的防冻性、抗碳化性、防离子渗透、耐久性、体积稳定性3.1混凝土养护概述及二氧化碳养护混凝土的原理在传统混凝土养护中，为使刚浇筑的混凝土得到充分的水化硬化，往往人为采用自然养护或蒸压养护两种方式，为混凝土提供一定的湿度和温度条件。但是自然养护耗时久，蒸压养护则能耗较高，养护周期长4。二氧化碳养护混凝土技术是通过C02与混凝土中的钙、镁组分之间的矿化反应同时实现温室气体的封存与混凝土强度和耐久性能的提高。由于封存C02的矿化反应在低于600时基本不可逆，故而可以实现温室气体的长期、稳定封存。采用二氧化碳养护可降低蒸压养护带来的能耗以及大大缩短养护时间，降低生产成本，提高生产效率。在二氧化碳养护过程中，水泥熟料中的硅酸钙、铝酸钙和部分的水化产物氢氧化钙与二氧化碳发生作用，生成碳酸钙和硅凝胶促进强度增长5。该养护过程中来自水泥的Ca2+离子和来自二氧化碳中的CO32-离子发生化学反应生成碳酸钙并以晶体的形式析出，主要的反应方程式如下：3CaO-SiO2+3CO2+nH2O-SiO2nH2O+3CaCO3(2)2CaO-SiO2+2CO2+nH2O-SiO2-H2O+2CaCO3(3)2二氧化碳养护混凝土工艺及影响因素2.1 二氧化碳养护工艺二氧化碳矿化养护混凝土技术被视为最具实现潜力的大规模工业化应用的二氧化碳再利用技术6-9,其大致流程如图1所示。二氧化碳养护工艺主要分为两种，一种是气固矿化养护工艺，另一种是搅拌预混C02养护工艺4。图1二氧化碳养护混凝土流程2.1.1 气固矿化养护工艺在混凝土制品成型后，将其送入C02养护釜体内进行矿化养护，这种在矿化反应器内密闭反应的工艺流程即为气固矿化养护工艺。该过程与蒸压养护类似，不同之处在于釜体内用二氧化碳取代了高温高压的蒸汽。通常混凝土生产过程需要一段时间的养护才能达到使用标准，而二氧化碳养护混凝土可以缩短养护时间，提高生产效率。气固矿化养护工艺的具体步骤为：计量加料、拌料注模、发气静停、预养护、矿化养护4o矿化养护单釜全程养护时间约为24小时，在养护结束后，将釜内剩余气体充入下一釜中，实现均匀控制，问收部分剩余二氧化碳，以保证矿化养护系统整体的反应吸收率。2.1.2 搅拌预混C02养护工艺预混搅拌C02养护工艺主要发生在混凝土搅拌车进行拌料混合期间，将C02注入搅拌车中，让C02在原料混合时同碱性组分进行矿化反应，这个早期微晶化的过程使混凝土在成型时的力学性能得以提升。2.2 二氧化碳养护水泥基材料的影响因素由于二氧化碳需要在水泥基材料中溶解、渗透和扩散才能进一步发生反应，并且二氧化碳气体扩散是二氧化碳养护过程中反应速率和反应程度的重要控制步骤。因此影响二氧化碳在水泥基材料中溶解、渗透和扩散的因素均会影响其的二氧化碳养护过程，包括所有影响孔隙结构的因素、水泥基材料所用原材料的性质和二氧化碳气体的性质等9。2.2.1 水泥类型和细度水泥的类型直接影响到各矿物熟料的种类和含量，而各矿物熟料与二氧化碳的反应活性以及生成的碳化产物各有不同，因此水泥类型影响到二氧化碳养护结果。另外，水泥越细，比表面积越大，越有利于对二氧化碳的快速吸收。2.2.2 水灰比气体的渗透性与混凝土中的连通孔隙有很大的关系。高水胶比的混凝土的孔隙率较大，并且孔径较大,混凝土不密实,在孔隙没有被水分大量占据的情况下气体通过连通孔隙容易，气体渗透性好。