一种水泥材料碳固定核算方法及装置.pdf

本发明提供一种水泥材料碳固定的核算方法及装置，所述方法包括：获取水泥材料的利用数据及碳化因子数据，建立水泥材料数据库；按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，得到混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰；利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，所述生命周期包括生产阶段、使用阶段、拆除阶段和回收与再利用阶段；对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。能够全面准确的计算不同水泥材料在不同阶段的碳固定量，对全球碳失汇研究具有重要意义，为我国应对气候变化谈判提供了依据。

权利要求书
1.  一种水泥材料碳固定的核算方法，其特征在于，所述方法包括：
获取水泥材料的利用数据及碳化因子数据，建立水泥材料数据库；
按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，得到混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰；
利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，所述生命周期包括生产阶段、使用阶段、拆除阶段和回收与再利用阶段；
对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。

2.  根据权利要求1所述的水泥材料碳固定核算方法，其特征在于，所述水泥材料的利用数据及碳化因子数据包括：水泥利用类别及比例、混凝土强度等级、典型混凝土的水泥含量、混凝土暴露面积估计、混凝土暴露条件评价、混凝土碳化速率估计、建筑使用寿命估计、建筑拆除时间、废弃混凝土处理和回收利用时间和废弃混凝土颗粒粒径。

3.  根据权利要求1所述的水泥材料碳固定核算方法，其特征在于，利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算混凝土水泥使用阶段、拆除阶段,和回收与再利用阶段的碳固定量：
利用以下公式计算混凝土水泥使用阶段的碳固定量，
di=ki×tl]]>   公式1
ki＝βcsec×βad×βco2×βcc   公式2
Vi＝di×Ai   公式3
Wl=Σi=1nVi×ci]]>   公式4
Cltl=Wl×CaO×γ×Mr]]>   公式5
ΔCltl=ΣCltl-ΣCl(tl-1)]]>   公式6
其中，di为碳化深度；ki为碳化系数，并与抗压强度和暴露环境(βcsec)，水泥添加配料(βad)，CO2浓度(βco2)和涂层覆盖(βcc)有关；tl为建筑使用寿命；Ai为表面积；Vi 为碳化混凝土体积；Wl为水泥质量；ci是不同等级强度下混凝土所含有的水泥量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比，即摩尔含量，为0.214；是t年的累积碳化量；是t年的年碳化量。
利用以下公式计算混凝土水泥拆除阶段的碳固定量，
D0i=2ddi=2kdi×td]]>   公式7
  公式8
fdtd=(Σi=1n(Wci-Wli)×Fdi)/Wc]]>   公式9
Wd=(Wc-Wl)×fdtd]]>   公式10
Cdtd=Wd×CaO×γ×Mr]]>   公式11
其中，D0i是完全碳化的最大颗粒直径；ddi是碳化深度；kdi是暴露环境下的碳化系数；td是拆除阶段的平均时间；Fdi是废弃混凝土碎石在拆毁，破碎和堆积阶段的碳化比例；D是拆毁破碎颗粒的直径；a是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最小直径；b是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最大直径；Wci为在i强度下建筑阶段的混凝土消耗量；Wli为在i强度下建筑使用阶段碳化量；Wc为建筑阶段混凝土总的消耗量；Wl为使用寿命期碳化混凝土总量；Wd为拆除阶段碳化混凝土总的质量；是混凝土在拆除阶段的平均碳化比例；为拆除阶段混凝土碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算混凝土水泥回收与再利用阶段的碳固定量，
dti=Ksi×tsi+tdi+Δti]]>   公式12
Dti=2dti=2Ksi×tsi+tdi+Δti]]>   公式13

其中，dti是混凝土在拆除阶段结束后的碳化深度；Ksi是拆除阶段碳化速率系数；tsi是拆除阶段碳化深度dc所用时间；tdi是处理和再利用阶段碳化深度dc所用时间；Δti是暴露空气环境和埋藏环境下相同碳化深度的滞后时间；Dti是混凝土水泥在处理与再利用阶段完全碳化的颗粒粒径；Wci是在建筑使用寿命结束后强度等级为i下的未碳化水泥质量；Fsi是强度等级为i的混凝土水泥在处理和再利用阶段碳化比例；是混凝土在拆除阶段的碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。

4.  根据权利要求1所述的水泥材料碳固定核算方法，其特征在于，利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算砂浆水泥使用阶段的碳固定量，所述砂浆水泥包括：砌筑砂浆水泥、抹灰与装饰砂浆水泥和维修与护理砂浆水泥；
利用以下公式分别计算砌筑砂浆水泥使用阶段的碳固定量:
砌筑砂浆包括具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆，不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆以及具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆；
具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：

其中，dmb是具有两面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmbt是用于具有两面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmbt和dmb(t-1)分别是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙厚度；是具有两面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmbt是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rb是用于两面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是 CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。(rrp+rrr+rrm＝1)
具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：

其中，dmo是具有一面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmot是用于具有一面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmot和dmo(t-1)分别是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是具有一面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmot是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；ro是用于一面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmn=2Km×t]]>   (公式22)

其中，dmn是不具有抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；fmnt是用于不具有抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmnt和dmn(t-1)分别是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是不具有抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；ΔCmnt是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rn是用 于不具有抹灰装饰的砂浆比例(rn+ro+rb＝100％)；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算抹灰与装饰砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drp=Km×t]]>   (公式25)
frpt＝(drpt-drp(t-1))/dTrp×100％   (公式26)
ΔCrt＝Wm×rrp×frpt×CaO×γ×Mr   (公式27)
其中，drp是抹灰和装饰砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drpt和drp(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆的利用厚度；frpt是抹灰和装饰砂浆的年碳化比例；ΔCrt是抹灰和装饰砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrp是砂浆用于抹灰和装饰的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算维修与护理砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drm=Km×t]]>   (公式28)
frmt＝(drmt-drm(t-1))/dTrm×100％   (公式29)
ΔCrmt＝Wm×rrr×frmt×CaO×γ×Mr   (公式30)
其中，drm是维修与护理砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drmt和drm(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrm是维修与护理砂浆的利用厚度；frmt是维修与护理砂浆的年碳化比例；ΔCrmt是维修与护理砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrr是砂浆用于维修与护理的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。

5.  根据权利要求1所述的水泥材料碳固定核算方法，其特征在于，利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量：
利用以下公式计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量，
Cckd＝Wm×rckd×f×CaO×γ×Mr   (公式31)
其中，Cckd是水泥窑灰的年碳化量；Wm是水泥熟料产量；rckd是水泥生产过程中产生水泥窑灰的比例；f为从水泥生产炉窑回收的水泥窑灰放置在垃圾填埋场的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。

6.  根据权利要求1所述的水泥材料碳固定核算方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述水泥材料数据库，计算水泥生命周期内建筑损失的碳固定量；
利用以下方法计算建筑损失的碳固定量，
Closs＝Wm×rloss×f×CaO×γ×Mr   (公式32)
其中，Closs是建筑损失水泥的碳化量；Wm是建设使用过程中水泥使用量；rloss是建筑建设过程中水泥损失的比例；f为损失水泥的类型比例，；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
所述对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量，包括：
对混凝土水泥、砂浆水泥、水泥窑灰和建筑损失的水泥的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。

