碳減排策略在土木工程中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

摘要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土木工程大量施工建設(shè)對(duì)環(huán)境造成了巨大壓力，尤其是在溫室氣體排放方面。在施工作業(yè)中的主要碳排放源，包括混凝土生產(chǎn)、鋼筋加工及現(xiàn)場(chǎng)施工等環(huán)節(jié)，建材生產(chǎn)占建筑碳排放總量的60%以上。為減少碳排放，提出了使用加氣混凝土砌塊、太陽能光伏技術(shù)、復(fù)合纖維材料的替代使用等策略。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)還需要政府、行業(yè)和個(gè)人的共同努力，包括推廣綠色建筑材料、提高能源效率和優(yōu)化設(shè)計(jì)施工流程。通過這些措施，可以減少碳排放，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，并為未來建設(shè)更清潔、更可持續(xù)的世界做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：土木建設(shè)；碳排放；綠色材料

中圖分類號(hào)：X321 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）11-0230-03

Application and Challenges of Carbon Reduction Strategies in Civil Engineering

DANG Zhanfeng1， SU Fang2

（China Railway 20th Bureau Group Corporation Limited， Chongqing 401347， China）

Abstract： With the rapid development of the Chinese economy， the large-scale construction of civil engineering has caused enormous pressure on the environment， especially in terms of greenhouse gas emissions. The main sources of carbon emissions in construction operations include concrete production， steel processing， and on-site construction. Building materials production accounts for over 60% of the total carbon emissions from construction. To reduce carbon emissions， strategies such as using aerated concrete blocks， solar photovoltaic technology， and alternative use of composite fiber materials have been proposed. Realizing the “dual carbon” goal requires joint efforts from the government， industry， and individuals， including promoting green building materials， improving energy efficiency， and optimizing design and construction processes. Through these measures， carbon emissions can be reduced， sustainable development can be promoted， and contributions can be made to building a cleaner and more sustainable world in the future.

Keywords： civil construction; carbon emission; green material

溫室氣體排放導(dǎo)致全球氣候變暖、海嘯、冰川融化、氣候帶偏移，嚴(yán)重影響人們的生存環(huán)境。為解決這個(gè)問題，超過125個(gè)國(guó)家已經(jīng)制定或正在研究長(zhǎng)期凈零排放目標(biāo)，致力于應(yīng)對(duì)環(huán)境變化。作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致二氧化碳排放量急劇增加，面臨著減少碳排放的巨大壓力[1]。為履行減少二氧化碳排放的國(guó)際責(zé)任，我國(guó)已出臺(tái)《“十四五”新型城鎮(zhèn)化實(shí)施方案》[2]《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》[3]等相關(guān)文件，提出到2025年、2030年、2060年我國(guó)碳達(dá)峰的具體目標(biāo)，爭(zhēng)取在2060年左右實(shí)現(xiàn)碳中和。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，鄉(xiāng)村建設(shè)、城市建設(shè)項(xiàng)目快速的實(shí)施，不斷推動(dòng)著土木工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展。溫室氣體在土木建設(shè)中主要來源之一是各種材料的生產(chǎn)與使用，且普遍存在資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題，是我國(guó)土木工程建設(shè)中長(zhǎng)期存在的難題，同時(shí)對(duì)人民群眾的生命健康構(gòu)成了潛在威脅。

學(xué)者們正日益專注于開發(fā)新型的環(huán)保建筑材料，以滿足民用建筑的需求。這些材料不僅需要具備良好的性能，而且需要減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。通過這些努力，企業(yè)可以降低生產(chǎn)成本，并在材料生產(chǎn)和加工過程中減少對(duì)環(huán)境的影響[4]。同時(shí)，建立和完善監(jiān)管制度能夠確保材料的質(zhì)量和安全性，從而推動(dòng)這些新型環(huán)保材料在土木工程中的應(yīng)用。這不僅有助于提升建筑項(xiàng)目的環(huán)保性能，而且為整個(gè)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。

1 土木建設(shè)中的碳排放來源

土木工程建設(shè)中，施工作業(yè)是最主要的碳排放源之一。施工作業(yè)的碳排放主要來源于混凝土生產(chǎn)、鋼筋加工、現(xiàn)場(chǎng)施工等環(huán)節(jié)，2017—2021年土木建筑行業(yè)水泥、鋼材、玻璃、瀝青的產(chǎn)量情況如表1所示。建材生產(chǎn)是建筑活動(dòng)中最主要的碳排放來源，占整個(gè)建筑碳排放總量的60%以上[5]。水泥、混凝土、墻體材料及玻璃等建材產(chǎn)品在生產(chǎn)和使用過程中，會(huì)排放大量的二氧化碳。我國(guó)水泥、混凝土、墻體材料的生產(chǎn)主要集中在東部地區(qū)，鋼材的產(chǎn)量在2020年達(dá)到13.2億t，在2021年達(dá)到13.3億t。瀝青的產(chǎn)量有所下降，在2020年最高為6.28億t，在2021年為

5.55億t，可能是找到了代替瀝青的環(huán)保材料。截至2019年，我國(guó)水泥熟料產(chǎn)能約為12.2億t，其中超過50%的產(chǎn)能在東部地區(qū)。不同行業(yè)的建材產(chǎn)品生產(chǎn)過程碳排放特征有很大差異。與鋼鐵、有色冶煉等高耗能行業(yè)相比，建筑建材生產(chǎn)過程碳排放強(qiáng)度相對(duì)較低，但在我國(guó)建筑業(yè)中，水泥、混凝土、墻體材料使用量巨大導(dǎo)致碳排放量較高。因此，應(yīng)采取有效措施降低建筑建材生產(chǎn)過程的碳排放量。

