泡沫混凝土的研究和发展

卜娜蕊 郭 崇 白润山 李章珍

(单位)

泡沫混凝土的研究和发展

卜娜蕊 郭 崇 白润山 李章珍

(单位)

泡沫混凝土以其独特的性能以及在建筑保温中的广泛应用，越来越受到人们的关注，并在各领域得到了广泛应用。本文综述了泡沫混凝土的性能及国内外有关研究和应用，总结了泡沫混凝土在国内外的应用进展以及目前研究存在的问题，并在此基础上评价和展望了泡沫混凝土的发展趋势。

泡沫混凝土；性能；应用进展；发展趋势

0 引言

泡沫混凝又名新型轻质混凝土，其工艺制造方法最早可追溯到欧洲，在1923年，世界上才出现了真正意义的泡沫混凝土，之后的几十年间，世界先进国家不断加对泡沫混凝土的研发，并取得了丰硕的科研成果，也为现在的泡沫混凝土研究和发展奠定了理论基础。泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统，采用机械方法把发泡剂溶液进行发泡，并把水泥砂浆等浆体和生成的泡沫再进行充分的搅拌混合，然后通过相应的泵送设备输送混凝土来现场浇筑或直接在预制生产厂模具成型，最后养护成富含大量气孔极具特色的新型材料。到目前，泡沫混凝土在世界各地处在快速发展阶段，尤其是作为非承重保温墙体来使用，得到了行业专家的好评与认可。

图1 泡沫混凝土的微观结构

图2 泡沫混凝土自重轻

图3 泡沫混凝土墙体的阻燃性

1 泡沫混凝土的特性

1.1 轻质性

泡沫混凝土和其它类型的混凝土相比，其密度较小，相当于一般种类混凝土的1/2 ～1/10，干表观密度通常是在200～1600 kg/m3。在土木工程施工中，为了减轻建筑物的自重，减少上部结构对地基基础的压力，使用这种混凝土能够实现建筑物的高层化。此外，使用泡沫混凝土还能有效减少建筑物梁、板等部位结构尺寸，从而节约材料和成本。

1.2 保温和隔热性能佳

由于大量的封闭气孔存在这种混凝土当中，就赋予其良好的热工性能，它的热阻约为普通混凝土的25倍左右，干导热系数一般在0.08～0.3w/(m·K)之间，而普通混凝土的干导热系数在1.5w/(m·K)左右，其保温效果要远远大于同等墙厚的一般材料，作为非承重保温墙体使用这种材料就可以减小墙体厚度，从而节省房屋使用空间。

1.3 隔音性能好

泡沫混凝土有优越的气孔结构，因此具备良好的隔音能力，能够明显减小噪音污染，从而改善居住生活环境，另外相比其他吸声类材料价格也更便宜，在一些特定的环境下完全可以作为吸声材料来使用。

1.4 调节室内湿度

随着室内环境温度的改变，该材料的含水率也会发生相应改变，这种特性可以很好地保持室内湿度的相对平衡，既不干燥也不至于潮湿，故而具备这种调节作用。

1.5 生产加工便捷效率高

泡沫混凝土不仅能现场施工，而且也可在预制工厂内生产成各种结构构件，直接现浇成地面、屋面和墙体，这样就大大地提高了施工效率。就生产工艺而言，泡沫混凝土砌块比加气混凝土砌块工序便捷，能耗低。现将传统的和泡沫混凝土的工艺流程作对比，列举如下：

传统工艺流程：

泡沫混凝土工艺流程：

从图中不难看出，两种工艺区别较大，传统工艺流程不仅繁琐而且耗时长，这就从根本上导致了两种砌块的生产周期存在一定的差距。泡沫混凝土工艺流程相对更加省时省工，标准生产化效率也更快。

1.6 其他特性

除上述的特性外，泡沫混凝土还具有低弹减震性好、节能环保无公害、防水性能优越、整体性能好、可泵性能好等优良特性。

2 泡沫混凝土的发展和应用

2.1 国外泡沫混凝土的发展和应用

泡沫混凝土在世界各地用途广泛，尤其在一些发达的国家，如美国、加拿大等国充分的利用了泡沫混凝土的这种优良性能，使其在土木工程中的使用范围不断扩大。具体来讲，可用作：

(1)用作挡土墙结构

泡沫混凝土在这个方向主要是用作港口的岸墙。可以用来作为回填类材料，不仅能降低对岸墙的侧向压力，而且也可降低竖向压力，从而减少了沉降量也降低了施工成本。此外，用泡沫混凝土来作为路堤边坡时，替代了边坡上的一部分土壤，这样就减轻了自重，同时也增进了结构的整体稳定性。