7.  一种水泥材料碳固定核算装置，其特征在于，所述装置包括：
数据库建立模块，用于获取水泥材料的利用数据及碳化因子数据，建立水泥材料数据库；
水泥材料划分模块，用于按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，得到混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰；
碳固定量计算模块，用于利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，所述生命周期包括生产阶段、使用阶段、拆除阶段、和回收与再利用阶段；
碳固定量汇总模块，用于对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。

8.  根据权利要求7所述的水泥材料碳固定核算装置，其特征在于，所述碳固定量计算模块包括：
混凝土碳固定量计算单元，用于计算混凝土水泥使用阶段、拆除阶段、和回收与再利用阶段的碳固定量；
所述混凝土碳固定量计算单元包括：
第一碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥使用阶段的碳固定量，
di=ki×tl]]>   公式1
ki＝βcsec×βad×βco2×βcc   公式2
Vi＝di×Ai   公式3
Wl=Σi=1nVi×ci]]>   公式4
Cltl=Wl×CaO×γ×Mr]]>   公式5
ΔCltl=ΣCltl-ΣCl(tl-1)]]>   公式6
其中，di为碳化深度；ki为碳化系数，并与抗压强度和暴露环境(βcsec)，水泥添加配料(βad)，CO2浓度(βco2)和涂层覆盖(βcc)有关；tl为建筑使用寿命；Ai为表面积；Vi为碳化混凝土体积；Wl为水泥质量；ci是不同等级强度下混凝土所含有的水泥量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比，即摩尔含量，为0.214；是t年的累积碳化量；是t年的年碳化量。
第二碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥拆除阶段的碳固定量，
D0i=2ddi=2kdi×td]]>   公式7

Wd=(Wc-Wl)×fdtd]]>   公式10
Cdtd=Wd×CaO×γ×Mr]]>   公式11
其中，D0i是完全碳化的最大颗粒直径；ddi是碳化深度；kdi是暴露环境下的碳化系数；td是拆除阶段的平均时间；Fdi是废弃混凝土碎石在拆毁，破碎和堆积阶段的碳化比例；D是拆毁破碎颗粒的直径；a是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最小直径；b是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最大直径；Wci为在i强度下建筑阶段的混凝土消耗量；Wli 为在i强度下建筑使用阶段碳化量；Wc为建筑阶段混凝土总的消耗量；Wl为使用寿命期碳化混凝土总量；Wd为拆除阶段碳化混凝土总的质量；是混凝土在拆除阶段的平均碳化比例；为拆除阶段混凝土碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第三碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥回收与再利用阶段的碳固定量，
dti=Ksi×tsi+tdi+Δti]]>   公式12
Dti=2dti=2Ksi×tsi+tdi+Δti]]>   公式13

其中，dti是混凝土在拆除阶段结束后的碳化深度；Ksi是拆除阶段碳化速率系数；tsi是拆除阶段碳化深度dc所用时间；tdi是处理和再利用阶段碳化深度dc所用时间；Δti是暴露空气环境和埋藏环境下相同碳化深度的滞后时间；Dti是混凝土水泥在处理与再利用阶段完全碳化的颗粒粒径；Wci是在建筑使用寿命结束后强度等级为i下的未碳化水泥质量；Fsi是强度等级为i的混凝土水泥在处理和再利用阶段碳化比例；是混凝土在拆除阶段的碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。

9.  根据权利要求7所述的水泥材料碳固定核算装置，其特征在于，所述碳固定量计算模块包括：
砂浆水泥碳固定量计算单元，用于计算砂浆水泥使用阶段的碳固定量，所述砂浆水泥包括：砌筑砂浆水泥、抹灰与装饰砂浆水泥和维修与护理砂浆水泥；
所述砂浆水泥碳固定量计算单元包括：
第四碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算砌筑砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：



其中，dmb是具有两面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmbt是用于具有两面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmbt和dmb(T-1)分别是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙厚度；是具有两面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmbt是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rb是用于两面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。(rrp+rrr+rrm＝1)
具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmo=Km×t(t≤tr)Km×t+(Km×t-dTrp)(tr≤t≤tsl)]]>   (公式19)

其中，dmo是具有一面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmot是用于具有一面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmot和dmo(t-1)分别是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是具有一面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmot是具有一 面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；ro是用于一面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmn=2Km×t]]>   (公式22)

其中，dmn是不具有抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；fmnt是用于不具有抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmnt和dmn(t-1)分别是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是不具有抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；ΔCmnt是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rn是用于不具有抹灰装饰的砂浆比例(rn+ro+rb＝100％)；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第五碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算抹灰与装饰砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drp=Km×t]]>   (公式25)
frpt＝(drpt-drp(t-1))/dTrp×100％(公式26)
ΔCrt＝Wm×rrp×frpt×CaO×γ×Mr   (公式27)
其中，drp是抹灰和装饰砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drpt和drp(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆的利用厚度；frpt是抹灰和装饰砂浆的年碳化比例；ΔCrt是抹灰和装饰砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrp是砂浆用于抹灰和装饰的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第六碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算维修与护理砂浆水泥使用阶段的 碳固定量，
drm=Km×t]]>   (公式28)
frmt＝(drmt-drm(t-1))/dTrm×100％   (公式29)
ΔCrmt＝Wm×rrr×frmt×CaO×γ×Mr(公式30)
其中，drm是维修与护理砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drmt和drm(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrm是维修与护理砂浆的利用厚度；frmt是维修与护理砂浆的年碳化比例；ΔCrmt是维修与护理砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrr是砂浆用于维修与护理的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。

10.  根据权利要求7所述的水泥材料碳固定核算装置，其特征在于，所述装置还包括：
生产阶段水泥窑灰的碳固定量计算模块，用于计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量：
利用以下公式计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量，
Cckd＝Wm×rckd×f×CaO×γ×Mr   (公式31)
其中，Cckd是水泥窑灰的年碳化量；Wm是水泥熟料产量；rckd是水泥生产过程中产生水泥窑灰的比例；f为从水泥生产炉窑回收的水泥窑灰放置在垃圾填埋场的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
建筑损失碳固定量计算模块，用于所述水泥材料数据库，计算水泥生命周期内建筑损失的碳固定量；
利用以下方法计算建筑损失的碳固定量，
Closs＝Wm×rloss×f×CaO×γ×Mr   (公式32)
其中，Closs是建筑损失水泥的碳化量；Wm是建设使用过程中水泥使用量；rloss是建筑建设过程中水泥损失的比例；f为损失水泥的类型比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
所述碳固定量汇总模块包括：
碳固定量汇总单元，用于对混凝土水泥、砂浆水泥、水泥窑灰和建筑损失的水泥 的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。