有学者对轻质混凝土砌块进行了二氧化碳养护，发现水灰比为036和0.43的试件表现出相似的强度和二氧化碳吸收量。而水灰比为0.28的试件的强度和二氧化碳吸收量较低。2.2.3 料集料几乎不参与水化或碳化反应，但是会影响水泥基材料的渗透性和孔隙率。理论上，水泥基材料中集料的加入可以切断其中毛细管道的连通路径，但实验结果表明，加入集料不仅没有使水泥基材料的渗透性降低，反而使渗透性提高了，并且集料粒径越大，渗透系数越高。集料的尺寸不同对渗透性的影响也不同，当使用的是尺寸小于20mm的集料时，水泥基材料的渗气性变化不大，当使用的集料粒径大于20mm时，硬化水泥浆体与集料的界面性能严重下降。水泥基材料的渗气性大大提高。2.2.4 矿物掺合料一方面，矿物掺合料的掺入会改变水泥基材料内部的孔结构。许多研究表明，掺合料（火山灰、粉煤灰、矿渣)能显著降低混凝土的渗透性，因为掺合料的水化产物填充孔隙，毛细孔隙率降低，孔的连通性被阻断，从而渗透性降低。因此会对水泥基材料的二氧化碳养护造成影响。另一方面，矿物掺合料的加入会对二氧化碳养护过程产生影响，它们本身的碳酸化活性也有一定的差异。学者们研究了水泥、粉煤灰、高炉矿渣、电弧炉矿渣和熟石灰的碳酸化，发现水泥、粉煤灰和电弧炉渣可分别吸收12%左右的二氧化碳，而石灰可吸收接近40%。高炉矿渣可吸收7%。得到的碳吸收量明显低于化学决定的理论最大值。2小时的碳化使水泥和熟石灰获得较高的早期强度，可用作结构材料使用。而粉煤灰、电弧炉渣和磨细粒化高炉矿渣的强度增长却并不足够。2.2.5 水泥基材料含水量水是发生反应的必要条件，混凝土中含水量较少时，化学反应所需水分不足，且会导致二氧化碳溶解较少；含水量较大时，会阻碍气体在混凝土中的扩散。据研究，二氧化碳气体在饱和微孔中的渗透速度是未饱和微孔中的V100Oo倍，渗透速度几乎可以忽略不计。因此存在一个最佳含水量使二氧化碳养护效果最佳。通过预养护，可以使混凝土失去部分水分，但要注意控制失水速率，当失水速率过大时容易导致试件产生塑性裂缝。研究发现在温度为(20+2)oC相对湿度约为60%的流通空气环境中对混凝土进行预养护，使混凝土失去部分水分。试验发现，存在最佳剩余水灰比，即最佳含水量使养护程度达到最大值。实验中最佳剩余水灰比为0.18,二氧化碳养护程度达到了33%左右。养护程度较高的试件，抗压强度也较大。2.2.6 二氧化碳养护室真空度试件在进行二氧化碳养护前,需要先对养护室进行抽真空处理,使养护室内呈负压状态，并且可以抽除水泥基材料孔隙中的部分空气，使二氧化碳气体更顺利地渗透到混凝土内部。有学者研究了真空度对二氧化碳养护混凝土性能的影响，发现随着真空度的降低，试件的二氧化碳养护程度值逐渐增大，试件的抗压强度也随之提高。2.2.7 二氧化碳气体的温度、浓度、压力根据前人的研究，温度的影响通常比较复杂，即较高的温度可以促进金属离子浸出和化学反应，但会降低二氧化碳的溶解度。因此二氧化碳气体温度对二氧化碳养护过程的影响的看法并不一致,有人认为反应速率的增量和温度升高呈正比例关系，有人认为呈反比例关系，也有人认为没有影响。一般来说，二氧化碳浓度越大，在相同养护时间内，进入混凝土中的二氧化碳分子更多，因此二氧化碳养护速率更快、养护程度更高。