卜娜蕊 郭 崇 白潤(rùn)山 李章珍

(單位)

泡沫混凝土的研究和發(fā)展

卜娜蕊 郭 崇 白潤(rùn)山 李章珍

(單位)

泡沫混凝土以其獨(dú)特的性能以及在建筑保溫中的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，并在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文綜述了泡沫混凝土的性能及國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究和應(yīng)用，總結(jié)了泡沫混凝土在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用進(jìn)展以及目前研究存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)和展望了泡沫混凝土的發(fā)展趨勢(shì)。

泡沫混凝土；性能；應(yīng)用進(jìn)展；發(fā)展趨勢(shì)

0 引言

泡沫混凝又名新型輕質(zhì)混凝土，其工藝制造方法最早可追溯到歐洲，在1923年，世界上才出現(xiàn)了真正意義的泡沫混凝土，之后的幾十年間，世界先進(jìn)國(guó)家不斷加對(duì)泡沫混凝土的研發(fā)，并取得了豐碩的科研成果，也為現(xiàn)在的泡沫混凝土研究和發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。泡沫混凝土是通過(guò)發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)，采用機(jī)械方法把發(fā)泡劑溶液進(jìn)行發(fā)泡，并把水泥砂漿等漿體和生成的泡沫再進(jìn)行充分的攪拌混合，然后通過(guò)相應(yīng)的泵送設(shè)備輸送混凝土來(lái)現(xiàn)場(chǎng)澆筑或直接在預(yù)制生產(chǎn)廠模具成型，最后養(yǎng)護(hù)成富含大量氣孔極具特色的新型材料。到目前，泡沫混凝土在世界各地處在快速發(fā)展階段，尤其是作為非承重保溫墻體來(lái)使用，得到了行業(yè)專家的好評(píng)與認(rèn)可。

圖1 泡沫混凝土的微觀結(jié)構(gòu)

圖2 泡沫混凝土自重輕

圖3 泡沫混凝土墻體的阻燃性

1 泡沫混凝土的特性

1.1 輕質(zhì)性

泡沫混凝土和其它類型的混凝土相比，其密度較小，相當(dāng)于一般種類混凝土的1/2 ～1/10，干表觀密度通常是在200～1600 kg/m3。在土木工程施工中，為了減輕建筑物的自重，減少上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基基礎(chǔ)的壓力，使用這種混凝土能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物的高層化。此外，使用泡沫混凝土還能有效減少建筑物梁、板等部位結(jié)構(gòu)尺寸，從而節(jié)約材料和成本。

1.2 保溫和隔熱性能佳

由于大量的封閉氣孔存在這種混凝土當(dāng)中，就賦予其良好的熱工性能，它的熱阻約為普通混凝土的25倍左右，干導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.08～0.3w/(m·K)之間，而普通混凝土的干導(dǎo)熱系數(shù)在1.5w/(m·K)左右，其保溫效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同等墻厚的一般材料，作為非承重保溫墻體使用這種材料就可以減小墻體厚度，從而節(jié)省房屋使用空間。

1.3 隔音性能好

泡沫混凝土有優(yōu)越的氣孔結(jié)構(gòu)，因此具備良好的隔音能力，能夠明顯減小噪音污染，從而改善居住生活環(huán)境，另外相比其他吸聲類材料價(jià)格也更便宜，在一些特定的環(huán)境下完全可以作為吸聲材料來(lái)使用。

1.4 調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度

隨著室內(nèi)環(huán)境溫度的改變，該材料的含水率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，這種特性可以很好地保持室內(nèi)濕度的相對(duì)平衡，既不干燥也不至于潮濕，故而具備這種調(diào)節(jié)作用。

1.5 生產(chǎn)加工便捷效率高

泡沫混凝土不僅能現(xiàn)場(chǎng)施工，而且也可在預(yù)制工廠內(nèi)生產(chǎn)成各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件，直接現(xiàn)澆成地面、屋面和墻體，這樣就大大地提高了施工效率。就生產(chǎn)工藝而言，泡沫混凝土砌塊比加氣混凝土砌塊工序便捷，能耗低?，F(xiàn)將傳統(tǒng)的和泡沫混凝土的工藝流程作對(duì)比，列舉如下：

