高性能混凝土绿色度评价的研究进展

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铁道建筑
Railway Engineering
文章编号：1003—1995(2010)07-0134-04
高性能混凝土绿色度评价的研究进展
李化建 ，谢永江 ，易忠来 ，谭盐宾 ，冯仲伟
(1．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081；2．中国铁道科学研究院科研处，北京 100081)
摘要：阐述了高性能混凝土绿色度的内涵及特点，建立了面向全过程的混凝土绿色度评价指标体系，介
绍了混凝土绿色度的评价方法及其关键技术，在此基础上，探讨了混凝土绿色度研究的意义，提出制订
相应规范，并分区域建立混凝土绿色度数据库。
关键词：高性能混凝土绿色度评价进展
中图分类号：TU528．1 文献标识码：A
《绿色建筑评价标准》?(GB／T 50378-2006)和
《环境标志产品技术要求预拌混凝土》 (HJ／T 412—
2007)颁布实施，标志着我国已经进入绿色建筑时代。
混凝土绿色度的高低在一定程度上决定了建筑的绿色
等级。在绿色奥运建筑评估体系中将建筑材料作为一
个独立的和重要的单元，引人全寿命周期分析理论与
方法对其绿色度进行评价[3-4 3。针对高速铁路绿色混
凝土进行专门立项研究，相关的研究成果如尾砂灰渣
CFG桩桩体材料 、灰渣混凝土、脱硫石膏基秸秆保
温墙体材料 等已被应用到工程实践中。但对于混
凝土或建筑材料绿色度的评价还处于定性或半定性的
研究阶段，缺少混凝土绿色度评价标准以及绿色度基
础数据是制约混凝土绿色度评价的主要瓶颈。本文对
混凝土绿色度研究进展的总结旨在起到抛砖引玉之
效。
1 混凝土绿色度的内涵
作为大宗材料，混凝土在我国基础建设得到大量
应用的同时，也成为我国能源浪费、资源消耗与环境污
染的主要来源。吴中伟院士最早提出绿色高性能混凝
土概念，他认为绿色混凝土应节约资源、能源，不破坏
环境以及可持续发展，具体来说绿色混凝土的特征为
更多地节约水泥熟料，减少环境污染；更多地掺加以工
业废渣为主的活性细掺料；更大地发挥高性能优势，减
少水泥和混凝土的用量 。孙振平等也阐述了绿色
混凝土应具备的条件，包括原材料选择(绿色水泥、利
收稿日期：2010-03．10；修回日期：2010-05-20
基金项目：铁道部科技研究开发计划项目(2008G032-06)
作者简介：李化建(1976一)，男，安徽阜阳人，助理研究员，博士。
用工矿农业固体废弃物、尽量采用工业废液制备外加
剂)、制备技术优化(减少水泥用量、集中搅拌、高工作
性、高耐久性)以及废弃混凝土再利用等 。实质上
绿色混凝土是指采用绿色原材料，经过绿色设计与绿
色制造工艺，所制备出的满足绿色使用要求的混凝土。
绿色度则是反映产品在满足功能性的前提下，与
环境相容程度的指标。混凝土绿色度是用来表征混凝
土绿色化程度的指标，即混凝土在其整个生命周期中
对资源和能源的消耗及利用率、对环境危害程度大小
(亦即产品对环境的友好程度)的综合评价指标。绿
色度的内涵很丰富，它并不是一个单纯的量化指标，而
是集产品的功能性、经济性、环境性以及可再利用性等
特性，且考虑各特性权重的综合性指标。混凝土用量
的大宗性及其性能的复杂性，决定了混凝土绿色度特
殊性，具体表现如下：
1)综合性：绿色度是表征产品多个性能的综合性指
标，是产品满足功能性、经济性与环境性的统一。对于
不同产品，其内涵并不一致，有的产品功能性权重较大，
有的产品环境性权重较大，还有的产品经济性所占权重
大。与人民生命安全息息相关的结构工程，其主体材
料—— 混凝土的功能性是其绿色度的前提和基础。