学者们将水泥净浆试件分别放在二氧化碳浓度为100%和25%的室内养护2小时，发现使用100%二氧化碳养护试件2小时可以最多消耗16%的二氧化碳，获得相当于2个月常规硬化的强度，25%的二氧化碳养护2小时最多达到9.7%的质量增量，且强度较低。二氧化碳压力值越大，二氧化碳越容易进入水泥基材料，水泥基材料的二氧化碳养护程度也会越大，但达到一定压力后，养护程度不再增加。3几种碱性工业固废矿化固定CO2的研究进展烟气中CO2与碱性工业固废之间的矿化是实现CO2大规模减排和工业固体废物资源化利用的重要途径。碱性工业固废如钢渣、高炉渣、粉煤灰、电石渣和脱硫石膏等被广泛用于矿化固定CO2。3.1高炉渣矿化固定CO2目前，生产It铁，约产生3001000kg高炉渣，该产量是由铁矿石的品位及炼铁的生产工艺条件决定的。研究表明，高炉渣可以用于矿化固定Co2。有学者提出用可回收的(NH4)2SO4作为助剂，利用高炉渣捕获烟气中的C02o矿化产生的NH4HCO3(NH4)2CO3被用来矿化富含CaS04和MgSO4的浸出液。在整个过程中，高炉渣中大约82.1%的Ca和84.2%的Mg发生矿化反应生成了碳酸盐。It高炉渣约可固定239.7kg二氧化碳10。3.2 粉煤灰矿化固定CO2粉煤灰是燃煤电厂的副产品，与天然矿物相比，以粉煤灰作为矿化封存CO2的原料有几个特点：成本低，反应性高，无需预处理且接近CO2排放源(电厂)。具体而言，粉煤灰通常含有碱性氧化物，如氧化钙(Cao)和氧化镁(MgO),具有高反应性11。粉煤灰大部分颗粒通常在微米甚至亚微米以下，因此粉煤灰在碳酸化过程前不需要破碎研磨等预处理工艺。经研究，在600下添加20%H2O(g)可实现60gCOkg粉煤灰的最大C02固定能力。这个过程不仅减少了C02排放，而且稳定了废物。矿化后的粉煤灰还可以进一步用于其他应用，例如混凝土的矿物外加剂。3.3 电石渣矿化固定C02电石渣(CS)是氯碱工业产生的固体废弃物，电石水解后产生电石渣和乙焕(C2H2)o因其碱性物质含量多，被广泛用作矿物固定CO2。乙焕是生产聚氯乙烯(PVe)的主要原料，电石渣的产生量约为1.51.9t电石渣ltPVC12o电石渣用于吸收C02的一个主要技术为钙循环技术。其基本原理是在温度为650700C的矿化炉内，Ca。与烟气中的C02发生矿化反应，从而实现C02固定；生成的Ca3进入温度大约900C的燃烧炉进行受热分解，所需热量由燃料0C02燃烧提供，尾气经冷凝后即得到C02含量高于95%的气流，燃烧生成的Cao则继续进入矿化炉中吸收C02,该反应反复循环进行，CaO一旦失活即被排出，而钙基吸收剂同步被补充。3.4 脱硫石膏矿化固定C02与其他工业固废不同，烟道气脱硫(FGD)石膏中的Ca元素是以CaSO42H2O的形式存在的。H2CO3的酸性远弱于H2SO4,因此矿化反应无法直接进行，只能在碱性介质中进行。经实验，在最佳实验条件下，脱硫石膏固定二氧化碳10分钟内即可获得纯度超过90%的CaCO3,矿化率约为95%13.3.5 钢渣的二氧化碳矿化养护钢渣是炼钢工业中所产生的工业废渣，由于其复杂的成分并含有大量游离氧化钙和游离氧化镁，造成钢渣制品的安定性不良，这也是目前钢渣无法被大规模再利用的主要原因。用二氧化碳矿化钢渣的一个主要目的便是消除游离氧化钙和游离氧化镁的不安定因素。经实验室测试，由二氧化碳碳酸化的钢渣制品表面和内部都有较多的颗粒状碳酸钙生成，结构变得致密。