说明书一种水泥材料碳固定核算方法及装置
技术领域
本发明涉及建筑材料制造与核算技术领域，特别是指一种水泥材料碳固定核算方法及装置。
背景技术
近年来，随着环境污染问题的加重，温室效应和温室气体的排放越来越受到重视，水泥生产焙烧反应碳排放一直是主要人为碳排放源之一，但是水泥材料使用过程中的碳汇功能一直被忽视，无法全面准确的对水泥材料的碳固定进行核算。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种水泥材料碳固定核算方法及装置，能够全面准确的量化核算水泥材料的碳固定。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种水泥材料碳固定核算方法，所述方法包括：
获取水泥材料的利用数据及碳化因子数据，建立水泥材料数据库；
按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，得到混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰；
利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，所述生命周期包括生产阶段、使用阶段、拆除阶段、和回收与再利用阶段；
对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
优选的，所述水泥材料的利用数据及碳化因子数据包括：水泥利用类别及比例、混凝土强度等级、典型混凝土的水泥含量、混凝土暴露面积估计、混凝土暴露条件评价、混凝土碳化速率估计、建筑使用寿命估计、建筑拆除时间、废弃混凝土处理和回收利用时间和废弃混凝土颗粒粒径。
优选的，所述利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算混凝土水泥使用阶段、拆除阶段、和回收与再利用阶段的碳固定量：
利用以下公式计算混凝土水泥使用阶段的碳固定量，
di=ki×tl]]>公式1
ki＝βcssc×βad×βco2×βcc    公式2
Vi＝di×Ai    公式3
Wl=Σi=1nVi×ci]]>公式4
Cltl=Wl×CaO×γ×Mr]]>公式5
ΔCltl=ΣCltl-ΣCl(tl-1)]]>公式6
其中，di为碳化深度；ki为碳化系数，并与抗压强度和暴露环境(βcssc)，水泥添加配料(βad)，CO2浓度(βco2)和涂层覆盖(βcc)有关；tl为建筑使用寿命；Ai为表面积；Vi为碳化混凝土体积；Wl为水泥质量；ci是不同等级强度下混凝土所含有的水泥量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比，即摩尔含量，为0.214；是t年的累积碳化量；是t年的年碳化量。
利用以下公式计算混凝土水泥拆除阶段的碳固定量，
D0i=2ddi=2kdi×td]]>公式7
Fdi=100%-&Integral;abπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a&GreaterEqual;D0i)100%-&Integral;D0bπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a<D0i<b)100%(b&GreaterEqual;D0i)]]>公式8
fdtd=(Σi=1n(Wci-Wli)×Fdi)/Wc]]>公式9
Wd=(Wc-Wl)×fdtd]]>公式10
Cdtd=Wd×CaO×γ×Mr]]>公式11
其中，D0i是完全碳化的最大颗粒直径；ddi是碳化深度；kdi是暴露环境下的碳化系数；td是拆除阶段的平均时间；Fdi是废弃混凝土碎石在拆毁，破碎和堆积阶段的碳化比例；D是拆毁破碎颗粒的直径；a是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最小直径；b是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最大直径；Wci为在i强度下建筑阶段的混凝土消耗量；Wli为在i强度下建筑使用阶段碳化量；Wc为建筑阶段混凝土总的消耗量；Wl为使用寿命期碳化混凝土总量；Wd为拆除阶段碳化混凝土总的质量；是混凝土在拆除阶段的平均碳化比例；为拆除阶段混凝土碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算混凝土水泥回收与再利用阶段的碳固定量，
dti=Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式12
Dti=2dti=2Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式13
Fsi=100%-&Integral;abπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a&GreaterEqual;Dti)100%-&Integral;D1bπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a<Dti<b)100%-Fdi(b&GreaterEqual;Dti)]]>公式14
Csts=Σ1n(Wci-Wli-Wdi)×Fsi×CaO×γ×Mr]]>公式15
其中，dti是混凝土在拆除阶段结束后的碳化深度；Ksi是拆除阶段碳化速率系数；tsi是拆除阶段碳化深度dc所用时间；tdi是处理和再利用阶段碳化深度dc所用时间；Δti是暴露空气环境和埋藏环境下相同碳化深度的滞后时间；Dti是混凝土水泥在处理与再利用阶段完全碳化的颗粒粒径；Wci是在建筑使用寿命结束后强度 等级为i下的未碳化水泥质量；Fsi是强度等级为i的混凝土水泥在处理和再利用阶段碳化比例；是混凝土在拆除阶段的碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算砂浆水泥使用阶段的碳固定量，所述砂浆水泥包括：砌筑砂浆水泥、抹灰与装饰砂浆水泥和维修与护理砂浆水泥；
利用以下公式分别计算砌筑砂浆水泥使用阶段的碳固定量：
砌筑砂浆包括具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆，不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆以及具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆；
具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmb=0(t≤tr)2(Km×t-dTrp)(t&GreaterEqual;tr)]]>(公式16)
fmbt=0(t≤tr)(dmbt-dmb(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)100%-(dmbtsl-2dTrp)/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式17)
ΔCmbt＝Wm×rrm×rb×fmbt×CaO×γ×Mr    (公式18)
其中，dmb是具有两面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmbt是用于具有两面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmbt和dmb(t-1)分别是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙厚度；是具有两面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰 砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmbt是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rb是用于两面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。(rrp+rrr+rrm＝1)
具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmo=Km×t(t≤tr)Km×t+(Km×t-dTrp)(tr≤t≤tsl)]]>(公式19)
fmot=(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(t≤tr)(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)100%-(2dmotsl-dT)/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式20)
ΔCmot＝Wm×rrm×ro×fmot×CaO×γ×Mr   (公式21)
其中，dmo是具有一面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmot是用于具有一面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmot和dmo(t-1)分别是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是具有一面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmot是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；ro是用于一面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmn=2Km×t]]>(公式22)
fmnt=2(dmnt-dmn(t-1))/dw×100%(t≤tsl)100%-2dmntsl/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式23)
ΔCmnt＝Wm×rrm×rn×fmnt×CaO×γ×Mr  (公式24)