傳統(tǒng)工藝流程：

泡沫混凝土工藝流程：

從圖中不難看出，兩種工藝區(qū)別較大，傳統(tǒng)工藝流程不僅繁瑣而且耗時(shí)長(zhǎng)，這就從根本上導(dǎo)致了兩種砌塊的生產(chǎn)周期存在一定的差距。泡沫混凝土工藝流程相對(duì)更加省時(shí)省工，標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)化效率也更快。

1.6 其他特性

除上述的特性外，泡沫混凝土還具有低彈減震性好、節(jié)能環(huán)保無(wú)公害、防水性能優(yōu)越、整體性能好、可泵性能好等優(yōu)良特性。

2 泡沫混凝土的發(fā)展和應(yīng)用

2.1 國(guó)外泡沫混凝土的發(fā)展和應(yīng)用

泡沫混凝土在世界各地用途廣泛，尤其在一些發(fā)達(dá)的國(guó)家，如美國(guó)、加拿大等國(guó)充分的利用了泡沫混凝土的這種優(yōu)良性能，使其在土木工程中的使用范圍不斷擴(kuò)大。具體來(lái)講，可用作：

(1)用作擋土墻結(jié)構(gòu)

泡沫混凝土在這個(gè)方向主要是用作港口的岸墻。可以用來(lái)作為回填類材料，不僅能降低對(duì)岸墻的側(cè)向壓力，而且也可降低豎向壓力，從而減少了沉降量也降低了施工成本。此外，用泡沫混凝土來(lái)作為路堤邊坡時(shí)，替代了邊坡上的一部分土壤，這樣就減輕了自重，同時(shí)也增進(jìn)了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

(2)用作夾芯構(gòu)件

在預(yù)制混凝土構(gòu)件時(shí)，采用泡沫混凝土作為其內(nèi)芯構(gòu)件，這樣就賦予了構(gòu)件具備輕質(zhì)和優(yōu)越的隔熱性，一般是用密度為400～600kg/m3的泡沫混凝土。

(3)用作復(fù)合墻板

國(guó)外用這種材料來(lái)制成各式輕質(zhì)板材，通常密度在600 kg/m3左右，在目前的框架結(jié)構(gòu)施工中，用來(lái)作為薄鋼板制成的復(fù)合墻板以及隔熱填充墻等。

(4)其他方面

用作管線回填、屋面邊坡、田徑跑道、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、防火墻的絕緣填充、貧混凝土的填層以及供水和供電管線路的隔離等方面部位。

2.2 國(guó)內(nèi)泡沫混凝土的發(fā)展和應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)的建筑節(jié)能進(jìn)入快速的發(fā)展階段，在國(guó)內(nèi)各個(gè)城市和地區(qū)泡沫混凝土到處都有其蹤跡，受到了行業(yè)相關(guān)人士的高度認(rèn)可。具體來(lái)講，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用狀況如下：

(1)制作特種砌塊

該砌塊具備良好的加工性能，省工省時(shí)。此外，通常使用的泡沫混凝土砌塊，用作墻體的填充材料，能夠更好的減輕結(jié)構(gòu)自重。尤其在地基基礎(chǔ)施工時(shí)，能降低樁的使用數(shù)量或者減小樁孔直徑大小，大大地減少了施工成本，所以工程應(yīng)用價(jià)值相當(dāng)可觀。

(2)用于工程回填

諸如建筑工程的補(bǔ)償?shù)鼗U棄類礦洞的回填等，這是因?yàn)槠渥灾剌^輕，能夠有效防止地基失穩(wěn)所造成的坍塌或滑移現(xiàn)象。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)舉辦前期，就用在了奧林匹克中心通道工程地下回填中，并表現(xiàn)出了優(yōu)良效果。