碳酸化养护钢渣可以用来制备砖、板等建筑材料制品。国内外研究者利用此方法制备钢渣制品的方法和流程都类似，均是先将钢渣压制成型制成半成品，然后进行碳酸化养护，只是成型过程中水固比、成型压力及碳酸化养护条件等略有差别，研究中通过调控这些参数达到提高钢渣固碳量和制品强度的目的。(1)碳酸化钢渣的反应原理钢渣的碳酸化反应实际上是钢渣中的各种碱性矿物与C02的反应。碳酸化反应主要分为三步：C02的溶解和电离；钢渣矿物中钙、镁等离子的溶出；碳酸钙或者碳酸镁的沉淀析出14。CO2+H2O-H3CO3-*H+HCO3-*2H+CO32-(4)Ca2+CO32-*CaC03(5)Mg2+CO32一MgCO3(6)(2)碳酸化钢渣的固碳量钢渣碳酸化过程中的增重率主要受钢渣化学组成、矿物组成和碳酸化制度影响。在相同的碳酸化条件下，氧化钙、氧化镁含量较高的钢渣能吸收更多的C02。除了与氧化钙、氧化镁的含量相关，钢渣的固碳量受钢渣矿物组成的影响较大。国外学者的研究表明Ca(OH)2含量较高的钢渣在常温常压下有较强的固定C02的能力(247gCO羽C)Og钢渣)。与此同时，钢渣的碳酸化效率还受碳酸化制度及反应条件的影响，主要包括钢渣的粒径、碳酸化过程中钢渣的液固比、C02浓度和分压、温度、反应时间等。（3）碳酸化养护钢渣混凝土钢渣具有与水泥相似的化学组成和矿物组成，但水化活性较差。同时钢渣中游离氧化钙和游离氧化镁波动较大，用作骨料或矿物掺合料时极易引起体积安定性不良问题。通过碳酸化养护钢渣的矿物掺合料或钢渣骨料可以在短时间内解决安定性不良的问题,促进钢渣在混凝土材料中应用。国内学者以60%钢渣、2O%PII52.5水泥、10%CaO和10%Mgo为凝胶材料，以钢渣为粗骨料和细骨料配制混凝土,产物在99.9%浓度的C02气体中（0.1MPa）碳酸化养护14天后，抗压强度达到653MPa,且安定性良好。用钢渣取代普通硅酸盐水泥时，会不同程度地延长初凝时间和终凝时间，降低水化热；但是在5%浓度的C02气体中氧化7天和18天后会使抗压强度增加1.422.88倍，且钢渣的用量越多，强度增长越明显。碳酸化过程受C02扩散速度影响，对于碳酸化技术养护钢渣混凝土（钢渣做骨料或矿物掺合料），存在所需碳酸化养护时间长、钢渣混凝土试块内部碳酸化低、体积安定性不能完全保隙的隐患。因此，可以对钢渣进行预碳酸化处理后再应用于混凝土中。总体而言，用工业废物代替自然界中的天然矿物，采用矿物碳酸化技术来储存C02从理论和技术上都是切实可行的。通过碳酸化技术对灰渣进行养护/预处理，在建筑材料领域促进对它们二次利用是一条可行的途径，不仅可以提高工业固废的利用率，减少资源浪费，还可以吸收温室气体，缓解温室效应。但目前的研究多处于实验室阶段，要实现工业化生产还有很多亟待解决的问题。4二氧化碳养护混凝土的应用案例4.1 水泥窑尾气吸碳制砖生产线目前我国已有二氧化碳养护混凝土的工业案例。2021年底，由联合开发投产了窑尾气吸碳制砖生产线。这条生产线是世界首条利用水泥窑尾烟气生产混凝土制品的生产线，将现有的压蒸养护水泥砖生产线转化成用水泥窑烟气二氧化碳制备混凝土砖的自动化生产线。通过多日运行结果表明，该生产线生产的砖的平均抗压强度达到15MPa以上，完全满足国家相关标准的要求，且砖的强度会随龄期持续升高。