Santiago Calatrava's Auditorio De Tenerife(Taxiarchos228 / CC By-SA 3.0)

趋势

结构混凝土是否有一个零碳未来的地方?

2020年6月3日|由Paul Astle,主结构工程师,Ramboll |0评论

联合国预测,在全球范围内,我们将在未来40年内建造另外230亿平方米的地区,目前现有的现有楼层。

这将意味着很多混凝土,具有超出碳足迹。

与此同时,我们需要达到碳中立,并且在大多数情况下都没有具备混凝土的实际替代品。

我们将如何调和这些看似不可调和的需求?

使用少

虽然混凝土是低碳材料的重量,但仅具有约7%的钢,它用于我们的混凝土碳足迹巨大的大量。

一立方米的典型结构混凝土具有250kg-500kg等效计算的二氧化碳或ECO2的体现碳载量。

波特兰水泥负责最大的ECO2。在混凝土中,使用纯粹的波特兰水泥粘合剂,它仅代表混凝土的10-20%,但占实施碳的90%。

第一步自然是为了减少我们使用的混凝土的量。

在许多应用中,混凝土在低应力条件下使用,因此很少用于其全部潜力。

事实上,剑桥大学报告表明,除标准安全因素外,结构元素通常仅旨在利用60-80%的能力。

物质性能的不确定性可能是关于这种关于混凝土元素的过度或过度设计程度的基本原因。

即使在实验室条件下,混凝土也表现出复杂的非线性行为。考虑到批量一致性的额外不确定性,总体变化,环境温度以及施工技能,我们也许更能够看到为什么设计师谨慎。

这就是为什么进一步研究了更好地实时了解具体行为的理解,有助于提高质量保证并最大限度地减少过度指定。

计算权力

此外,有机会可以允许在令人印象深刻的混凝土结构中振兴。

通过雕刻混凝土,可以将材料切出并且尽可能多地置于压缩状态。

不幸的是,设计和施工挑战限制了这种原则的使用。

然而,目前,我们能够用计算能力,先进的数字制造和用于低碳结构的驱动来解决这些挑战。

事实上,通过采用创新的成型技术来削减不必要的混凝土,Eth苏黎世的研究人员一直在研究如何应用计算设计以产生一些仅压缩的混凝土,从而产生物质高效和视觉令人惊叹的结构。

少水泥

同样重要的是,与满足要求所需的内容相比,我们最小化了混凝土中的水泥量。

在英国项目中使用的90多种混凝土混合物的一项研究中,发现混凝土中的水泥(粘合剂)总量从300kg / m3变化到525kg / m3,即使对于相同的指定强度也是如此。

虽然技术原因可以解释增加的水泥含量,但测量的范围主要超过最小代码要求。

波特兰水泥具有如此大的碳足迹的原因之一是因为在其制造过程中,在其制造过程中发出二氧化碳,煅烧石灰石。

这些排放量占水泥相关的50-60%的碳排放量。即使剩余排放可以用碳中性源代替,使用昂贵的碳捕获和储存技术来抵消这些过程排放仍然是必要的。

不同的水泥

为减少水泥的碳强度,用补充水泥材料(SCM)增加港口水泥的更换将是关键。

然而,两个最常见的SCMS - 地面颗粒状炉渣和粉煤灰 - 是钢高炉和燃煤动力站的共同产品。因此,这些SCM的寿命受到我们需要解决这些行业的碳强度的限制。

走向中世纪,这些SCM将供不应求。

因此,有必要将未来的多个SCM组合,最有可能使用煅烧粘土和地面石灰石。

此外,已经提出,到2050年,我们需要将20%的水泥浆料从拆迁废物中回收,因为新的原料到水泥窑 - 再循环浆料不会释放与石灰石相同的过程排放。

目前,通过对行为的更大了解,优化的设计,碳聚焦规格和使用的使用增加,可以采取步骤来减少不必要的混凝土,水泥和碳。

展望未来,开发和利用新的混合,设计和建筑形式的新具体技术,将是最优先的优先事项。

碳限制而不是扼杀创新,可能会改善行业,也许新利18luck体育发现解决方案超越了碳强的前辈。

图片:Santiago Calatrava的Auditorio De Tenerife(Taxiarchos228 /cc by-sa 3.0