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混凝土建筑如何助力循环经济解决方案

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Circular Economy

“如何提高混凝土的可持续性”是建筑行业一直以来关注的话题,与此同时,在全球范围内产生的数百万吨建筑垃圾这一问题也备受关注。这是一个日益严重且亟待解决的问题,因此业内专家开始探讨有关循环经济的解决方案。

毕竟,被消耗和浪费的资源总量正在迅速地超过地球可再生资源的数量。

为了证明这一观点,非营利组织全球足迹网络(Global Footprint Network)将每个国家的资源消耗量与整个地球的资源总量作了对比。其中,美国的资源消耗量需要至少5.1个地球总资源,位居榜首。紧随其后的是澳大利亚和俄罗斯,分别需要4.5和3.4个地球资源的总和。

循环经济解决方案能够帮助各行各业消除和减少资源的浪费及污染,同时还能实现废旧材料的再利用。

作为建筑行业的从业者们应该如何为实现这一目标做出贡献呢?

最好的方式就是从头开始

1最好的开始方式就是从头开始

首先要看如何进行建筑设计,这将直接影响建筑项目能在多大程度上符合循环经济的标准。
(1)循环经济解决方案没有想象中的完美在当前建筑行业的环境下,主要的方法是使用可持续性产品使建筑结构尽可能地持久耐用。而且当它确实需要拆除时,还有部分材料可以回收再利用。

然而,这种方法也不是所有的专家都愿意采用,毕竟存在很大阻碍,一时也很难改变。美国土木工程师协会在2021年对美国地区进行的一项研究中指出了其中一些阻碍的原因:

  • 缺乏对循环经济解决方案的意识
  • 不清楚什么是循环经济解决方案
  • 现有法律法规的阻碍
  • 对于重复使用材料的耐用性和适应性的担忧
  • 时间和金钱成本
  • 缺少改变项目方法的驱动力
  • 建筑构件无标准化和可运输性
  • 目前的循环经济比不上其他可持续战略
简而言之,这是一个系统性问题。整个美国建筑业目前尚未将循环经济解决方案纳入其行业标准。所有行业的变化都需要时间,而且目前产生大量建筑垃圾的现状也不是长久可持续的。

更重要的是,循环经济方法专注于从施工开始就避免浪费,从而更大限度地减少废料处理的成本,最终能够帮助建筑团队节省资金。

通常迈出第一步是非常具有挑战性的,且一旦这个方法被标准化,那所有类似的问题都将迎刃而解。

(2)使用可拆解设计方法

采用可拆解设计(DfD)的方法,能够减少堆积在路边的建筑废料。这个方法强调从建筑实施开始之前的设计和规划就考虑好如何将其拆解,以便使材料可以重新用于未来的建筑。

但DfD尚未完全标准化,以下是关于如何实现它的一些指南:

  • 选择使用寿命更长、可承受拆卸、优质耐用的材料
  • 如果不考虑对材料进行重复利用,请确保材料具有可回收性
  • 向供应商咨询回收计划或C2C认证(从摇篮到摇篮级别认证)
  • 在结构和表面处理材料中使用回收的产品
  • 项目建筑材料资料存档,以供参考
  • 选择螺纹连接或者钉式螺栓连接,不要采用胶水或密封剂
  • 使用规格更简洁的紧固件和连接点
  • 挑选可以用标准工具轻松拆卸的紧固件
  • 确保紧固件在市场中容易获得
  • 确保项目所用材料之间不存在相互依赖
  • 将机械、电气、墙壁中的管道系统和其它材料分开

通过上述方法,建筑团队不仅可以在清除废料上节省一笔开支,同时还可以减少整个项目对于环境的负面影响。既不会产生过多的资源浪费,还有助于减少未来原材料的消耗。

 

选择合适的材料很关键

2选择合适的材料很关键

如果采用DfD方法来设计建筑结构,那么材料的选择就变得十分重要。为了更好地了解如何为混凝土建筑物选择材料,让我们来看看有哪些可选的可持续性材料。

1.水泥生产商可避免使用传统化石燃料
如果混凝土缺少了水泥这一主要成分就不叫混凝土了。但是生产这种材料会造成相当程度的碳密集,它在世界碳排放总量占比为8%左右。这其中部分原因是在生产水泥的过程中,对窑炉加热时使用的燃料问题。一般情况下,这些燃料通常是用煤炭和石油焦等化石燃料组成,而这些会造成大量的碳排放。