以年产1亿块蒸养砖生产线为例，每年利用2.6万吨二氧化碳，全国推广每年减碳将达到5200万吨。4.2 强耐新材C02深度矿化养护制建材固碳生态砖固碳生态秽是强耐新材与大学共同承担的国家十三五重点研发计划一一C02深度矿化养护制建材关键技术成果转化产品，己制定企业标准，是国家生态绿色建筑产品，产品采用C02进行养护，C02吸收率达15%,制品平均抗压强度达到15MPa以上，可广泛应用于建筑工程领域，达到减碳、用碳的目的。该项目每年可封存利用C025万吨，生产固碳生态砖2.6亿块，消耗固废60多万吨。4.3 二氧化碳捕集和矿化利用项目二氧化碳捕集与矿化利用集成示范项目，在国内首次将矿化加气砌块技术应用于工程实践，设计规模为每年捕集1.5万吨二氧化碳，相当于1.5万亩森林每年吸收二氧化碳的总量。所捕集的二氧化碳一方面用于矿化养护制加气砌块，另一方面为二氧化碳资源化利用技术开发提供条件。该项目建成后，将实现在全球首次把低能耗二氧化碳两相吸收剂及基于化学吸收工艺的吸收剂胺逃逸控制装置应用于工业示范，使我国的CCUS技术与煤电全流程耦合的项目、捕集二氧化碳能耗处于国际先进水平。同时，国外也有应用二氧化碳养护混凝土的成功商业化案例。加拿大公司Carboncure采用搅拌预混C02养护工艺，在搅拌的同时吸收来自于工厂尾气的二氧化碳，并锁在混凝土中。目前CarbonCUre已为全球400多家工厂安装了将二氧化碳注入预拌混凝土中的设备。最终产出的混凝土也已被用于建造建筑物，其中包括位于弗吉尼亚州阿灵顿的亚马逊新园区、通用汽车位于田纳西州斯普林希尔的电动汽车装配厂等。5结论本文对我国二氧化碳养护建筑材料固碳技术进行了梳理，包括原理、工艺、影响因素、碱性工业固废固碳进展和我国现有的二氧化碳养护混凝土的应用案例，结论如下：(1)固碳工艺在理论上可行，在常温下便可实现高速碳化，工艺流程简单易行，具有非常高的经济可行性和环境友好性，值得推广。(2)水泥类型和细度、水灰比、集料、矿物掺合料、水泥基材料含水量、二氧化碳养护室真空度以及二氧化碳气体的温度、浓度、压力均对水泥碳化效果产生影响，影响二氧化碳在水泥基材料中溶解、渗透和扩散的因素均会影响其的二氧化碳养护过程。(3)高炉渣、粉煤灰、电石渣、脱硫石膏和钢渣等碱性工业固废均可被用于矿化固定二氧化碳，在合适的前期处理和养护条件下固碳效果显著。(4)二氧化碳养护混凝土已在我国得到工业应用，成功生产了一批绿色建材制品，大大降低了碳排放，该技术值得在全国推广应用。参考文献1 ZhangS,YiB,GuoF,etal.ExploringselectedpathwaystolowandzeroC02emissionsinChina'sironandsteelindustryandtheirimpactsonresourcesandenergyJ.JournalofCleanerProduction,2022,340:130813.2 KerisitSNzMergelsbergST,ThompsonCJ,etal.ThinWaterFilmsEnable1.ow-TemperatureMagnesiteGrowthUnderConditionsRelevanttoGeologicCarbonSequestrationJ.EnvironmentalScience&Technology,2021,55(18):12539-12548.3王雪.