2 土木建設(shè)中的節(jié)能減排

2.1 墻體環(huán)保材料的使用

在建筑業(yè)初期的發(fā)展階段，土木工程施工通常會(huì)產(chǎn)生大量的建筑廢料，其中以建筑墻體施工所產(chǎn)生的垃圾居多。隨著人們生活水平的提高，建筑墻體施工過程中產(chǎn)生的垃圾數(shù)量和對(duì)建筑墻體環(huán)保性的關(guān)注度也日益增加。大量學(xué)者致力于研發(fā)多種環(huán)保建筑墻體材料，如加氣混凝土砌塊、混凝土空心砌塊、膜網(wǎng)混凝土以及空心板承重墻等。其中，加氣混凝土砌塊是當(dāng)前建筑行業(yè)最廣泛采用的一種新型環(huán)保民用建筑材料。

相對(duì)于傳統(tǒng)墻體建筑材料，加氣混凝土砌塊不僅質(zhì)量更輕，還提升了保溫隔熱的性能，從而實(shí)現(xiàn)了更高的能源效率[6-9]。同時(shí)，加氣混凝土砌塊在施工過程中表現(xiàn)出更廣泛的適應(yīng)性，對(duì)環(huán)境的影響較小，因此它在市場(chǎng)上擁有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，成為綠色可持續(xù)的必然選擇。除了加氣混凝土砌塊，空心板承重墻等材料也備受建筑行業(yè)的歡迎，能夠滿足不同項(xiàng)目的需求，并在減少垃圾產(chǎn)生和提高環(huán)保性方面發(fā)揮了積極作用。

2.2 太陽能光伏技術(shù)的利用

太陽能電池板可以將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，為建筑物供電，減少對(duì)化石燃料發(fā)電的依賴，從而減少了電力生產(chǎn)過程中的碳排放[10]。傳統(tǒng)電力輸送通常伴隨著輸電線路和變壓器引起的能量損失，而太陽能電池板直接在建筑物上產(chǎn)生電能，減少了這些損失。

太陽能電池板的安裝通常與建筑物的能效改進(jìn)項(xiàng)目相結(jié)合，通過提高建筑的能效，能夠降低對(duì)能源的需求，從而減少碳排放。同時(shí)，太陽能電池板的安裝可以提高建筑物的耐久性[11]，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁╊~外的屋頂保護(hù)，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，減少了資源和能源應(yīng)用需求。另外，太陽能電池板可以用于集中供熱和制冷系統(tǒng)。這意味著建筑物可以利用太陽能來滿足其熱量和制冷需求，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，進(jìn)一步降低了碳排放。

2.3 復(fù)合纖維材料的替代

纖維復(fù)合材料以其高強(qiáng)度和輕質(zhì)特性，逐漸取代傳統(tǒng)的重型材料[12]，如鋼鐵和混凝土廣泛應(yīng)用于建筑工程，包括橋梁、樓板和梁柱等結(jié)構(gòu)。這種替代性的選擇有助于減輕結(jié)構(gòu)自身的重量負(fù)擔(dān)，降低建筑物總體負(fù)荷，并減少基礎(chǔ)和支撐結(jié)構(gòu)所需的材料量。這一過程通過降低結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，從而減少制造、運(yùn)輸及施工過程中的碳排放。同時(shí)，纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的絕熱性能，可用作建筑物的隔熱材料，有助于提高能源效率，減少供暖和冷卻過程中的能源消耗。此外，這些材料通常具備抗腐蝕性能，使其更加耐用。在建筑、基礎(chǔ)設(shè)施和交通工具中廣泛采用這些纖維復(fù)合材料，可以延長(zhǎng)它們的使用壽命，減少維修、維護(hù)及更換的頻率。廢棄的纖維復(fù)合材料可通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理進(jìn)行回收和再利用，制造成新的材料或產(chǎn)品，從而減少了廢物填埋和焚燒，降低了碳排放[13]。

總之，纖維復(fù)合材料在輕量化設(shè)計(jì)、高效能源利用、延長(zhǎng)使用壽命、使用可再生材料、回收和再利用以及設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面具備巨大潛力，有助于降低碳排放，減輕對(duì)環(huán)境的不利影響，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展[14-16]。

3 結(jié)論

采用加氣混凝土砌塊等環(huán)保墻體材料，能夠顯著降低施工過程中的環(huán)境污染和建筑廢料的產(chǎn)生，此外有著質(zhì)量更輕和提高保溫隔熱的性能的優(yōu)勢(shì)。太陽能光伏技術(shù)的集成應(yīng)用不僅減少了對(duì)傳統(tǒng)化石燃料的依賴，還提高了建筑物的能源自給能力。復(fù)合纖維材料的使用在減輕結(jié)構(gòu)自重、降低基礎(chǔ)和支撐結(jié)構(gòu)材料需求方面發(fā)揮了重要作用，從而減少了整個(gè)建筑過程中的碳排放。實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一個(gè)長(zhǎng)期而復(fù)雜的過程，需要全社會(huì)持續(xù)努力。希望研究能夠?yàn)橥聊竟こ绦袠I(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供參考，并為建設(shè)一個(gè)更加清潔、可持續(xù)的未來貢獻(xiàn)力量。

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