基于盐冻耐久性归一化的混凝土生命周期评估(LCA)框架构建及高性能低碳混凝土设计

本文创新性地提出将盐冻耐久性指标纳入混凝土生命周期评估(LCA)体系，开发了强度-耐久性双参数归一化碳排放指数(CStr·f)，通过矿渣微粉(GGBS)、引气剂和聚丙烯纤维的协同优化，使新型混凝土(HPC5-P-HSRF-S)在盐冻环境下寿命提升11.3倍，全生命周期碳排放降低97.3%（397→10.8 kg CO2/m3），为寒区基础设施提供了兼具工程适用性与环境友好性的材料解决方案。

　　

Highlight
本研究突破传统生命周期评估(LCA)方法在建材领域的局限性，首次建立融合盐冻耐久性的混凝土碳排放评价体系。通过开发强度-耐久性双参数归一化指标(C_Str·f)，实现了寒区环境下材料性能与环境影响的精准关联。

Determination of boundary conditions and carbon emission factors
尽管"摇篮到大门"(cradle-to-gate)仍是混凝土LCA研究的主流边界条件，但本研究拓展至"摇篮到坟墓"(cradle-to-grave)体系，纳入施工、使用及拆除阶段的碳排放数据。通过建立区域气候适配模型，量化了不同城市环境对盐冻耐久性的影响权重。

Design of low-carbon, high salt-freeze durability concrete
采用主成分分析(PCA)筛选关键变量，设计出含硫酸盐水泥、矿渣微粉(GGBS)和聚丙烯纤维的"三明治"结构混凝土HPC-P•HSRF-S。实验室加速试验显示，其盐冻循环耐受性较传统混凝土提升11.3倍，同时每立方米碳排放量降至10.8 kg CO₂，堪称"既抗冻又减碳的双优生"。

Performance under the novel LCA evaluation framework
将盐冻耐久性数据输入新建立的LCA流动模型(Fig.3)后发现：在哈尔滨等严寒地区，新型混凝土的耐久性归一化碳排放指数保持稳定，证明该框架具备跨气候区适用性。就像给混凝土装上了"环境适应调节器"，能自动校准不同地区的性能衰减曲线。

Research limitations and future perspectives
当前框架主要针对氯盐冻融环境，未来可拓展至硫酸盐侵蚀、海洋环境等多场景应用。就像开发"广谱抗环境应激疫苗"，下一步拟结合数字图像技术建立微裂纹演化预测模型，让材料设计更具前瞻性。

Conclusion
HPC-P•HSRF-S混凝土通过"四重防护盾"设计（矿渣替代、纤维增强、引气缓冲、硫铝酸盐防腐），在保持28天强度60MPa的同时，实现盐冻寿命>300次循环。其C_Str·f指数较基准组降低98%，相当于用1份碳排放获取了12份耐久性能，完美诠释了"低碳长寿命"的设计哲学。