钢渣碳化潜能评估及脱硫石膏激发钢渣碳化建材的制备D.北京科技大学，2022.4孙一夫.二氧化碳养护固废轻质混凝土配方优化及工业化应用D.大学，2021.涂贞军.混凝土的二氧化碳养护技术研究D.湖南大学，2010.6史才军，王吉云，涂贞军，等.C02养护混凝土技术研究进展J.材料导报，2017,31(5):5.史才军，邹庆炭，郑克仁.混凝土的二氧化碳养护方法及工艺：CN200710035219.5P,2008-02-20.邹庆温，史才军，郑克仁，等.预养护对砌块混凝土二氧化碳养护的影响J.建筑材料学报，2008z11(1):3.9郑超群.全程C02养护对水泥基材料水化硬化性能的影响研究D.工业大学.10马铭靖，都凤明，王娇月，等.高炉渣C02矿化利用技术的生命周期碳排放与成本评价J.生态学杂志,2020,39(6):5-7.11王晓龙，纪龙，部时旺，等.利用粉煤灰直接矿化法捕集燃煤电厂烟气中C02的新工艺C.中国电机工程学会年会，2015.12卢泉霖，刘蓉，夏国藩.电石渣掺杂粉煤灰矿化固定C02技术研究J有色冶金节能，2018,34(4):2-5.13崔文鹏，刘亚龙，卫巍，等.尾气二氧化碳直接矿化磷石膏理论与实践J气体净化,2015(7):1-4.14房延凤，王丹，王晴，等.碳酸化钢渣及其在建筑材料中的应用现状J.材料导报，2020z34(3):3-5.附：“双碳”目标下减碳固碳建筑材料的应用摘要：基于双碳目标，采用减碳固碳的建筑材料可使建筑业在节能减排方面发挥出积极作用。在双碳目标下，分析运用碳排放计算方法，计算碳减排潜力，并根据建筑材料生产、施工、材料运输3个子阶段构建碳排放核算模型，从而从能源供应、耦合、消费等角度探索废物处理转化为建筑材料,利用低碳、零碳的绿色建筑材料减少二氧化碳排放等碳减排路径,这有助于节约能源，维系人、建筑与自然的和谐关系，促进自然生态环境与建筑经济效益的平衡。O引言2009年在丹麦哥本哈根举行的世界气候变化大会上，低碳概念被首次提出，使得低碳经济备受关注，促使绿色供应链(GSC)的加速发展。建筑业是碳排放量较高的行业之一。中国建筑能耗与碳排放研究报告(2022)数据显示，2020年，建筑物化阶段碳排放量占全国碳排放量的29.2%,运行阶段的碳排放量占全国碳排放量的21.7%,可见建筑物化阶段在整个建筑生命周期的碳排放中起着重要作用o随着净零建筑等低能耗绿色建筑项目的大力推进，建筑运营阶段的碳排放量有进一步下降趋势，在双碳目标的推动下，可持续目标应该转向减少建筑物化阶段的碳排放。建筑材料行业在节能减排方面具有较大潜力，对控制能源消费总量和低碳发展转型具有积极意义。在双碳目标下，从能源供应、耦合、消费等角度分析区域一体化能源体系的碳减排路径并对其进行总体规划是建筑行业碳减排的关键，是实现“双碳目标的重要步骤。1碳排放核算模型的构建1.1碳排放计算方法碳排放、碳测量、碳跟踪是研究低碳区域综合能源系统的重要基础。从生产过程来看，能源行业的碳排放主要是由碳基燃料的燃烧产生。早期文献中的统计法和生命周期法等碳排放测量方法只能获得宏观时间尺度上的总体碳排放量，不能针对能源系统的运行，不利于达到碳追踪效果。经改进后的碳排放流量法可以计算出碳排放在整个能源网络中的分布，量化能源系统运行过程中的碳排放，即能源流。