再生混凝土的生命周期评估（LCA）

邵小磊,韩伟,张忠璞,陆家豪,庞博华,迪里亚

[摘要] 本章重点介绍了通过废弃混凝土-再生混凝土骨料( RCA )循环利用得到的骨料的生命周期评价( LCA )，以及用这种骨料制成的混凝土-再生混凝土( RAC )。它包括方法论方面的内容，如在混凝土再生的情况下分配的处理，给出了两种不同RCA应用的LCA案例研究结果——作为结构RAC混凝土中的骨料和作为道路基层材料。基于已发表的研究，探讨LCA在比较不同废物管理情景方面的潜力和局限性，对今后的研究提出了建议。

[关键词] 拆除混凝土、再生混凝土骨料、再生混凝土( RAC )、生命周期评价( LCA )、分配、废物管理系统。

作者简介：邵小磊（1990-），男，从事建筑工程施工管理工作，[e-mail]

0、引言

近几十年来，发展能源和资源高效的技术和产品已成为可持续发展的首要目标。建筑行业也不例外这一规定。它承担着全球50%的天然原材料消耗、40%的能源消耗和近一半的工业废弃物产生量。在建筑业内部，混凝土生产被认为具有最重大的环境、成本和社会影响。生产的混凝土体积和建造的混凝土结构数量构成了全球可持续发展问题的重要组成部分。

再生骨料的这些性能也影响混凝土的性能。RCA常用于低质量的产品应用，如回填土、道路基层和基层，目前在许多地方市场上，RCA与NA相比是有利的。然而，今天在更高质量的产品应用中，如结构混凝土中仅使用少量RCA。虽然在许多国家的标准中确实允许在结构混凝土中使用RCA，但实际应用仍然限于结构混凝土所用骨料量的1 %以下。只有在结构混凝土中用RCA取代NA，才能充分发挥废弃混凝土的再生利用潜力，降低混凝土的环境负担，因为这是迄今为止应用最多的骨料。

其他可用作混凝土骨料的拆除材料类型包括再生玻璃或砖。用再生玻璃取代NA取代率高于30%，除了对碱硅酸反应的担忧外，还会导致混凝土基本物理力学性能显著恶化。如果磨成细粉，可较好地利用回收玻璃作为水泥的部分替代，代替硅灰和飞灰。考虑到砖的固有特性(低密度和高孔隙率)，显然利用再生砖作为骨料也会导致混凝土性能的显著恶化。由于在结构混凝土中不建议用这类再生废料更高的取代NA，因此本章重点讨论RCA。

1、再生混凝土骨料混凝土的性能( RCA )

用再生混凝土骨料代替NA配制的混凝土称为再生混凝土( RAC )。用RCA替代NA可完全( 100 % )或部分( < 100 % )。NA混凝土( NAC )配合比设计采用的标准方法也可用于RAC配合比设计。但RCA吸水率较高，影响RAC混合料的工作性。要获得RAC所期望的和易性，需要在混合前或混合过程中加入一定量的水使再生骨料饱和。若采用减水外加剂以达到预期的工作性，则可减少附加水量。

用再生混凝土骨料配制的混凝土性能的现有试验结果差别很大，有时相互矛盾。通过对已有试验证据的分析，可以得出再生粗骨料( 100 %取代率)配制的混凝土与相同水灰比( w / c )的NAC相比OV00 )：抗压强度降低25 %；使劈裂和弯曲抗拉强度降低至10 %；弹性模量下降达45 %；增加干缩率可达70 %；增加蠕变达50 %；增加吸水率达50 %；类似的碳化深度；相同或降低了抗冻和解冻能力；同样或略微增加氯离子渗透。

这里给出的值是所有分析的研究数据的上界，这些数据因所用RCA的质量不同而大不相同。这并不意味着不可能获得与NAC性质相似的RAC。要做到这一点，必须使用高质量的RCA，并在混合设计中对水灰比进行小的调整。质量较好的RCA应该是从清洁混凝土废料中得到的再生骨料，吸水率高达5 ~ 6 %。含粗、细再生骨料的再生混凝土性能均劣于仅含粗再生骨料的再生混凝土。精细RCA具有很高的吸水率值(可达13 % )和很高的粘聚力，这使得混凝土的质量控制非常困难。因此，一些标准和规并不推荐细再生骨料在再生混凝土中用于结构使用。