其中，dmn是不具有抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；fmnt是用于不具有抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmnt和dmn(t-1)分别是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是不具有抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；ΔCmnt是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rn是用于不具有抹灰装饰的砂浆比例(rn+ro+rb＝100％)；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算抹灰与装饰砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drm=Km×t]]>(公式25)
frpt＝(drpt-drp(t-1))/dTrp×100％    (公式26)
ΔCrt＝Wm×rrp×frpt×CaO×γ×Mr    (公式27)
其中，drp是抹灰和装饰砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drpt和drp(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆的利用厚度；frpt是抹灰和装饰砂浆的年碳化比例；ΔCrt是抹灰和装饰砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrp是砂浆用于抹灰和装饰的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算维修与护理砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drm=Km×t]]>(公式28)
frmt＝(drmt-drm(t-1))/dTrm×100％    (公式29)
ΔCrmt＝Wm×rrr×frmt×CaO×γ×Mr    (公式30)
其中，drm是维修与护理砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drmt和drm(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrm是维修与护理砂浆的利用厚度；frmt是维修与护理砂浆的年碳化比例；ΔCrmt是维修与护理砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrr是砂浆用于维修与护理的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算生产阶段水泥窑灰的碳固定量：
利用以下公式计算生产阶段水泥窑灰的碳固定量，
Cckd＝Wm×rckd×f×CaO×γ×Mr    (公式31)
其中，Cckd是水泥窑灰的年碳化量；Wm是水泥熟料产量；rckd是水泥生产过程中产生水泥窑灰的比例；f为从水泥生产炉窑回收的水泥窑灰放置在垃圾填埋场的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述方法还包括：
利用所述水泥材料数据库，所述水泥材料数据库，计算水泥生命周期内建筑损失的碳固定量；
利用以下方法计算建筑损失的碳固定量，
Closs＝Wm×rloss×f×CaO×γ×Mr    (公式32)
其中，Closs是建筑损失水泥的碳化量；Wm是建设使用过程中水泥使用量； rloss是建筑建设过程中水泥损失的比例；f为损失水泥的类型比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
所述对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量，包括：
对混凝土水泥、砂浆水泥、水泥窑灰和建筑损失的水泥的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
本发明还提供一种水泥材料碳固定核算装置，所述装置包括：
数据库建立模块，用于获取水泥材料的利用数据及碳化因子数据，建立水泥材料数据库；
水泥材料划分模块，用于按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，得到混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰；
碳固定量计算模块，用于利用所述水泥材料数据库，分别计算生命周期内混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量，所述生命周期包括生产阶段、使用阶段、拆除阶段、和回收与再利用阶段；
碳固定量汇总模块，用于对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
优选的，所述碳固定量计算模块包括：
混凝土碳固定量计算单元，用于计算混凝土水泥使用阶段、拆除阶段和回收与再利用阶段的碳固定量；
所述混凝土碳固定量计算单元包括：
第一碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥使用阶段的碳固定量，
di=ki×tl]]>公式1
ki＝βcssc×βad×βco2×βcc    公式2
Vi＝di×Ai    公式3
Wl=Σi=1nVi×ci]]>公式4
Cltl=Wl×CaO×γ×Mr]]>公式5
ΔCltl=ΣCltl-ΣCl(tl-1)]]>公式6
其中，di为碳化深度；ki为碳化系数，并与抗压强度和暴露环境(βcssc)，水泥添加配料(βad)，CO2浓度(βco2)和涂层覆盖(βcc)有关；tl为建筑使用寿命；Ai为表面积；Vi为碳化混凝土体积；Wl为水泥质量；ci是不同等级强度下混凝土所含有的水泥量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比，即摩尔含量，为0.214；是t年的累积碳化量；是t年的年碳化量。
第二碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥拆除阶段的碳固定量，
D0i=2ddi=2kdi×td]]>公式7
Fdi=100%-&Integral;abπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a&GreaterEqual;D0i)100%-&Integral;D0bπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a<D0i<b)100%(b&GreaterEqual;D0i)]]>公式8
fdtd=(Σi=1n(Wci-Wli)×Fdi)/Wc]]>公式9
Wd=(Wc-Wl)×fdtd]]>公式10
Cdtd=Wd×CaO×γ×Mr]]>公式11
其中，D0i是完全碳化的最大颗粒直径；ddi是碳化深度；kdi是暴露环境下的碳化系数；td是拆除阶段的平均时间；Fdi是废弃混凝土碎石在拆毁，破碎和堆积阶段的碳化比例；D是拆毁破碎颗粒的直径；a是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最小直径；b是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最大直径；Wci为在i 强度下建筑阶段的混凝土消耗量；Wli为在i强度下建筑使用阶段碳化量；Wc为建筑阶段混凝土总的消耗量；Wl为使用寿命期碳化混凝土总量；Wd为拆除阶段碳化混凝土总的质量；是混凝土在拆除阶段的平均碳化比例；为拆除阶段混凝土碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第三碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥回收与再利用阶段的碳固定量，
dti=Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式12
dti=Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式13
Fsi=100%-&Integral;abπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a&GreaterEqual;Dti)100%-&Integral;D1bπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a<Dti<b)100%-Fdi(b&GreaterEqual;Dti)]]>公式14
Csts=Σ1n(Wci-Wli-Wdi)×Fsi×CaO×γ×Mr]]>公式15
其中，dti是混凝土在拆除阶段结束后的碳化深度；Ksi是拆除阶段碳化速率系数；tsi是拆除阶段碳化深度dc所用时间；tdi是处理和再利用阶段碳化深度dc所用时间；Δti是暴露空气环境和埋藏环境下相同碳化深度的滞后时间；Dti是混凝土水泥在处理与再利用阶段完全碳化的颗粒粒径；Wci是在建筑使用寿命结束后强度等级为i下的未碳化水泥质量；Fsi是强度等级为i的混凝土水泥在处理和再利用阶段碳化比例；是混凝土在拆除阶段的碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述碳固定量计算模块包括：
砂浆水泥碳固定量计算单元，用于计算砂浆水泥使用阶段的碳固定量，所述砂浆水泥包括：砌筑砂浆水泥、抹灰与装饰砂浆水泥和维修与护理砂浆水泥；
所述砂浆水泥碳固定量计算单元包括：
第四碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算砌筑砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmb=0(t≤tr)2(Km×t-dTrp)(t&GreaterEqual;tr)]]>(公式16)
fmbt=0(t≤tr)(dmbt-dmb(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)100%-(dmbtsl-2dTrp)/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式17)
ΔCmbt＝Wm×rrm×rb×fmbt×CaO×γ×Mr    (公式18)
其中，dmb是具有两面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmbt是用于具有两面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmbt和dmb(t-1)分别是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙厚度；是具有两面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmbt是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rb是用于两面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。(rrp+rrr+rrm＝1)