碳流耦合分析能够为在规划模型中形成碳约束或在目标函数中反映出碳减排要求提供基础，可以通过数学方法解决。1.2碳减排潜力计算通常可以通过产品层面和行业层面的二氧化碳当量生命周期评估数据估计碳减排潜力。生命周期评估是对产品整个生命周期的环境影响进行建模和测量。产品层面的碳减排潜力(Sp)计算公式如下：SpEm,-Em,(I)式中,Emv是生产初级产品产生的碳排放量，Ems是生产次级产品产生的碳排放量。行业层面的碳减排潜力(Si)是指使用二次材料策略来计算产品的年总需求，具体计算公式如下：Si=SpxMs(2)式中，MS是符合替代条件的次要材料的总供应量。1.3构建碳排放核算模型建筑物化阶段的不同碳排放源可分为建筑材料生产、施工、材料运输3个子阶段，总碳排放量可以表示为3个子阶段的碳排放量之和。C=Cw+Cc+Cr(3)式中，C是物化阶段产生的碳排放总量，CM是建筑材料生产阶段产生的碳排放量，CC是建筑施工阶段产生的碳排放量，CT是材料运输过程中产生的碳排放量。1.3.1建筑材料生产阶段碳排放核算模型该阶段的碳排放主要源于开采、加工、运输原材料和进一步加工材料以获得建筑材料成品所产生的大量能源消耗，具体的碳排放量计算公式如下:Cil=MQ,×Ml(4)I1式中，MQi为第i种建筑材料的消耗量(i=1,2,3,.,n),Mi为第i种建材的碳排放系数。1. 3.2建筑施工阶段碳排放核算模型该阶段的碳排放源于建筑生产区和办公生活区的能源消耗。建筑施工中工程机械消耗的能源包括化石燃料和电，影响其碳排放的因素主要包括机械规格和设备消耗率。施工人员在办公室和生活区消耗的能源主要为电和天然气，如照明、计算机、空调、供暖等设备。施工机械的碳排放是施工阶段碳排放的主要部分，具体的碳排放量计算公式如下：Cgi做×P,“9×K(5)式中，PQi为第i台机械在主要施工过程中的碳消耗量(i=1,23,.,n),Pi为第i台机械的碳排放系数，WQi为办公生活区使用的第i种能源的消耗量，Wi为第i种能量的碳排放因子。2. 3.3建筑材料运输阶段碳排放核算模型建筑材料的运输是物化过程中必不可少的环节。该阶段的碳排放包括建筑材料从加工厂到施工现场的运输。其中，建筑材料从采矿现场运输到材料加工厂属于建筑材料生产阶段，这部分碳排放无需考虑。建筑材料运输主要通过运输机械的能源消耗来进行碳排放，具体的碳排放量计算公式如下：CrTQ,×1.t×Tt(6)式中，TQi为第i种建筑材料的重量(i=1,2,3,n),1.i为第i台建筑材料运输机械的运输距离，Ti为给定运输距离内建筑材料单位重量的碳排放系数。2减碳固碳建筑材料的应用路径3. 1将废物转化处理为建筑材料减碳固碳建筑材料的使用并不能默认其实现碳减排，碳减排取决于企业开发出有效、经济的应用程序，以达到双碳目标。Arumugam等用天然废料替代绝缘体来提高传统泥砖的节能潜力，认为将固体废物应用到泥砖中能够提高泥砖的结构性能和空调成本节约潜力。多层墙中，稻壳泥砖墙表现出更高的时滞(I1.Ilh)、更低的衰减因子(0.24)、更高的空调成本节约(1.74美元/m2)、更短的投资回收期(1.17年)、更高的年度碳减排量(33.35kg/kWh)°屋顶中，黏土瓦屋顶表现出较高的时滞(0.73h)、较低的衰减因子(0.989)、较高的空调成本节约(2.58美元/m2)、较短的投资回收期(0.61年)、较高的年度碳减排量(21.73kg/kWh)o墙壁和屋顶每年的空调成本节约及墙体和屋顶的年度碳减排量如图1、图2所示，即节省较多空调成本的材料碳减排量也较多，说明碳减排量在环境友好性方面起着重要作用。