水泥的重要性和水泥行业的未来

混凝土是世界上使用最广泛的土木工程材料,这得益于它便宜的价钱、巨大的产量。几乎是常识,制造混凝土需要水泥(还有水和砂石骨料)。但是,水泥被全世界许多人们认定为CO2(二氧化碳)碳排放量巨大的建筑材料,因为在生产水泥的过程中,燃料燃烧和石灰石煅烧分解的确会排放CO2(更不消说落后水泥厂的粉尘污染),大约一吨水泥会排放一吨CO2. 整个全球水泥行业排放的CO2总量,约占全世界非人为CO2排放量的5-8%,这不是一个小数字。

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也许会有人会说:人类能否找到替代水泥的更好的建筑材料?比如木材、钢材等。事实上这不可行,以木材为例,全球每年的木材消耗量远远超过重新植树的数量,有些地方甚至不能轻易获得木材作为主要的建筑材料,例如:非洲和中国的许多地方。至于钢材,它本身的价格相对水泥要贵得多,而且生产钢材的过程中也产生大量CO2. 事实上,水泥的生产过程相比较其它材料,其能源消耗并不高(混凝土更低)。

可以这样说,几乎无法找到完全替代水泥的建筑材料,这是由地球上的资源情况所决定。地球的地壳成分中,O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg八种元素几乎占了98%,而这8种元素正是水泥的主要成分,要找到一种替代材料,也必然要包含这8种元素。

从长远来看,由发展中国家的城市化发展以及世界人口的增长速度来看,整个世界依然需要大量的水泥作为建筑材料。比如,在未来几十年来里,来自印度、中国等发展中国家的水泥需求量几乎要翻番。

既然我们依然需要使用水泥作为大量的建筑材料,我们如何能减轻CO2排放量?水泥行业的未来是什么样?虽然公众未必知晓,整个水泥行业和水泥科研领域却做了大量的工作,也取得了不小的成绩。

从水泥生产行业来说,一方面,水泥生产企业尝试使用垃圾(甚至有毒)作为燃料,比如用废旧的汽车轮胎作为燃料来生产水泥。在中国的三峡大坝地区,有人尝试,将三峡水库中漂浮的木材收集起来作为水泥生产的燃料。另一方面,整个水泥生产工艺也一直在优化过程中。欧洲的众多水泥生产企业能达到80%的能耗效率,这个成绩即使是以纯理论观点来看,也是一个了不起的成绩。

科研工作者们一直在研究如何减少使用水泥熟料。一个方法是使用辅助胶凝性材料(Supplementary Cementitious Materials)。辅助胶凝性材料通常是工业废料或者生产水泥的原材料,比如高炉矿渣、石灰石粉末(正是煅烧它才产生CO2)、火山灰、硅灰、天然火山灰。这些辅助胶凝性材料和水泥两掺或者三种材料混合使用,能够取代部分水泥熟料,并在工程性能上没有损失(有时在耐久性方面甚至有提高)。

但是,即使是辅助胶凝性材料,它们的数量也是有限的。有些地区并不一定能方便地获得辅助胶凝性材料,例如,如果一个地方没有炼钢厂,就不太可能有矿渣,将来甚至炼钢行业进行大革新,从而不再产生矿渣。针对这种情况,有研究者们试图利用几乎没有储量限制的钙化粘土。这些钙化粘土含有的高岭土成分具有类似水泥基材料的特性。在古巴进行的研究表明,用钙化粘土取代30%的水泥,获得了与波特兰水泥混凝土同等的3天强度,这说明钙化粘土如果能有效加以利用,在未来具有良好的使用前景。

总体来说,水泥是一种非常重要的建筑材料。对于未来水泥行业的CO2排放量,人类并不必过分担心。

英文原文:The importance of cement and its future

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水泥的重要性和水泥行业的未来》上有14条评论

  1. ChoJemmy

    发明水泥的人才是真正改变世界的人,多少高楼大厦因此而起。

    地球的地壳成分中,O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg八种元素几乎占了98%,而这8种元素正是水泥的主要成分。 一看到这么我就情不自禁背元素周期表了,没想到还记得,看来填鸭式教育也是有好处的。

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  2. 佐仔

    CO2排放我觉得这个是小问题,如果能通过其它装置把CO2转化或收集用于制碱工业、制糖工业所需的气体更好。

    其实现在地球上,真正起破坏作用的不是CO2,而是工业其它重金属及其它直接对人体有害的气体,更多的是对生态链的破坏。

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    1. 土木坛子

      你说的这个CO2用途,我不太了解,如果能利用,应该早就有人用了吧?
      在发达国家,现在对于减轻碳排放,确实是一个在行动的现象了。
      在减轻碳排放的过程中,也是减轻能源消耗的过程。

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