具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmo=Km×t(t≤tr)Km×t+(Km×t-dTrp)(tr≤t≤tsl)]]>(公式19)
fmot=(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(t≤tr)(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)100%-(2dmotsl-dT)/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式20)
ΔCmot＝Wm×rrm×ro×fmot×CaO×γ×Mr    (公式21)
其中，dmo是具有一面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmot是用于具有一面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmot和dmo(t-1)分别是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是具有一面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmot是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；ro是用于一面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmn=2Km×t]]>(公式22)
fmnt=2(dmnt-dmn(t-1))/dw×100%(t≤tsl)100%-2dmntsl/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式23)
ΔCmnt＝Wm×rrm×rn×fmnt×CaO×γ×Mr  (公式24)
其中，dmn是不具有抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；fmnt是用于不具有抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmnt和dmn(t-1)分别是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是不具有抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；ΔCmnt是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rn是用于不具有抹灰装饰的砂浆比例(rn+ro+rb＝100％)；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第五碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算抹灰与装饰砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drp=Km×t]]>(公式25)
frpt＝(drpt-drp(t-1))/dTrp×100％    (公式26)
ΔCrt＝Wm×rrp×frpt×CaO×γ×Mr    (公式27)
其中，drp是抹灰和装饰砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drpt和drp(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆的利用厚度；frpt是抹灰和装饰砂浆的年碳化比例；ΔCrt是抹灰和装饰砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrp是砂浆用于抹灰和装饰的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第六碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算维修与护理砂浆水泥使
用阶段的碳固定量，
drm=Km×t]]>(公式28)
frmt＝(drmt-drm(t-1))/dTrm×100％    (公式29)
ΔCrmt＝Wm×rrr×frmt×CaO×γ×Mr    (公式30)
其中，drm是维修与护理砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drmt和drm(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrm是维修与护理砂浆的利用厚度；frmt是维修与护理砂浆的年碳化比例；ΔCrmt是维修与护理砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrr是砂浆用于维修与护理的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述装置还包括：
生产阶段水泥窑灰的碳固定量计算模块，用于计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量：
利用以下公式计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量，
Cckd＝Wm×rckd×f×CaO×γ×Mr    (公式31)
其中，Cckd是水泥窑灰的年碳化量，一年内会完全碳化；Wm是水泥熟料产量；rckd是水泥生产过程中产生水泥窑灰的比例，一般为熟料生产的4.1-10％；f为从水泥生产炉窑回收的水泥窑灰放置在垃圾填埋场的比例，一般取值为80％；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
建筑损失碳固定量计算模块，用于所述水泥材料数据库，计算水泥生命周期内建筑损失的碳固定量；
利用以下方法计算建筑损失的碳固定量，
Closs＝Wm×rloss×f×CaO×γ×Mr    (公式32)
其中，Closs是建筑损失水泥的碳化量；Wm是建设使用过程中水泥使用量；rloss是建筑建设过程中水泥损失的比例，；f为损失水泥的类型比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
所述碳固定量汇总模块包括：
碳固定量汇总单元，用于对混凝土水泥、砂浆水泥、水泥窑灰和建筑损失的水泥的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，通过建立水泥材料数据库，按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，分别计算生命周期内混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量，能够全面准确的计算不同水泥材料在不同阶段的碳固定量，对全球碳失汇研究具有重要意义，为我国应对气候变化谈判提供了依据。
附图说明
图1为本发明实施例的水泥材料碳固定核算方法流程图；
图2为本发明实施例的水泥材料碳固定核算方法碳固定核算图；
图3为本发明实施例的水泥材料碳固定核算装置结构框图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明的实施例水泥材料碳固定核算方法，所述方法包括：
步骤101：获取水泥材料的利用数据及碳化因子数据，建立水泥材料数据库。
步骤102：按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，得到混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰。
步骤103：利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，所述生命周期包括生产阶段、使用阶段、拆除阶段和回收与再利用阶段。
其中，可以利用土木工程领域的碳化深度，结合暴露面积能精确计算建筑使用阶段水泥材料的碳固定；通过菲克第二定律变形公式，根据暴露条件、暴露时间和不同等级粒径能精确评估建筑拆除阶段和回收与再利用阶段的碳固定。
步骤104：对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
优选的，所述水泥材料的利用数据及碳化因子数据包括：水泥利用类别及比例、混凝土强度等级、典型混凝土的水泥含量、混凝土暴露面积估计、混凝土暴露条件评价、混凝土碳化速率估计、建筑使用寿命估计、建筑拆除时间、 废弃混凝土处理和回收利用时间和废弃混凝土颗粒粒径。
优选的，所述利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算混凝土水泥使用阶段、拆除阶段和回收与再利用阶段的碳固定量：
利用以下公式计算混凝土水泥使用阶段的碳固定量，
di=ki×tl]]>公式1
ki＝βcssc×βad×βco2×βcc    公式2
Vi＝di×Ai    公式3
Wl=Σi=1nVi×ci]]>公式4
Cltl=Wl×CaO×γ×Mr]]>公式5
ΔCltl=ΣCltl-ΣCl(tl-1)]]>公式6
其中，di为碳化深度；ki为碳化系数，并与抗压强度和暴露环境(βcssc)，水泥添加配料(βad)，CO2浓度(βco2)和涂层覆盖(βcc)有关；tl为建筑使用寿命；Ai为表面积；Vi为碳化混凝土体积；Wl为水泥质量；ci是不同等级强度下混凝土所含有的水泥量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比，即摩尔含量，为0.214；是t年的累积碳化量；是t年的年碳化量。
混凝土在建筑拆除阶段的碳化估计是通过简化颗粒形状为球体，来计算拆毁破碎时期的碳化比例(Fdi)。根据菲克第二定律变形公式，可以利用以下公式计算混凝土水泥拆除阶段不同颗粒粒径在某种暴露时间和暴露环境下的碳固定量，
D0i=2ddi=2kdi×td]]>公式7
100%-&Integral;abπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a&GreaterEqual;D0i)]]>