2.52.572.01.51.00.50多层稻壳单层木屑多层杯就多层粉煤钢丝网黏土瓦泥破墙泥醇墙泥墙灰泥砖墙水泥屋顶屋顶图I墙壁和屋顶的空调成本节约费用Fig. 1 Costsavingsonwallandroofairconditioning多层稻壳球层木屑多层椰fl多层粉煤钢丝网黏土瓦泥稀墙泥底墙泥破墙灰泥稀墙水泥屋顶屋顶45.352.63图2墙体和屋顶的年度碳减排量Fig. 2 AnnualCarl)Onreductionf<rwallsand11M>fs2.2利用低碳、零碳绿色建筑材料减少二氧化碳的排放量生物质材料具有与传统建筑材料相似的机械、热学、声学等性能，可以用其生产低碳、零碳的建筑材料，替代传统的化石燃料建筑材料，并在建筑产品中储存碳，有利于碳减排,在生命周期内提供更好的环境性能。建筑材料的内含碳在建筑生命周期碳排放中占比越来越大，为了通过选择低碳建筑材料来减少二氧化碳排放，应建立适当的基准机制，选出不同碳排放水平的材料，使相关基准成为消费者购买低碳材料的标准。GUPta等分别比较了生物质炭、碳酸化生物质炭、硅灰对水泥复合材料的固碳作用。研究发现，添加生物质炭可以通过加速水化和提高总水化来使水泥基体致密。从对照结果来看，7天龄的碳氧化物扩散和碳酸盐矿化减少，而在碳化28天后，生物炭浆体中的净碳酸盐矿化与硅粉浆体相似，且生物炭水泥的二氧化碳捕获效率可达到36.13%0根据二氧化碳吸收和暴露时间的不同，添加木材生物炭可使二氧化碳当量减少5%6.5%0由于净碳酸化的增加，暴露预制生物炭混凝土构件的表面可以提供更高的二氧化碳当量。如果通过在生物炭中预吸附二氧化碳来实现碳酸化，则需要与7天外部碳酸化和密封固化的结果进行对比，最终获得3%和6%的低二氧化碳当量。在7日龄和28日龄时，与碳酸生物炭水泥进行对比，发现添加硅灰可使二氧化碳当量减少4%5%,这归因于硅灰水泥吸收二氧化碳的速度越来越快（详见图3、图4）,可以有效实现相对快速的碳矿化，并在减少水泥消耗的情况下提供高强度的建筑构件。生物炭在制造低碳水泥建筑材料方面具有较大潜力，以前用作工业二氧化碳的废生物炭吸附剂可作为水泥基材料中的绿色外加剂。从硅灰和可利用的废弃生物质中制备生物炭对提高环境效益较为重要，能够促进碳汇交易发展。t<a<<化S3里,炭。化质7d028U装体中的冷第Fil1.3、村*-4fiamrin4rn72X<im>afterrrl.HiiNl生物炭水泥硅灰水泥碳酸化生物炭水泥Oooooooooo987654321()荣金立£铝盗张W卬W汽SHKA屏一P8ZF富蕃0505050433221150图4由于氧氧化钙的碳酸化而形成的碳酸钙的百分比Fife4Pr11enlag<Of<*alciunCaH)OnaIefiorw(lasaresultofCaH)OnaIiOnofcalciumhydroxide3结束语采用绿色低碳建筑用新型节能材料来取代传统建筑材料，能极大地提高建筑的节能性,有助于节约能源，维系人、建筑与自然的和谐关系，促进自然生态环境与建筑经济效益的平衡。