李晨，趙利軍，李雅潔，劉朝陽(yáng)，王波

（長(zhǎng)安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064）

裝配式建筑將引領(lǐng)建筑材料向部品化、輕量化、結(jié)構(gòu)功能一體化方向發(fā)展，是建筑行業(yè)一次革命性的突破，這一趨勢(shì)也為泡沫混凝土的發(fā)展提供了契機(jī)。泡沫混凝土的輕質(zhì)性、保溫性、低密度、良好的隔音能力，相較于傳統(tǒng)有機(jī)保溫材料又具有良好的耐火性。除以上優(yōu)點(diǎn)外，泡沫混凝土還具有減震性能好、環(huán)保無(wú)污染、可泵性能好等特性，因此在現(xiàn)代建筑行業(yè)中倍受歡迎。泡沫混凝土可在工廠內(nèi)制成結(jié)構(gòu)構(gòu)件，砌塊，保溫板等，也可預(yù)制成保溫層、透水層和墻體等。生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備是確保泡沫混凝土行業(yè)健康快速發(fā)展的基礎(chǔ)。沒(méi)有優(yōu)良的技術(shù)，轉(zhuǎn)型升級(jí)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)；沒(méi)有高效的設(shè)備，全面應(yīng)用只是紙上談兵。只有確保生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備的提高，才能為泡沫混凝土行業(yè)保駕護(hù)航。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者從材料范疇和配合比設(shè)計(jì)等方面開展了大量研究，而對(duì)于泡沫混凝土生產(chǎn)時(shí)所需的攪拌工藝的重視和研究不夠。

如下表1為近幾年泡沫混凝土年產(chǎn)量。

表1 近幾年泡沫混凝土年產(chǎn)量

1 泡沫混凝土

泡沫混凝土與加氣混凝土具有許多相似之處，但又明顯區(qū)別于傳統(tǒng)加氣混凝土。加氣混凝土需要蒸壓養(yǎng)護(hù)，且不適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)澆筑，而泡沫混凝土一般則是天然養(yǎng)護(hù)，且可以完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)澆筑。傳統(tǒng)的泡沫混凝土是指在有水泥、外加劑等組成的漿體中加入預(yù)先通過(guò)高速攪拌或發(fā)泡機(jī)制備好的泡沫，經(jīng)過(guò)混泡、澆注、養(yǎng)護(hù)等形成具有一定強(qiáng)度的輕質(zhì)混凝土。這種方法也稱為物理方法制備泡沫混凝土。但近些年隨著技術(shù)和設(shè)備的改進(jìn)，行業(yè)中出現(xiàn)了一種廣泛使用的化學(xué)方法制備泡沫混凝土，該方法以水泥、水、添加劑等材料攪拌成漿體，再加入過(guò)氧化氫（雙氧水）、電石（碳化鈣）等化學(xué)材料作為發(fā)泡劑，經(jīng)過(guò)攪拌、澆注和發(fā)泡等流程便可生產(chǎn)出泡沫混凝土。這種化學(xué)方法生產(chǎn)的泡沫混凝土有悖于傳統(tǒng)泡沫混凝土的定義，引起了對(duì)于泡沫混凝土定義一系列爭(zhēng)議。有學(xué)者指出，傳統(tǒng)泡沫混凝土的定義過(guò)于強(qiáng)調(diào)“物理制備泡沫”，過(guò)于片面。為區(qū)別于加氣混凝土，應(yīng)將具有獨(dú)立封閉氣孔結(jié)構(gòu)且不需要蒸壓的輕質(zhì)多孔混凝土稱為泡沫混凝土，這就需要加入化學(xué)方法產(chǎn)生泡沫進(jìn)而制備泡沫混凝土的概念。參考了國(guó)內(nèi)外的定義，泡沫混凝土的現(xiàn)狀以及泡沫混凝土和加氣混凝土的區(qū)別。筆者認(rèn)為泡沫混凝土指以水泥及其他輔助摻合料為主要原料，采用物理或化學(xué)方法將氣泡均勻分布在水泥漿體中，經(jīng)過(guò)自然養(yǎng)護(hù)制成富含獨(dú)立密閉氣泡的輕質(zhì)多孔混凝土。

2 泡沫混凝土存在的問(wèn)題

（1）強(qiáng)度較低。為保證其低密度的特性，泡沫混凝土中不添加粗集料，砂等細(xì)集料也只會(huì)在一些較大密度的泡沫混凝土中少量添加。大量泡沫的加入提高了孔隙率，同時(shí)也導(dǎo)致了泡沫混凝土的強(qiáng)度較低的現(xiàn)象，有的甚至低于1.0MPa。這種現(xiàn)象嚴(yán)重限制了泡沫混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域。

