Optimizing supplementary cementitious material replacement to minimize the environmental impacts of concrete
Optimizing supplementary cementitious material replacement to minimize the environmental impacts of concrete
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优化辅助胶凝材料的替代，以尽量减少混凝土对环境的影响
DOI：
10.1016/j.cemconcomp.2023.105049
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发表时间：
2023
影响因子：
10.5
通讯作者：
Miller, Sabbie A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Knight, Kelli A.;Cunningham, Patrick R.;Miller, Sabbie A.
随着材料消耗对环境的影响越来越大，我们越来越迫切地需要对我们经常消耗的材料(包括混凝土)的生产进行脱碳。在混凝土生产中，通常使用辅助胶凝材料(SCM)来限制波特兰水泥的熟料含量，减少温室气体(GHG)排放。然而，过度使用SCM会降低材料性能并增加其他环境影响。在这里，我们推导了定量的方法来确定7种不同的SCM的最佳SCM与普通硅酸盐水泥(OPC)的比例(S/c)，以最大限度地减少11种环境影响，同时保持抗压强度。我们发现，最优替代水平严重依赖于供应链管理。值得注意的是，较低的S/c在许多情况下减少了排放(例如，对于石灰石，S/c为0.17亿公斤/公斤，导致温室气体排放量比S/c的0.42百万公斤/公斤在30兆帕混凝土中低1.6倍)。这项工作展示了一种有效利用有限的供应链管理资源以减轻混凝土生产对环境影响的系统方法。
With growing environmental consequences from material consumption, there is increased urgency to decarbonize the production of materials we consume frequently, including concrete. It is common to use supplementary cementitious materials (SCMs) to limit the clinker content of Portland cement and reduce greenhouse gas (GHG) emissions in concrete production. However, over-utilization of SCMs can degrade material performance and increase other environmental impacts. Here we derive quantitative methods to determine the optimal SCM to Ordinary Portland Cement (OPC) ratio (s/c) for 7 different SCMs to minimize 11 environmental impact categories while maintaining compressive strength. We find that optimal replacement levels are heavily dependent on the SCM. Notably, lower s/c in many cases lowered emissions (e.g., s/c of 0.17 kg/kg for limestone leads to ∼1.6x lower GHG emissions than a s/c of 0.42 kg/kg in 30 MPa concrete). This work demonstrates a systematic means to effectively utilize limited SCM resources to mitigate environmental impacts from concrete production.
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