循环经济的解决方案是采用替代燃料。可以使用工业副产品,如废旧轮胎,让即将进入垃圾填埋场的材料被再利用的同时又提供了碳密集度较低的燃料。

另外,水泥生产商也可以使用废料或者生物燃料来代替。如果有越来越多的生产商选择使用这种方法,那么可能会在2050年之前,将全球生产水泥所产生的碳排放量减少9%。

2.1使用工业副产品增强混凝土拌合物

2.使用工业副产品增强混凝土拌合物
虽然我们可以减少水泥生产过程中的碳排放,但却无法完全消除它们。因此,减少碳排放并避免浪费的另一种方法就是使用其它材料来部分取代水泥。(2.1)较常见的替代材料是辅助胶凝材料

通常,来自其他行业的副产品,如粉煤灰和磨粒高炉炉渣,辅助胶凝材料(SCMs)是业内专业人士的首选解决方案之一。它们不仅可以部分取代混凝土中使用的水泥,同时还具备诸多优势:

  • 使混凝土后期强度更高
  • 渗透率降低
  • 提高混凝土耐久性
  • 提高抗硫酸盐性能
  • 减少水合作用
  • 更多的LEED加分

当然,这完全取决于在何种情况下使用SCMs。每种SCMs都有自己特定的属性,而且它们并不是与每种类型的混凝土拌合物都兼容。

凯顿国际的技术总监Alireza Biparva先生近期在《国际混凝土工厂》杂志中发表了一篇关于 “将辅助胶凝材料(SCMs)与减渗外加剂(PRAs)相结合,以产生更具可持续性的建筑”的文章*

SCMs和PRAs都需要混凝土中有限的氢氧化钙来激活,如果施工人员不够专业,就可能会在应用的过程中导致这两种材料的性能欠佳。但是SCMs无法避免地要使用氢氧化钙,那么就只能尽量选用不需要氢氧化钙激活的PRAs。例如凯顿国际的KIM®混凝土防水外加剂,其有效成分就只会与水及未水化的水泥颗粒产生化学反应。

这一切都表明,虽然SCMs是非常专业的可持续循环经济解决方案,但仍需要谨慎选择和应用。

(2.2)还有一种外加剂值得一试

就是Hard-Cem®整体硬化外加剂,能让混凝土变得更加耐磨损和耐侵蚀。

这种材料具有独特的化学微观结构,可以弥补混凝土中水泥浆的不足。将Hard-Cem®添加到水泥中使其变得更加坚韧和稳定,还增强了其抗变形能力。同时避免了为增加混凝土强度而加入额外的水泥。

2.2还有一种外加剂值得一试

 

混凝土本身可以回收利用

3混凝土本身也是可以回收利用的

混凝土是全球第二大被广泛使用的材料,因此如何重复利用混凝土本身是一个关键问题。像其它任何材料一样都有使用寿命,混凝土材料制成的建筑也终将会被拆除。

但我们可以将混凝土拆除并分解成再生混凝土骨料。这些再生混凝土骨料大部分适用于路面建造,也可以添加到混凝土拌合物中,用于建造新的混凝土结构。

 

确保使用正确的防水材料

4确保使用正确的防水材料

当然,在生产再生混凝土骨料时,需要进行各种质量把控,并非所有的混凝土都可以回收利用,只有没被污染的混凝土才可以被回收。因此,还需要去除混凝土中的其它材料,如:钢筋、沥青、粘土、氯化物、玻璃、石膏板等等。

同时,在选用混凝土防水材料方面也要格外注意,因为许多在表面应用的防水产品(如传统防水材料)都含有沥青等原油产品,这些产品的使用就会妨碍混凝土的正常回收。

这就是为什么推荐采用KIM混凝土防水外加剂这样绿色环保的防水材料,它既可以保护混凝土免受进水威胁,同时还能确保混凝土可以被回收再利用。

 

555以上这些都是在建筑项目中鼓励使用的循环经济解决方案

< 以上这些都是在建筑项目中鼓励使用的循环经济解决方案 >
在可持续性和循环经济方面,混凝土建筑可以做出很多改变。通过正确的方法、使用合适的建筑材料以及防水方案等方式,混凝土结构是可以被重复利用和减少浪费的。 

*文章原文(P60-P62):https://www.cpi-worldwide.com/us/flips/2022/3