2)科技性：绿色度是一个赋予丰富科技内涵的概
念，不同科学技术水平下，所选参照物就不同，基准不
同，其绿色度就会随之变化。例如水泥绿色度的确认，
在20世纪80年代所选的工艺水平、设备状况与现在
会有很大差别，这就决定了绿色度量值的不同。就混
凝土绿色度而言，不同行业所偏重的评价指标也不相
同，房建行业所考虑的混凝土绿色度要更多考虑其放
射性、外加剂中甲醛含量。而对于铁路行业所考虑混
凝土绿色度则侧重混凝土中重金属溶出率等。混凝土
绿色度的科技性也可称之为其相对性，实质上绿色度
2010年第7期 高性能混凝土绿色度评价的研究进展 135
是一个相对比值，即被评价目标与基准目标之间的比
值，基准目标的选择、评价指标的量化以及评价指标的
权重与技术水平有很大关系。
3)模糊性：绿色度量化一直困扰着科技界，其原
因是绿色度本身的模糊性，其模糊性主要体现在边界
的确定及其各因素权重的确定。例如评价混凝土的绿
色度，是考虑水泥原材料的选用，还是直接将水泥当作
混凝土的原材料。各因素之间权重的确定是绿色度量
化又一关键难题，对于混凝土这一大宗材料而言，功能
性、经济性与环境性之间的权重究竟是孰重孰轻很难
界定，必须根据具体工程的实际情况来确认。
2 混凝土绿色度评价指标体系
混凝土绿色度评价指标体系建立主要取决于绿色
度评价的边界。从过程控制而言，混凝土绿色度评价
指标应包括从绿色设计、绿色原料、绿色制造、绿色施
工、绿色使用到绿色回收的全过程因素。从性能控制
而言，混凝土绿色度评价指标体系应包括功能性、经济
性与环境性三个方面。
预拌混凝土环境标准产品提出的技术要求包括基
本要求与技术内容两方面 ，基本要求中规定混凝土
产品质量应符合《预拌混凝土》GB／T 14902标准的要
求；企业污染物排放必须符合国家或地方规定的污染
物排放标准要求；产品生产应采用计算机自动控制的
生产工艺，具有计量自动补偿、数据储存、统计和查询
功能；产品生产过程产生的固体废弃物回收利用率达
95％ 以上；产品生产过程产生的工业废水回收利用率
达100％ ，产品生产中所使用水泥的散装率达到
100％ 。技术内容包括混凝土的内射指数不大于0．9，
外射指数不大于0．9；混凝土中水溶性六价铬不大于
0．2×10 (质量分数)；矿物掺合料占胶凝材料总量
的质量分数不小于30％ ，当利用尾矿砂、尾矿石作骨
料时，尾矿与矿物掺合料体积之和占混凝土总体积分
数不小于30％ ；混凝土释放到空气中的污染物(游离
甲醛、苯、氨、总挥发性有机化合物TVOC)应满足相应
要求。有学者将混凝土绿色度综合评价指标确定为①
单方混凝土不可再生能源的消耗(包括水泥生产时消
耗的能量)EDP；② 单方混凝土不可再生原料的消耗
ADP；③单方混凝土的环境污染综合指数EH 101。也
有学者基于轻集料混凝土提出了包括五因素的混凝土
绿色度评价指标体系，即包括生产效率、质量、成本、产
品的资源消耗和产品生产中对环境的污染等? ；还有
学者基于工业与民用建筑提出的混凝土绿色度评价指
标体系包括组成混凝土原材料的放射性(满足
GB6566)、室内空气质量(满足GB50325)、水泥减少的
比例以及混凝土耐久性变化幅度等，其中水泥减少的
比例包括能源消耗减少的比例、资源消耗减少的比例、
CO 排放减少的比例；混凝土耐久性变化幅度包括碳
化值变化幅度、耐久性指数变化幅度与电通量变化幅
度等 。
作者基于铁路作用环境(碳化环境、氯盐环境、冻
融环境、化学腐蚀环境以及磨蚀环境)建立铁路混凝
土绿色度评价指标体系，如图1所示。其中抗压强度
为碳化作用下绿色度评价指标，抗压强度 为磨蚀
环境绿色度评价指标 ，氯离子扩散系数、耐久性指
数以及硫酸盐干湿循环次数分别为氯盐环境、冻融环