Fdi=100%-&Integral;D0bπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a<D0i<b)100%(b≤D0i)]]>公式8
fdtd=(Σi=1n(Wci-Wli)×Fdi)/Wc]]>公式9
Wd=(Wc-Wl)×fdtd]]>公式10
Cdtd=Wd×CaO×γ×Mr]]>公式11
其中，D0i是完全碳化的最大颗粒直径；ddi是碳化深度；kdi是暴露环境下的碳化系数；td是拆除阶段的平均时间；Fdi是废弃混凝土碎石在拆毁，破碎和堆积阶段的碳化比例；D是拆毁破碎颗粒的直径；a是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最小直径；b是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最大直径；Wci为在i强度下建筑阶段的混凝土消耗量；Wli为在i强度下建筑使用阶段碳化量；Wo为建筑阶段混凝土总的消耗量；Wl为使用寿命期碳化混凝土总量；Wd为拆除阶段碳化混凝土总的质量；是混凝土在拆除阶段的平均碳化比例；为拆除阶段混凝土碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
没有碳化的混凝土在回收与再利用阶段会继续固定CO2，因为拆除阶段碳化层的存在以及回收与再次利用阶段的埋藏条件，所以废弃混凝土处理和再次利用阶段的碳化速率会很低而且不断下降。此阶段的碳化速率如果采用拆除阶段的碳花速率，其碳化深度会出现时间滞后现象。利用以下公式计算混凝土水泥回收与再利用阶段的碳固定量，
dti=Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式12
Dti=2dti=2Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式13
100%-&Integral;abπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a&GreaterEqual;Dti)]]>
Fsi=100%-&Integral;D1bπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a<Dti<b)100%-Fdi(b&GreaterEqual;Dti)]]>公式14
Csts=Σ1n(Wci-Wli-Wdi)×Fsi×CaO×γ×Mr]]>公式15
其中，dti是混凝土在拆除阶段结束后的碳化深度；Ksi是拆除阶段碳化速率系数；tsi是拆除阶段碳化深度dc所用时间；tdi是处理和再利用阶段碳化深度dc所用时间；Δti是暴露空气环境和埋藏环境下相同碳化深度的滞后时间；Dti是混凝土水泥在处理与再利用阶段完全碳化的颗粒粒径；Wci是在建筑使用寿命结束后强度等级为i下的未碳化水泥质量；Fsi是强度等级为i的混凝土水泥在处理和再利用阶段碳化比例；是混凝土在拆除阶段的碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算砂浆水泥使用阶段的碳固定量，所述砂浆水泥包括：砌筑砂浆水泥、抹灰与装饰砂浆水泥和维修与护理砂浆水泥；
利用以下公式分别计算砌筑砂浆水泥使用阶段的碳固定量：
砌筑砂浆包括具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆，不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆以及具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆；
利用以下公式计算具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
dmb=0(t≤tr)2(Km×t-dTrp)(t&GreaterEqual;tr)]]>(公式16)
fmbt=0(t≤tr)(dmbt-dmb(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)]]>(公式17)
100%-(dmbtsl-2dTrp)/dw×100%(t=tsl+1)]]>
ΔCmbt＝Wm×rrm×rb×fmbt×CaO×γ×Mr    (公式18)
其中，dmb是具有两面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmbt是用于具有两面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmbt和dmb(t-1)分别是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙厚度；是具有两面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmbt是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rb是用于两面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。(rrp+rrr+rrm＝1)
具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmo=Km×t(t≤tr)Km×t+(Km×t-dTrp)(tr≤t≤tsl)]]>(公式19)
fmot=(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(t≤tr)(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)100%-(2dmotsl-dT)/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式20)
ΔCmot＝Wm×rrm×ro×fmot×CaO×γ×Mr   (公式21)
其中，dmo是具有一面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的 时间；fmot是用于具有一面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmot和dmo(t-1)分别是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是具有一面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmot是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；ro是用于一面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmn=2Km×t]]>(公式22)
fmnt=2(dmnt-dmn(t-1))/dw×100%(t≤tsl)100%-2dmntsl/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式23)
ΔCmnt＝Wm×rrm×rn×fmnt×CaO×γ×Mr  (公式24)
其中，dmn是不具有抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；fmnt是用于不具有抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmnt和dmn(t-1)分别是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是不具有抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；ΔCmnt是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rn是用于不具有抹灰装饰的砂浆比例(rn+ro+rb＝100％)；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算抹灰与装饰砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drp=Km×t]]>(公式25)
frpt＝(drpt-drp(t-1))/dTrp×100％    (公式26)
ΔCrt＝Wm×rrp×frpt×CaO×γ×Mr    (公式27)
其中，drp是抹灰和装饰砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drpt和drp(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆的利用厚度；frpt是抹灰和装饰砂浆的年碳化比例；ΔCrt是抹灰和装饰砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrp是砂浆用于抹灰和装饰的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
利用以下公式计算维修与护理砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drm=Km×t]]>(公式28)
frmt＝(drmt-drm(t-1))/dTrm×100％    (公式29)
ΔCrmt＝Wm×rrr×frmt×CaO×γ×Mr    (公式30)
其中，drm是维修与护理砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drmt和drm(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrm是维修与护理砂浆的利用厚度；frmt是维修与护理砂浆的年碳化比例；ΔCrmt是维修与护理砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrr是砂浆用于维修与护理的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，包括：
计算生产阶段水泥窑灰的碳固定量：
利用以下公式计算生产阶段水泥窑灰的碳固定量，
Cckd＝Wm×rckd×f×CaO×γ×Mr    (公式31)
其中，Cckd是水泥窑灰的年碳化量，一年内会完全碳化；Wm是水泥熟料产 量；rckd是水泥生产过程中产生水泥窑灰的比例，一般为熟料生产的4.1-10％；f为从水泥生产炉窑回收的水泥窑灰放置在垃圾填埋场的比例，一般取值为80％；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。废弃物中水泥窑灰碳化的总程度是相当可观的，大部分发生在反应的前2天。