(2)用作夹芯构件

在预制混凝土构件时，采用泡沫混凝土作为其内芯构件，这样就赋予了构件具备轻质和优越的隔热性，一般是用密度为400～600kg/m3的泡沫混凝土。

(3)用作复合墙板

国外用这种材料来制成各式轻质板材，通常密度在600 kg/m3左右，在目前的框架结构施工中，用来作为薄钢板制成的复合墙板以及隔热填充墙等。

(4)其他方面

用作管线回填、屋面边坡、田径跑道、运动场、防火墙的绝缘填充、贫混凝土的填层以及供水和供电管线路的隔离等方面部位。

2.2 国内泡沫混凝土的发展和应用

近年来，我国的建筑节能进入快速的发展阶段，在国内各个城市和地区泡沫混凝土到处都有其踪迹，受到了行业相关人士的高度认可。具体来讲，国内的应用状况如下：

(1)制作特种砌块

该砌块具备良好的加工性能，省工省时。此外，通常使用的泡沫混凝土砌块，用作墙体的填充材料，能够更好的减轻结构自重。尤其在地基基础施工时，能降低桩的使用数量或者减小桩孔直径大小，大大地减少了施工成本，所以工程应用价值相当可观。

(2)用于工程回填

诸如建筑工程的补偿地基、废弃类矿洞的回填等，这是因为其自重较轻，能够有效防止地基失稳所造成的坍塌或滑移现象。在2008年北京奥运会举办前期，就用在了奥林匹克中心通道工程地下回填中，并表现出了优良效果。

(3)装配式建筑住宅

以房地产龙头企业万科为例，早在2006年，该企业就对泡沫混凝土进行系统化的研究，在住宅墙体及屋面结构部位进行大范围的推广使用。南航和中冶集团合作的装配式住宅结构就用了泡沫混凝土来取代传统的建材，并对未来的住宅提出了“免现浇全装配式”理念。

(4)其他方面

用作地铁隧道的减荷、回填灌浆、集成化住宅以及轻质隔墙板等等。

3 当前泡沫混凝土研究存在的缺陷

3.1 研究方面的缺陷

虽然国内诸多研究人员对其做了大量的试验和探讨，但是在微观结构与性能之间和微观孔结构方面研究涉及很少，相关的论文文献报道更是少之又少，以至于在现场施工缺乏理论指导。因此，今后要研究的一个重要方向就是要加强泡沫混凝土的性能和孔洞结构之间的相关联系，并建立相应的模型模块进行各种性能分析。当前，力学性能和热工功能是国内研究泡沫混凝土的重要方向，但是对于其压缩和渗透甚至耐久性能的研究却相对较少，只有把泡沫混凝土的各种性能都进行充分的定性定量分析剖解，这样才能更好的有助于推动其在工程领域的广泛应用。

3.2 工程应用中存在的缺陷

根据大量的调研工作，泡沫混凝土在施工现场的具体应用情况，普遍存在以下问题：

(1)强度偏低

主要是指泡沫混凝土的抗压强度相对其他种类的混凝土严重偏低。为了克服这一缺陷，许多生产厂商通常都会掺加大量等级较高水泥，这就导致了泡沫混凝土硬化后表面易出现不同程度的裂缝，严重影响其耐久性能。

(2)收缩率和吸水率较大

这是因为泡沫混凝土在生产过程中引来了过多的封闭气泡，导致收缩率偏大。内部具有多孔，会吸收大量的外来的水分导致吸水率大。

(3)对超轻泡沫混凝土缺乏研究

目前研究和应用广泛的主要都是针对密度为 300～1200kg/m3的泡沫混凝土，针对密度＜300kg/m3级别的泡沫混凝土的相关研究和文献较少。

4 结语和展望

总体来看，泡沫混凝土是新型混凝土技术研究的重要方向之一，虽然当下研究的深度在工程领域范围内尚处于发展阶段，但随着具体应用的不断扩展，市场前景是处于螺旋式上升的。“十一五规划”以来，国家提出了单位 GDP能耗要降低两成左右，官方也将节能环保领域作为扩大内需的重点投资方向，泡沫混凝土也因其具有多种优良的性能，得到行业相关人士的高度关注和认同。不过从现阶段的生产和应用来看，还存在着诸如上文所述的一些实际缺陷，只有大力加强对此的探讨与实践研究，才能实现泡沫混凝土更快更好的发展。

[1]高倩，王兆利.泡沫混凝土[J].青岛建筑工程学学报，2002，23（3）：113-115.

[2]王翠华.泡沫混凝土制备相关技术[D].南京：南京工业大学，2006.

[3]张磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状[J].混凝土，2005（8）：44-48.

[4]曹明莉，吕兴军.发泡剂及泡沫混凝土技术现状与展望（一）[J].建材技术与应用，2007（4）：7-8.

[5]青丽，康军.泡沫混凝土及在工程中的应用 [J].石油化工建设，2006，28（5）：27-29.

[6]尹冰，刘才林.动物蛋白类混凝土发泡剂的制备与发泡性能测试[J].新型建筑材料，2007（7）：8-10.

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