2、混凝土生命周期评价( LCA )：分配问题

如前所述，混凝土由于其生产和利用规模巨大，对环境的影响很大。正因如此，对于努力走向可持续社会而言，混凝土的环境评估至关重要。废弃混凝土的回收在默认情况下并不是一种‘环境友好’的选择。RCA生产和使用这种骨料生产混凝土的影响必须评估为任何其他产品或服务。今天，对产品和工艺的环境影响进行了全生命周期的评估：原材料采购、材料生产和建造、使用阶段和终了阶段。

迄今为止，已经发展了许多不同的环境评价方法，但最公认(也最规范)的是生命周期评价( LCA )。根据ISO标准( ISO , 2006 )，生命周期评价包括四个步骤：确定目标和范围、创建生命周期清单( LCI )、评估环境影响( LCIA )和解释结果。有关混凝土LCA的详细信息见FIB TG3.6 ( 2008 )，Hájek等。( 2011年)，Josa等人。( 2005 )、Marinkovic ( 2013 )、珀内尔和Black ( 2012 )以及Van de Heede和De Belie ( 2012 )。这里仅讨论LCA应用于RCA和RAC环境评估的具体特点，其中最重要的是分配。

在处理LCA中的多功能过程时，必须应用某种分配方法。在ISO标准( ISO , 2006 )中，分配定义为研究产品系统中过程的输入和/或输出流的划分。回收是一个多功能的过程：对于正在回收的产品，它是一种废物管理服务；对于接收回收材料的产品，它构成了原材料生产过程的一部分。在这些情况下，问题是如何分配回收的环境影响。ISO 14041 ( ISO , 2006 )描述了一个三步程序。首先，应通过将流程划分为子流程或通过扩大系统边界来包括所有涉及的产品来避免不必要的分配，这通常是最劳动密集型的步骤，很少得到应用。第二，不可避免的分配必须以反映一种潜在的、因果的、物理的关系的方式来完成。第三步是关于其他。

3、应用总结与展望

与NA相比，RCA的生态效率不可能得出一般性结论，无论是作为结构混凝土中的骨料，还是作为道路基层的材料，因为影响结果的参数太多。每种情况都是具体的，必须分别考虑。然而，在所提出的两个具体案例研究中，都发现混凝土回收利用可以带来环境效益。这取决于RCA和NA的运输距离之比，因此回收厂的位置至关重要。在合适的配比下，RAC和NAC ( 或 RCA和 NA )生产对所研究的影响类别的环境影响可以是相同的，从尽量减少废物和自然资源耗竭的角度显然可以获得回收的效益。

在考虑方法学方面时，在将LCA应用于生命周期终了阶段时，采用标准化的方法学尤为重要，如整个生命周期内不同的废物管理情景。这在考虑回收利用的影响时显得尤为重要。否则，就不可能比较不同研究者的结果，整个研究领域就失去了一致性。回收是一个多功能的过程，总是连接至少两个产品。如果不考虑产品的回收再利用对链上下一个产品的影响，即使采用简单的切断规则，也不符合LCA方法。遵循LCA方法，并考虑到图23.1b (开环回收)，寿命末期的处理严格地说应为：

填埋属于产品1，即产生废物的产品。那么，如果部分废弃物被回收，产品1就被信用为避免填埋，

回收过程中的材料生产属于产品2，即接受回收废弃物的产品。

因此，如果在产品2的生命周期中使用产品1的回收废料，则产品2被归为避免NA生产的产品。

因此，产品1被认为是避免了填埋，并且只分配了一部分回收影响。产品2被认为是避免了NA的生产，并且只有一部分回收影响分配给它。

第二个问题是回收过程中的这些信用如何在LCA中得到核算，避免填埋和避免NA产生应通过相应指标( 垃圾填埋场容量的枯竭和自然资源的枯竭 )的适当影响类别来考虑，而不能从回收的诱导影响中减去避免。这是因为这样的方法代表了对环境的真实影响。回收利用产生的实际影响相当于实际能耗和各种污染物的实际排放量( 所谓的诱发影响 )，同时也会造成一定的填埋空间和NA的节约。