境与化学腐蚀环境下的功能性指标。
混凝土绿色度评价体系
功能性(D l l经济性(C9 I l环境性(D
到鬟l l薹J
3 混凝土绿色度评价方法
图1 混凝土绿色度评价指标体系
张云升、孙伟等利用反馈匿名函询法(Delphe)和
噪
宙
污
染
物元分析方法对混凝土的绿色度进行综合评价，将混
凝土绿色度指标的物元确定为单方混凝土不可再生能
源的消耗EDP、单方混凝土不可再生原料的消耗ADP
与单方混凝土的环境污染综合指数EH，通过关联分析
136 铁道建筑
确定绿色度单个指标与混凝土绿色度等级的关联度，
以EDP物元为例，n为EDP物元实际值，o 与o 为单
个指标混凝土绿色度分类标准中的区域数值，最后通
过权重计算混凝土绿色度综合评价指标，判定混凝土
绿色度的归属 。该方法必须要有混凝土绿色度的
基础数据，根据基础数据，计算比较产品与基准数据的
关联度。
胡曙光等以轻集料产品的生产效率、产品质量、综
合成本、资源消耗以及对环境的影响等五个因素为评
价指标，利用模糊数学方法，提出了绿色度评价模型，
如公式1所示，利用层次分析法，根据判定尺度定义
(如表1)，进行各评价指标相对重要程度的判断矩阵，
从而对轻集料混凝土的绿色度进行评价，得出利用淤
泥、污泥和劣质粉煤灰等工农业和生活废弃物为原料
制备的轻集料是高绿色度的产品¨ 。基于模糊数学
与权重的方法，目前应用较多。
G =m ·R
= ( l， 2，? ，∞ )·
式中 G—— 为混凝土绿色度的模糊评判集，即量化
矩阵；
∞— — 为权重集；
— — 为绿色度评价矩阵；
— — 为第i影响绿色度的权重值
r —— 为第 个绿色度值。
表1 两指标( 和．，)判定尺度定义
标度I．t 相对重要性的描述
与 ，同样重要
IX 比 微略重要一些
肛 比 ，重要
比 重要得多
比 绝对重要
介于上述两个相邻判断尺度中间状态值
若 与 相比
王安岭、路来军等针对工业与民用建筑基于组成
混凝土原材料的放射性(满足GB6566)、室内空气质
量(满足GB50325)、绿色度指标(水泥减少的比例、混
凝土耐久性变化幅度)等，耐久性指标包括碳化值、耐
久性指数与电通量等，提出了绿色混凝土的评价公式，
如式(2)。该方法对于工业与民用建筑较为合适，因
为其前提是要满足原材料的放射性与室内空气质
量¨ 。
D =An+Am+△Z+AC十ADF+AQ (2)
式中 △n—— 掺入掺合料后能耗减少的比例；
△m—— 掺人掺合料后资源消耗减少的比例；
△ — — 掺入掺合料后CO 排放减少的比例；
△c—— 掺入掺合料后碳化值变化幅度；
△ —— 掺人掺合料后耐久性指数变化幅度；
△Q—— 掺入掺合料后电通量变化幅度。
隋同波、王玲等提出了水泥、混凝土及其制品绿色
度评价的基本框架，即包括产品质量、资源消耗、能源
消耗、环境污染、清洁生产以及本地化等六个方面，文
中给出了水泥绿色度相关的基础数据，如可比熟料烧
成煤耗风级定级、可比水泥综合电耗分级定额、生产设
备粉尘或粉尘排放量限值、水泥厂粉尘无组织排放限
值、生产设备烟尘或粉尘排放限值、生产设备大气污染
物排放限值等 。
4 混凝土绿色度的评价等级
昆凝土绿色度评定等级与评价指标体系关系较
大，文献[10]根据单个绿色度指标将C60混凝土分为
高绿色、中绿色、绿色和非绿色四类，如表2所示 。
文献[11]等按照绿色度综合指标将混凝土绿色度分
为非绿色、低绿色、中绿色和高绿色四类，如表3所示。
表2 单个指标对C60混凝土绿色度等级的分类标准
单个指标 高绿色 中绿色 绿色 非绿色
EDP／(kJ／m )l 760 000 2 307 450 2 743 000 3 742 450
ADP／(kJ／m ) 2 504 2 579 2 655 2 730