优选的，所述方法还包括：
利用所述水泥材料数据库，计算水泥生命周期内建筑损失的碳固定量；
利用以下方法计算建筑损失的碳固定量，
Closs＝Wm×rloss×f×CaO×γ×Mr    (公式32)
其中，Closs是建筑损失水泥的碳化量；Wm是建设使用过程中水泥使用量；rloss是建筑建设过程中水泥损失的比例，一般为水泥消耗量的1-3％；f为损失水泥的类型比例，一般混凝土损失占45％，需5年完成碳化，砂浆损失占55％，一年内完全碳化；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
所述对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量，包括：
对混凝土水泥、砂浆水泥、水泥窑灰和建筑损失的水泥碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
如图2所示，本发明实施例的水泥材料碳固定核算方法碳固定核算图，对水泥使用和废物处理的主要类别的碳汇即碳固定进行评估，首先将水泥材料分为砂浆水泥、混凝土水泥、水泥窑灰和建设阶段损失的水泥即建筑损失的水泥，分别对砂浆水泥、混凝土水泥、水泥窑灰和建设阶段损失的水泥进行碳固定量计算，针对砂浆水泥分别计算砌筑砂浆水泥、抹灰与装饰砂浆水泥和维修与护理砂浆水泥的碳固定量，针对混凝土水泥，分别计算混凝土水泥使用阶段、拆除阶段、和回收与再利用阶段的碳固定量，计算水泥窑灰填埋和回收再利用的碳固定量，计算建筑阶段损失的水泥进行填埋的碳固定量，水泥材料的回收和废弃形式包括回收用于混凝土骨料、回收用于路基和工程回填料、露天堆放和 填埋，计算回收和废弃的水泥材料的碳固定量，对计算得到的碳固定量进行汇总即水泥碳汇量核算，得到总的水泥材料碳固定量。
本发明实施例的水泥材料碳固定核算方法，通过建立水泥材料数据库，按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，能够全面准确的计算不同水泥材料在不同阶段的碳固定量，对全球碳失汇研究具有重要意义，为我国应对气候变化谈判提供了依据。
如图3所示本发明实施例的一种水泥材料碳固定核算装置，所述装置包括：
数据库建立模块301，用于获取水泥材料的利用数据及碳化因子数据，建立水泥材料数据库；
水泥材料划分模块302，用于按照水泥材料的用途类型对水泥材料进行划分，得到混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰；
碳固定量计算模块303，用于利用所述水泥材料数据库，分别计算混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰生命周期内的碳固定量，所述生命周期包括生产阶段、使用阶段、拆除阶段和回收与再利用阶段；
碳固定量汇总模块304，用于对混凝土水泥、砂浆水泥和水泥窑灰的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
优选的，所述碳固定量计算模块包括：
混凝土碳固定量计算单元，用于计算混凝土水泥使用阶段、拆除阶段、和回收与再利用阶段的碳固定量；
所述混凝土碳固定量计算单元包括：
第一碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥使用阶段的碳固定量，
di=ki×tl]]>公式1
ki＝βcssc×βad×βco2×βcc    公式2
Vi＝di×Ai    公式3
Wl=Σi=1nVi×ci]]>公式4
Cltl=Wl×CaO×γ×Mr]]>公式5
ΔCltl=ΣCltl-ΣCl(tl-1)]]>公式6
其中，di为碳化深度；ki为碳化系数，并与抗压强度和暴露环境(βcssc)，水泥添加配料(βad)，CO2浓度(βco2)和涂层覆盖(βcc)有关；tl为建筑使用寿命；Ai为表面积；Vi为碳化混凝土体积；Wl为水泥质量；ci是不同等级强度下混凝土所含有的水泥量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比，即摩尔含量，为0.214；是t年的累积碳化量；是t年的年碳化量。
第二碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥拆除阶段的碳固定量，
D0i=2ddi=2kdi×td]]>公式7
Fdi=100%-&Integral;abπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a&GreaterEqual;D0i)100%-&Integral;D0bπ6(D-D0i)3/&Integral;abπ6D3*100%(a<D0i<b)100%(b&GreaterEqual;D0i)]]>公式8
fdtd=(Σi=1n(Wci-Wli)×Fdi)/Wc]]>公式9
Wd=(Wc-Wl)×fdtd]]>公式10
Cdtd=Wd×CaO×γ×Mr]]>公式11
其中，D0i是完全碳化的最大颗粒直径；ddi是碳化深度；kdi是暴露环境下的碳化系数；td是拆除阶段的平均时间；Fdi是废弃混凝土碎石在拆毁，破碎和 堆积阶段的碳化比例；D是拆毁破碎颗粒的直径；a是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最小直径；b是破碎混凝土颗粒在给定范围内的最大直径；Wci为在i强度下建筑阶段的混凝土消耗量；Wli为在i强度下建筑使用阶段碳化量；Wc为建筑阶段混凝土总的消耗量；Wl为使用寿命期碳化混凝土总量；Wd为拆除阶段碳化混凝土总的质量；是混凝土在拆除阶段的平均碳化比例；为拆除阶段混凝土碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第三碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算混凝土水泥回收与再利用阶段的碳固定量，
dti=Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式12
Dti=2dti=2Ksi×tsi+tdi+Δti]]>公式13
Fsi=100%-&Integral;abπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a&GreaterEqual;Dti)100%-&Integral;D1bπ6(D-Dti)3/&Integral;abπ6D3*100%-Fdi(a<Dti<b)100%-Fdi(b&GreaterEqual;Dti)]]>公式14
Csts=Σ1n(Wci-Wli-Wdi)×Fsi×CaO×γ×Mr]]>公式15
其中，dti是混凝土在拆除阶段结束后的碳化深度；Ksi是拆除阶段碳化速率系数；tsi是拆除阶段碳化深度dc所用时间；tdi是处理和再利用阶段碳化深度dc所用时间；Δti是暴露空气环境和埋藏环境下相同碳化深度的滞后时间；Dti是混凝土水泥在处理与再利用阶段完全碳化的颗粒粒径；Wci是在建筑使用寿命结束后强度 等级为i下的未碳化水泥质量；Fsi是强度等级为i的混凝土水泥在处理和再利用阶段碳化比例；是混凝土在拆除阶段的碳化量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述碳固定量计算模块包括：
砂浆水泥碳固定量计算单元，用于计算砂浆水泥使用阶段的碳固定量，所述砂浆水泥包括：砌筑砂浆水泥、抹灰与装饰砂浆水泥和维修与护理砂浆水泥；
所述砂浆水泥碳固定量计算单元包括：
第四碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算砌筑砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
具有两面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmb=0(t≤tr)2(Km×t-dTrp)(t&GreaterEqual;tr)]]>(公式16)
fmbt=0(t≤tr)(dmbt-dmb(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)100%-(dmbtsl-2dTrp)/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式17)
ΔCmbt＝Wm×rrm×rb×fmbt×CaO×γ×Mr    (公式18)
其中，dmb是具有两面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmbt是用于具有两面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmbt和dmb(t-1)分别是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙厚度；是具有两面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmbt是具有两面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rb是用于两面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。(rrp+rrr+rrm＝1)
具有一面抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmo=Km×t(t≤tr)Km×t+(Km×t-dTrp)(tr≤t≤tsl)]]>(公式19)
fmot=(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(t≤tr)(dmot-dmo(t-1))/dw×100%(tr≤t≤tsl)100%-(2dmotsl-dT)/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式20)
ΔCmot＝Wm×rrm×ro×fmot×CaO×γ×Mr   (公式21)