（2）干縮、開裂和吸水率偏大等。泡沫混凝土中存在著大量的氣孔，且填充材料多為水泥等粉料。因此泡沫混凝土具有較高的收縮和吸水率。較大的飽和吸水率容易引起凍融現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了泡沫混凝土的耐久性。水分的蒸發(fā)直接影響著泡沫混凝土的開裂程度。泡沫混凝土的水灰比往往較高，當(dāng)多余的水分蒸發(fā)時(shí)會(huì)導(dǎo)致泡沫混凝土?xí)湛s開裂。

（3）發(fā)泡技術(shù)。國(guó)內(nèi)發(fā)泡技術(shù)落后，發(fā)泡劑質(zhì)量較差，一直限制著行業(yè)的發(fā)展?，F(xiàn)有的發(fā)泡劑和發(fā)泡技術(shù)制成的泡沫穩(wěn)定性差，泡沫不均勻。這也就導(dǎo)致了制備出的泡沫混凝土不能達(dá)到理想的密度值，從而也制約著泡沫混凝土市場(chǎng)。

3 泡沫混凝土性能影響因素分析

泡沫混凝土性能影響因素是多方面的，且各影響因素之間也都有一定的相關(guān)性?，F(xiàn)從以下方面進(jìn)行分析。

（1）材料方面。添加適量的粉煤灰代替水泥，泡沫混凝土的早期強(qiáng)度會(huì)略微下降，但對(duì)泡沫混凝土的最終抗壓強(qiáng)度稍有提高，且由于粉煤灰密度小于水泥，可以降低泡沫混凝土的密度。有研究表明適量摻加粉煤灰和紅泥對(duì)泡沫混凝土的干燥收縮有一定的抑制作用，改善泡沫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。泡沫混凝土的流動(dòng)性隨著泡沫劑的稀釋率增加而增加，但抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度隨泡沫劑用量增大而迅速減小。Ma C等人研究結(jié)果表明，發(fā)泡劑摻量的增加對(duì)干密度、抗壓強(qiáng)度和絕緣性等性能有降低作用。適量的添加劑（速凝劑、憎水劑等）可以改善泡沫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少連通孔，有效減輕塌?，F(xiàn)象。摻加纖維可以提高泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度，不同種類的纖維對(duì)泡沫混凝土改性效果不同。

（2）配比影響。通過(guò)調(diào)節(jié)水灰比，可以有效控制泡沫混凝土的孔隙尺寸、氣孔連通度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。過(guò)高的水灰比會(huì)使相對(duì)粘度減小，導(dǎo)致氣孔連通率升高，破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)。過(guò)低的水灰比又會(huì)限制發(fā)泡劑的發(fā)泡能力，導(dǎo)致泡沫混凝土的密度升高且降低保溫等其他性能。合理的水灰比可以得到比較理想的抗壓強(qiáng)度，合理的孔隙率、氣孔平均孔徑和圓度值。各添加劑的用量根據(jù)生產(chǎn)商的參考用量，以往試驗(yàn)用量為基礎(chǔ)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。外界環(huán)境、材料性能的區(qū)別等均會(huì)對(duì)添加劑的用量造成影響，因此各添加劑的用量需根據(jù)其他影響因素的變化反復(fù)調(diào)整。一旦其他的影響因素發(fā)生變化，相應(yīng)添加劑的用量也需及時(shí)調(diào)整。

（3）外界環(huán)境?；瘜W(xué)發(fā)泡對(duì)外界環(huán)境比較敏感，外界環(huán)境的溫度、空氣的干濕度和噪聲都可能導(dǎo)致引起塌?，F(xiàn)象。如環(huán)境溫度直接影響泡沫混凝土中發(fā)泡劑的發(fā)泡速率和發(fā)泡量；噪聲易誘泡沫凝土中氣泡液膜變薄而破裂。已有研究證明，相同配比與工藝下，在不同生產(chǎn)環(huán)境中制備的泡沫混凝土的密度等性能可能相差懸殊。因此，在確定材料配比和生產(chǎn)工藝之后，盡量避免外界環(huán)境發(fā)生變化。

4 泡沫混凝土攪拌工藝

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)于泡沫混凝土的研究主要設(shè)及材料、配比和微觀結(jié)構(gòu)等，而針對(duì)泡沫混凝土的攪拌工藝和攪拌方式的研究卻不多。有研究表明，在相同工況下，良好的攪拌工藝可以提高泡沫混凝土強(qiáng)度的54.5%。以往泡沫混凝土的生產(chǎn)過(guò)程中，企業(yè)往往只重視泡沫混凝土的發(fā)泡過(guò)程，忽視了發(fā)泡劑或泡沫對(duì)攪拌的一些特殊要求，沿用普通混凝土的攪拌工藝，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)效率低和性能差。

傳統(tǒng)物理發(fā)泡泡沫混凝土的制備工藝已經(jīng)基本完善，在此不過(guò)多贅述。相較于物理發(fā)泡泡沫混凝土，化學(xué)發(fā)泡混凝土具有孔徑細(xì)小、尺寸均勻且孔的完整率高等優(yōu)點(diǎn)，但其對(duì)攪拌工藝和攪拌方式的要求也更為苛刻，使用現(xiàn)有的設(shè)備和工藝很難達(dá)到所需的高均勻性。