EI1 0．065 0．077 0．164 、．803
林宗寿等研究了环境材料的功能性、经济性和环
境协调性评价方法及其评价指标。结合环境材料的定
义提出了评价环境材料的综合判据表达式，如式(3)
所示。当某一材料c≥1，F≥1时，表明它已满足环境
材料经济性和功能性的基本要求，此时，当P≥1时，
即可称之为环境材料¨ 。
1 ． ． 一
P=一1~／ +C +E (3)
’
。
2010年第7期 高性能混凝土绿色度评价的研究进展 137
式中：F= g 饥， 表示材料的功能性指标及对
应的环境材料功能性标准指标。q 表示依据重要程度
用AHP法求得的材料各种功能的权重系数。·
E =e／e ，e 、e表示材料的环境协调性指标及对应
环境材料的环境协调性标准指标。
C=c／c ，c 、c表示材料的经济性指标及对应环境
材料的经济性标准指标。
5 混凝土绿色度评价关键技术
混凝土绿色度评价的关键技术在于两方面，一是
混凝土绿色度评价指标体系的建立；二是评价指标体
系中各指标之间权重的确定。
混凝土绿色度评价指标体系关系到能否全面体现
混凝土绿色度的内涵，在具体建立时主要是要考虑全
面、量化来确定独立指标对混凝土绿色度的贡献。目前
我国缺少混凝土绿色度的基础数据，也没有相关标准规
范可以参考，这是制约混凝土绿色度单个指标量化的主
要障碍。评价指标体系取决于混凝土绿色度评价起始
与终止边界的确定，以及混凝土能量流过程控制分解。
建议对于混凝土绿色度评价起始边与终止界上要在绿
色度评价原则中阐明，这样，不同研究者的研究成果才
有可比性；在混凝土能量流过程控制分解方面，主要涉
及到是否考虑混凝土废弃过程，目前工程结构是以耐久
性为前提的，如果结构物能够满足在设计使用年限安全
服役，这样就可以不考虑废弃阶段，将绿色使用作绿色
度能量流的终止边界，当然将废弃混凝土用作新的建筑
材料(再生骨料)可以看作是另一类混凝土绿色度评价
的起始边界。在单个评价指标量化方面应采用统计规
律，所采用的数据能够反映整个行业的平均水平。
绿色度评价指标体系中各指标权重的确定将对混
凝土绿色度综合指标起到至关重要的作用。由于权重
的确定人为因素较大，建议采用德尔菲法，该法本质上
是一种反馈匿名函询法。其大致流程为：在对所要预测
的问题征得专家的意见之后，进行整理、归纳、统计，再
匿名反馈给各专家，再次征求意见，再集中，再反馈，直
至得到稳定的意见。该方法有别于其他专家预测方法
的三个明显的特点分别是匿名性、多次反馈、小组的统
计回答。匿名性是指从事预测的专家彼此互不知道其
他有哪些人参加预测，他们是在完全匿名的情况下交流
思想的；多次有控制的反馈是指小组成员的交流是通过
回答组织者的问题来实现的，它一般要经过若干轮反馈
才能完成预测；统计回答是指报告一个中位数和两个四
分点，其中一半落在两个四分点内，一半落在两个四分
点之外。这样，每种观点都包括在这样的统计中，避免
了专家会议法只反映多数人观点的缺点 。
6 结论
混凝土绿色度是评价高性能混凝土与环境相容性
的关键指标，开展混凝土绿色度的研究对于提高固体
废弃物综合利用率、减少资源和能源消耗、缓解环境污
染以及节约工程造价具有重要的意义。混凝士绿色度
的研究还任重道远，为促进混凝土绿色度尽快推广应
用，应尽快开展以下工作：
1)由国家立项开展混凝土绿色度基础数据的研
究，按照资源分布情况与混凝土技术水平分区域建立
混凝土绿色度的数据库。
2)制订和完善混凝土绿色度相应的技术规范，让
设计单位、施工单位和制造单位有据可依。
参 考 文 献
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(责任审编 王红)