其中，dmo是具有一面抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；tr是抹灰和装饰砂浆dTrp厚度完全碳化所需的时间；fmot是用于具有一面抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmot和dmo(t-1)分别是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是具有一面抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆在砌筑墙体上的厚度；ΔCmot是具有一面抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rrm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；ro是用于一面抹灰和装饰的砂浆比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
不具有抹灰和装饰的砌筑砂浆的碳化计算公式如下：
dmn=2Km×t]]>(公式22)
fmnt=2(dmnt-dmn(t-1))/dw×100%(t≤tsl)100%-2dmntsl/dw×100%(t=tsl+1)]]>(公式23)
ΔCmnt＝Wm×rrm×rn×fmnt×CaO×γ×Mr   (公式24)
其中，dmn是不具有抹灰的砌筑砂浆的碳化深度；Km是砂浆碳化速率；t是建筑后砌筑砂浆的暴露时间；fmnt是用于不具有抹灰的砌筑砂浆的年碳化比例；dmnt和dmn(t-1)分别是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年和t-1年的碳化深度；dw是砌筑砂浆墙的厚度；是不具有抹灰的砌筑砂浆在服务期(tsl)的碳化深度；ΔCmnt是不具有抹灰的砌筑砂浆在t年内的年碳化量；Wm是水泥用于砂浆的量；rm是用于抹灰和装饰砂浆的比例；rn是用于不具有抹灰装饰的砂浆比例(rn+ro+rb＝100％)；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第五碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算抹灰与装饰砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drp=Km×t]]>(公式25)
frpt＝(drpt-drp(t-1))/dTrp×100％    (公式26)
ΔCrt＝Wm×rrp×frpt×CaO×γ×Mr    (公式27)
其中，drp是抹灰和装饰砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drpt和drp(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrp是抹灰和装饰砂浆的利用厚度；frpt是抹灰和装饰砂浆的年碳化比例；ΔCrt是抹灰和装饰砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrp是砂浆用于抹灰和装饰的比例；CaO是水泥中CaO 的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
第六碳固定量计算子单元，用于利用以下公式计算维修与护理砂浆水泥使用阶段的碳固定量，
drm=Km×t]]>(公式28)
frmt＝(drmt-drm(t-1))/dTrm×100％    (公式29)
ΔCrmt＝Wm×rrr×frmt×CaO×γ×Mr(公式30)
其中，drm是维修与护理砂浆的碳化深度；Km是砂浆的碳化系数；drmt和drm(t-1)分别是在t年和(t-1)年的碳化深度；dTrm是维修与护理砂浆的利用厚度；frmt是维修与护理砂浆的年碳化比例；ΔCrmt是维修与护理砂浆的年碳化量；Wm是用于砂浆的水泥量；rrr是砂浆用于维修与护理的比例；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
优选的，所述装置还包括：
生产阶段水泥窑灰的碳固定量计算模块，用于计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量：
利用以下公式计算水泥生产阶段水泥窑灰的碳固定量，
Cckd＝Wm×rckd×f×CaO×γ×Mr   (公式31)
其中，Cckd是水泥窑灰的年碳化量，一年内会完全碳化；Wm是水泥熟料产量；rckd是水泥生产过程中产生水泥窑灰的比例，一般为熟料生产的4.1-10％；f为从水泥生产炉窑回收的水泥窑灰放置在垃圾填埋场的比例，一般取值为80％；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
建筑损失碳固定量计算模块，用于利用所述水泥材料数据库，所述水泥材料数据库，计算水泥生命周期内建筑损失的碳固定量；
利用以下方法计算建筑损失的碳固定量，
Closs＝Wm×rloss×f×CaO×γ×Mr    (公式32)
其中，Closs是建筑损失水泥的碳化量；Wm是建设使用过程中水泥使用量；rloss是建筑建设过程中水泥损失的比例，一般为水泥消耗量的1-3％；f为损失水泥的类型比例，一般混凝土损失占45％，需5年完成碳化，砂浆损失占55％，一年内完全碳化；CaO是水泥中CaO的含量；γ是CaO在完全碳化水泥转换成CaCO3中的比例，通常取值为0.75到0.90；Mr是C元素与CaO的比例，即摩尔含量，为0.214。
所述碳固定量汇总模块包括：
碳固定量汇总单元，用于对混凝土水泥、砂浆水泥、水泥窑灰和建筑损失的水泥的碳固定量进行汇总，得到水泥材料的碳固定量。
需要说明的是：上述实施例提供的水泥材料碳固定核算装置在实现上述功能时，仅以上述功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的水泥材料碳固定核算装置与水泥材料碳固定核算方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本发明实施例的水泥材料碳固定核算核算及装置，按照水泥的消耗量，不同分类比例，碳化条件，暴露面积，能精确计算不同水泥材料在不同阶段的碳固定量，从而能精确计算水泥材料从生产到寿命结束的总的碳固定量。
实施例一：
基础数据的建立：2003年中国的水泥生产量为875011千吨，混凝土的比例为69.7％，砂浆的比例为28.8％，建筑损失比例为1.5％，以100年的生命周期尺度来评判，混凝土的建筑使用寿命约为35年，拆除阶段约0.4年，废弃物处置二次利用时间约为29.6年。在抗压强度≤15MPa，其暴露环境下的碳化系数为5mm/年，在石灰添加剂0-10％类型的碳化矫正系数为1.05，在城市CO2为625ppm的环境下的碳化矫正系数为1，在无涂层覆盖条件下碳化的矫正系数为1，每立方米水泥用量为411kg，此种环境下的房屋面积80000m2，即此种条件下的混凝土在建筑使用期的碳化量为：1.05×1×1××0.001×80000×411×0.65×0.75×0.214＝21308kg，其他条件下的混凝土在建筑使用期的碳化 量依此类推，并进行加合，经计算此部分的碳化比例为23.8％，即875011千吨×69.7％×23.8％＝145152千吨。混凝土在拆除阶段打碎为不同颗粒，在抗压强度≤15MPa，暴露环境下的碳化系数值为5，以0.4年完全碳化的直径为6.3mm为例，混凝土颗粒粒径＜5mm的碳化比例为100％，如果粒径为5-10mm带入公式8的前两个公式并以6.3mm为分段，其他条件下的碳化量依此类推，并进行加合，经计算此部分的碳化比例为16.6％，即875011千吨×69.7％×16.6％＝101423千吨。废物处置与利用阶段的碳化与拆除阶段较类似，不重复介绍，经计算，此阶段的碳化比例为25.7％，即875011千吨×69.7％×25.7％＝156740千吨。水泥砂浆用于抹灰和装饰的比例为51.12％，用于砌筑的比例为17.95％，用于维护和修理的比例为30.93％，用于抹灰和装饰的平均厚度为20mm，用于砌筑的厚度为10mm，用于维护和修理的厚度为25mm，按照9mm/年的碳化速率，经5年用于抹灰和装饰的砂浆会完全碳化，而维护和修理需要8年会完全碳化，而砌筑砂浆在有无抹灰装饰面的条件下在建筑使用期和拆毁阶段会完全碳化，即875011千吨×28.8％×100％0.65×0.75×0.214＝252003千吨。建筑过程中损失的水泥材料按照不同损失比例计算，在建筑阶段废弃水泥能够占据建筑项目总水泥消耗的1-3％。大约45％的损失水泥在混凝土废弃物，55％的损失水泥在砂浆废弃物。废弃的砂浆在第一年就认为完成了碳化而废弃的混凝土将会在5年内完成碳化，即875011千吨×1.5％×0.65×0.75×0.214＝1369千吨。水泥窑灰的生产率大概是熟料生产的4.1-10％。回收的水泥窑灰在使用阶段很难被碳化，因此我们不考虑它的碳固定。从水泥生产炉窑回收的水泥窑灰大约80％放置在垃圾填埋场，20％被回收。废弃物中水泥窑灰碳化大部分发生在反应的前2天，即875011千吨×7％×0.65×0.75×0.214＝6389千吨。将各个阶段加合计算得到2003年中国生产的水泥以100年的周期计算其碳固定量为145152+101423+156740+252003+1369+6389＝663076千吨。
实施例二：
采用类似方法计算建筑垃圾生产混凝土砌块的碳固定。基础数据的建立：2003年沈阳市建筑垃圾500万吨，利用建筑垃圾生产混凝土砌块的比例为10％，建筑垃圾在回收利用阶段的碳固定量采用公式12至公式15计算，建筑垃圾在拆除阶段存在不同颗粒，以抗压强度≤15MPa，暴露环境下的碳化系数值为 5，0.4年完全碳化的直径为6.3mm为例，混凝土颗粒粒径＜5mm的碳化比例为100％，如果粒径为5-10mm带入公式8的前两个公式并以6.3mm为分段，其他条件下的碳化量依此类推，并进行加合，经计算此部分的碳化比例为25.7％，即500万吨×10％×25.7％＝12.85万吨。利用建筑垃圾生产混凝土砌块在使用阶段的碳固定主要采用公式1至公式5计算，以混凝土砌块作为铺路为例，砌块在抗压强度≤15MPa，其潮湿环境下的碳化系数为2mm/年，在石灰添加剂0-10％类型的碳化矫正系数为1.05，在道路CO2为1200ppm的环境下的碳化矫正系数为1.39，在无涂层覆盖条件下碳化的矫正系数为1，每块混凝土砌块的水泥含量为50％，约为1.5kg，使用35年，利用建筑垃圾生产混凝土砌块10万块，则混凝土砌块在此种铺路使用条件下的碳化量为：2×1.05×1.39×1××1.5×0.65×0.75×0.214×10＝3690吨，其他用途的混凝土砌块的碳固定计算方法相同，并进行加和，因此则用于建筑垃圾生产混凝土砌块的碳固定为以上建筑垃圾处理与回用阶段的碳固定以及利用建筑垃圾生产混凝土砌块在使用阶段的碳固定两部分的总和。
采用此种计算方法，能估算不同国家，不同年份的水泥材料碳固定，对全球水泥材料碳汇量的核算具有重要意义。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。