在制備過(guò)程中，化學(xué)方法泡沫混凝土的制備大體分為兩個(gè)階段。第一階段的主要目的是水泥漿體的均勻拌合，與傳統(tǒng)混凝土相比，泡沫混凝土以水泥為主，沒(méi)有碎石等粗集料，各種添加劑難以分散；另一個(gè)階段是化學(xué)發(fā)泡劑與水泥漿體的拌合?；瘜W(xué)發(fā)泡泡沫混凝土的生產(chǎn)過(guò)程中，必須對(duì)攪拌時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制，攪拌時(shí)間不足時(shí)，發(fā)泡劑主要留存在漿體上層，容易塌模；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，發(fā)泡劑大量發(fā)泡，造成泡沫損失嚴(yán)重，從而損害泡沫混凝土的質(zhì)量。攪拌工藝越合理，水泥、添加劑和發(fā)泡劑在漿體中分散的越均勻，加入的發(fā)泡劑可均勻的懸浮在漿體中，進(jìn)而形成的氣孔結(jié)構(gòu)也會(huì)越合理，水泥也能發(fā)揮更好的膠凝作用，形成的泡沫混凝土制品性能也就越優(yōu)良。若發(fā)泡劑沒(méi)有均勻的分布在漿體中，堆積在漿體的上層，則易造成泡沫混凝土塌模，氣孔分布不均勻，嚴(yán)重破壞泡沫混凝土性能。攪拌機(jī)是泡沫混凝土生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，攪拌工藝的優(yōu)劣在很大程度上決定了泡沫混凝土的性能。如下圖1為化學(xué)發(fā)泡生產(chǎn)泡沫混凝土工藝流程圖。

圖1 化學(xué)發(fā)泡生產(chǎn)泡沫混凝土工藝流程圖

5 泡沫混凝土攪拌設(shè)備的要求

隨著國(guó)內(nèi)泡沫混凝土行業(yè)的逐漸成熟，對(duì)于泡沫混凝土設(shè)備的需求也越來(lái)越大。然而在過(guò)去的5年間泡沫混凝土的年產(chǎn)量快速增多，而泡沫混凝土的相關(guān)企業(yè)一直維持在1000多家。泡沫混凝土設(shè)備的生產(chǎn)效率低，忽略泡沫混凝土的特性，生產(chǎn)效率低及可控性能差已經(jīng)逐漸不能滿足市場(chǎng)的需求。

普通的混凝土拌合設(shè)備多為臥式攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速較低，葉片布局簡(jiǎn)單，死角較多，無(wú)法保證攪拌質(zhì)量?；瘜W(xué)發(fā)泡泡沫混凝土需要漿體達(dá)到超高均勻度，采用普通混凝土拌合設(shè)備是肯定不行的。泡沫混凝土流動(dòng)度非常大，臥式攪拌機(jī)的軸端密封，卸料門泄漏等問(wèn)題嚴(yán)重影響了泡沫混凝土生產(chǎn)的效率和性能。常規(guī)攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速只有20～40r/min，轉(zhuǎn)速太低。要達(dá)到超高均勻度是困難的，化學(xué)發(fā)泡攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到120r/min以上。有研究結(jié)果表明，高轉(zhuǎn)速攪拌機(jī)對(duì)加入化學(xué)發(fā)泡劑的水泥漿體有活化作用?；瘜W(xué)發(fā)泡泡沫混凝土漿體水灰比大，無(wú)碎石等粗集料，因此攪拌阻力小，為高速攪拌機(jī)提供了技術(shù)條件。由于物料在不同階段所需的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速不同，泡沫混凝土攪拌機(jī)應(yīng)具有調(diào)速功能，以適應(yīng)不同攪拌階段不同的轉(zhuǎn)速要求。攪拌機(jī)必須具有較強(qiáng)的上下層漿體快速混合的作用，且不能留有死角?；瘜W(xué)發(fā)泡劑是后加入在漿體表面，因此攪拌機(jī)必須能夠在極短時(shí)間內(nèi)完成上下層均勻混合的作用，否則發(fā)泡劑漂在漿體上部，會(huì)造成發(fā)泡不均勻，使成品產(chǎn)生過(guò)大的密度差。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）影響泡沫混凝土性能的因素是粉煤灰的摻加量、添加劑的種類和用量、水灰比、外界環(huán)境等。

（2）嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量、材料配比、摻入其他材料如纖維可以改善泡沫混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高性能。

（3）合理的攪拌工藝和攪拌設(shè)備對(duì)泡沫混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能具有重要意義。

（4）保持穩(wěn)定的外界環(huán)境，改善并加強(qiáng)施工質(zhì)量控制可以提高泡沫混凝土的性能。