气候变化中的水泥行业

　　经过多年的争吵，新的水泥标准EN 197-5最终于2021年7月发布。它定义了大幅降低水泥中熟料含量的框架条件——这是朝着混凝土施工中二氧化碳中和目标迈出的重要一步。MC已经提供了广泛的产品，甚至使低熟料混凝土也能产生所需的结果。

　　水泥是世界上最重要的建筑材料，对于任何新建筑来说几乎都是不可或缺的。它与水的关键反应是将沙子和砾石结合在一起形成混凝土。尽管建筑材料至关重要，但它对人为气候变化的影响同样明确。
 

　　每公吨波特兰水泥代表排放到大气中的800公斤二氧化碳

　　将旋转窑加热到超过1400°C所需的化石燃料已经产生了相当数量的二氧化碳。但这个过程只造成了随之而来的温室气体排放的三分之一;可归因于经典水泥的碳足迹的三分之二来自石灰石或碳酸钙，这些石灰石或碳酸钙被燃烧作为制造熟料的原材料。这背后的化学过程被称为脱酸：原料碳酸钙CaCO3在燃烧过程中分解形成熟料CaO和CO2.如果将这两种工艺结合在一起，并添加进一步加工的能量输入，例如将所需的水泥磨成细粉末形式，波特兰水泥每可销售公吨释放的二氧化碳总量约为800公斤。
 

　　每年40亿公吨水泥

　　全球每年生产40亿公吨水泥。在此期间，一家典型的水泥厂平均生产约100万公吨水泥。德国有50多个这样的设施。但是，尽管多年来，全球一直就破坏气候的飞机飞行、肮脏的燃煤发电厂或肮脏的柴油发动机进行大量讨论，但相比之下，建筑行业似乎在很大程度上逃脱了公众的审查。主要原因：目前，建筑行业除了水泥的使用外，根本没有其他选择。例如，在德国，2020年消耗了3000万公吨水泥，导致约2400万公吨二氧化碳排放。相比之下：中国每年使用超过25亿公吨水泥。全球水泥生产产生的二氧化碳排放量如此之大，以至于它们约占全球拟人化温室气体排放量的8%，因此碳足迹比全球空中交通和世界所有数据中心加起来还要大。鉴于印度、亚洲和非洲等新兴市场的需求不断上升，这一数字可能会在未来几年进一步增长。
 

　　目标：减少建筑的碳足迹

　　正在做出相应的巨大努力，使水泥生产背后的过程更具可持续性：燃烧所需的化石燃料已经在很大程度上已被二氧化碳占地面积较低的生物质替代品所取代，相关工艺的效率也得到了进一步优化。趋势是水泥，通过引入活性或惰性物质来降低波特兰含量，也称为熟料。这导致熟料含量降至十年前平均70%。
 

　　新的低熟料水泥集团

　　在世界各地，正在进行研究，以确定水泥的一系列替代品，作为建筑施工中的首选材料。然而，在可预见的未来，制造所需数量的问题似乎是无法解决的。因此，最有可能采用的途径是大幅降低今天已经存在的水泥中熟料的百分比。这是新水泥标准EN 197-5采用的方法。它描述了两种新的水泥类别，波特兰复合水泥CEM II/C-M和CEM VI级复合水泥，尽管混凝土结构的熟料含量低，但它们确保了适合使用混凝土结构。该标准是多年来专门研究低熟料混凝土耐久性的结果。他们发展背后的想法是将经典的水泥磨得更细，并用活性较低的物质“合金化”。与95%熟料含量的经典波特兰水泥相比，EN 197-5涵盖的CEM II/C-M和CEM VI水泥应该能够更广泛地使用更高效的选项，作为实现混凝土施工中二氧化碳中性目标的一个步骤。对于CEM II/C-M，熟料含量可以按质量降至50%，对于CEM VI组的复合水泥，可以按质量降低到35%。
 

　　适用于内部组件和常规、经典的外部结构元素

　　显然，含有完全熟料的水泥，即波特兰水泥的表现与熟料含量减半的水泥不同。这首先反映在早期强度发展和表面固化速度上。熟料含量较低会显著减缓混凝土的水合作用。虽然较新的混凝土可以通过特别精细的水泥研磨来调整到正常的28天强度，但一些性能，如耐霜或结构对渗透介质的不渗透性，可能会因此下降。因此，尽管这些水泥适用于室内组件和暴露于降水的普通经典外部建筑元素，但它们并非无条件适用于所有暴露类别。因此，目前正在制定申请规则，并根据个人调查临时发布建筑当局批准。对于暴露于中度霜冻的内部组件和外部建筑元素的主要应用，约占混凝土市场的70%，熟料减少水泥的耐用性性能已经得到证明，同样具有相当大的二氧化碳减排潜力。
 

　　更长的网站时间

　　然而，建筑工地在上午10点混凝土，第二天上午10点敲击模板的理想情况肯定会成为例外，而不是特别低熟料水泥的规则，特别是在低温下。这意味着模板需要留得更长，因此未来建筑工地和日程安排都必须以不同的方式组织。与水泥生产相比，实现气候目标的时间框架正在慢慢变紧。现在，由于二氧化碳证书和其他即将实施的法规带来的成本压力，该行业开始做出更有力的反应。随着二氧化碳排放定价现已成为既定现实，水泥行业将新配方推向市场的压力正在增加;特别是在德国，2021年初秋当选的新政府至少在纸面上采取了更严格的气候政策，也极有可能大幅推动未来的二氧化碳定价。事实上，该行业正在制定的措施多种多样：不仅议程上的新低熟度水泥，而且最重要的是熟料替代品、非化石燃料、更好的回收，以及最后但并非最不重要的是再碳化，即硬化成品混凝土本身重新吸收二氧化碳。
 

　　MC 诀窍推动新标准

　　混凝土添加剂领域的研究现在也必须重新集中和扩大规模。MC完全有能力在这方面采取行动——正如其过去对气候兼容建筑材料的研究所证明的那样。由此开发的一系列创新产品，如无水泥环形间隙灌浆砂浆或无水泥EFC混凝土，清楚地证明了其先天能力。此外，MC目前正在与研究机构和其他公司合作开展SABINE研究项目(详见第12页的“可持续性”部分)，研究将钢矿渣用作岩土建筑材料的粘合剂。

　　最终，MC专家的简报是尽可能用新配方的添加剂来补偿新建筑材料中缺失的性能。因为有一件事已经确定：新混凝土必然需要更高程度的中间和固化处理。随着模板剥离强度的提高，固化加速器，如MC-FastKick系列的产品，以及基于最新MC聚合物技术的MC-PowerFlow高性能超塑化剂，可能会随着未来的增强混合物而变得越来越重要。