(3)裝配式建筑住宅

以房地產(chǎn)龍頭企業(yè)萬(wàn)科為例，早在2006年，該企業(yè)就對(duì)泡沫混凝土進(jìn)行系統(tǒng)化的研究，在住宅墻體及屋面結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行大范圍的推廣使用。南航和中冶集團(tuán)合作的裝配式住宅結(jié)構(gòu)就用了泡沫混凝土來(lái)取代傳統(tǒng)的建材，并對(duì)未來(lái)的住宅提出了“免現(xiàn)澆全裝配式”理念。

(4)其他方面

用作地鐵隧道的減荷、回填灌漿、集成化住宅以及輕質(zhì)隔墻板等等。

3 當(dāng)前泡沫混凝土研究存在的缺陷

3.1 研究方面的缺陷

雖然國(guó)內(nèi)諸多研究人員對(duì)其做了大量的試驗(yàn)和探討，但是在微觀結(jié)構(gòu)與性能之間和微觀孔結(jié)構(gòu)方面研究涉及很少，相關(guān)的論文文獻(xiàn)報(bào)道更是少之又少，以至于在現(xiàn)場(chǎng)施工缺乏理論指導(dǎo)。因此，今后要研究的一個(gè)重要方向就是要加強(qiáng)泡沫混凝土的性能和孔洞結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)聯(lián)系，并建立相應(yīng)的模型模塊進(jìn)行各種性能分析。當(dāng)前，力學(xué)性能和熱工功能是國(guó)內(nèi)研究泡沫混凝土的重要方向，但是對(duì)于其壓縮和滲透甚至耐久性能的研究卻相對(duì)較少，只有把泡沫混凝土的各種性能都進(jìn)行充分的定性定量分析剖解，這樣才能更好的有助于推動(dòng)其在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

3.2 工程應(yīng)用中存在的缺陷

根據(jù)大量的調(diào)研工作，泡沫混凝土在施工現(xiàn)場(chǎng)的具體應(yīng)用情況，普遍存在以下問(wèn)題：

(1)強(qiáng)度偏低

主要是指泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度相對(duì)其他種類的混凝土嚴(yán)重偏低。為了克服這一缺陷，許多生產(chǎn)廠商通常都會(huì)摻加大量等級(jí)較高水泥，這就導(dǎo)致了泡沫混凝土硬化后表面易出現(xiàn)不同程度的裂縫，嚴(yán)重影響其耐久性能。

(2)收縮率和吸水率較大

這是因?yàn)榕菽炷猎谏a(chǎn)過(guò)程中引來(lái)了過(guò)多的封閉氣泡，導(dǎo)致收縮率偏大。內(nèi)部具有多孔，會(huì)吸收大量的外來(lái)的水分導(dǎo)致吸水率大。

(3)對(duì)超輕泡沫混凝土缺乏研究

目前研究和應(yīng)用廣泛的主要都是針對(duì)密度為 300～1200kg/m3的泡沫混凝土，針對(duì)密度＜300kg/m3級(jí)別的泡沫混凝土的相關(guān)研究和文獻(xiàn)較少。

4 結(jié)語(yǔ)和展望

總體來(lái)看，泡沫混凝土是新型混凝土技術(shù)研究的重要方向之一，雖然當(dāng)下研究的深度在工程領(lǐng)域范圍內(nèi)尚處于發(fā)展階段，但隨著具體應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，市場(chǎng)前景是處于螺旋式上升的?！笆晃逡?guī)劃”以來(lái)，國(guó)家提出了單位 GDP能耗要降低兩成左右，官方也將節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域作為擴(kuò)大內(nèi)需的重點(diǎn)投資方向，泡沫混凝土也因其具有多種優(yōu)良的性能，得到行業(yè)相關(guān)人士的高度關(guān)注和認(rèn)同。不過(guò)從現(xiàn)階段的生產(chǎn)和應(yīng)用來(lái)看，還存在著諸如上文所述的一些實(shí)際缺陷，只有大力加強(qiáng)對(duì)此的探討與實(shí)踐研究，才能實(shí)現(xiàn)泡沫混凝土更快更好的發(fā)展。

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