陳美嬋

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 前言

1 泡沫混凝土基本特性分析

工業(yè)固廢一般指工業(yè)生產活動中產生的固體廢棄物（如粉煤灰、礦渣、赤泥、有色金屬渣等），據相關研究報告顯示，2019 年我國工業(yè)固體廢棄物產量約為35.4億噸。為減少工業(yè)固廢對生態(tài)環(huán)境的影響，我國在工業(yè)固廢資源綜合利用中取得了一定的成績，2019 年工業(yè)固廢資源綜合利用率達55.02%。由于我國工業(yè)固廢堆存量巨大，資源綜合利用率與發(fā)達國家相比存在一定差距，工業(yè)固廢的處置仍然是我國實現經濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展中的重要一環(huán)。

泡沫混凝土是指在混凝土料漿中加入具有一定強度的泡沫，經過攪拌、硬化，養(yǎng)護而成的一種內部具有均勻、封閉氣孔的輕質混凝土材料[1]，其具有質量輕、保溫隔熱、吸音減震、高流動性、施工簡便等優(yōu)點，廣泛適用于屋面或隔墻保溫、路橋填筑、港口及碼頭回填、隧道預留層等工程項目中。

由于泡沫混凝土生產技術簡單，應用要求不高，可使用粉煤灰、礦渣、建筑廢石粉等廢棄物作為生產原材料，符合國家環(huán)保經濟的發(fā)展方向，近年來行業(yè)使用量飛速增長。據統(tǒng)計，2019 年我國泡沫混凝土總用量約在5000 萬m3以上，使用量年均增長率約為15%～20%，居全球第一位[2]。然而，工業(yè)固廢成分復雜、質量參差不齊，其應用在泡沫混凝土中仍然存在一定問題。因此，本文對泡沫混凝土基本特性及參考依據進行介紹，對泡沫混凝土存在質量問題進行分析，并提出相關解決措施以供研究參考。

1.1 質量輕

泡沫混凝土所用原材料主要為水泥和集料，所用集料一般為顆粒較細、密度較低的粉體材料，制成混凝土料漿后可通過控制泡沫加入量來調節(jié)密度性能。按照行業(yè)標準JG/T 266-2011《泡沫混凝土》中的密度等級，其密度一般控制在300～1600kg/m3之間[3]，較普通混凝土約2400kg/m3的密度降低35%以上，用于建筑物中可有效降低自重。

1.2 生產及施工簡便

泡沫混凝土具有質輕、不含粗骨料、高流動度（160～230mm 或以上）等特點，生產及施工較為簡便，其生產工藝流程圖1 所示。

圖1 泡沫混凝土制備工藝

由圖1 可知，混凝土生產制備工藝主要包括干粉預混合、料漿攪拌、加入泡沫三部分，生產設備簡便且占地面積較小，方便于現場生產施工。目前其工程施工均采用泵送澆筑的施工工藝，其泵送距離可達500m，施工過程實現自流平，無需另外進行振搗和碾壓[4]，適用于大體積的填充澆筑工程，可有效節(jié)省人力物力。由于使用水泥作為膠凝材料，進行分層施工時，泡沫混凝土上下層結合良好，整體性良好。

1.3 隔熱保溫

泡沫混凝土內部存在大量均勻、封閉的圓形孔隙，形成一種網狀結構，此種結構中的空氣有效地阻隔了熱量的傳播，使泡沫混凝土獲得較低的導熱系數，一般其導熱系數可低至0.08～0.27W/(m·K)，具有良好的隔熱保溫效果。

1.4 吸音減震

泡沫混凝土的封閉多孔結構，使聲音經過材料的過程中發(fā)生多次反射而被吸收和減弱，使其獲得良好的隔音效果，有關資料顯示[5]，其吸音能力是普通水泥的5～8 倍；同理，泡沫混凝土的多孔結構能降低震動波的傳播速度，可吸收分散部分荷載，應用在周圍環(huán)境存在變形的工程中可起到緩解壓力的作用。

1.5 環(huán)保利廢

泡沫混凝土主要組成材料為水泥、細集料等無機材料，采用發(fā)泡劑為動植物蛋白或復合發(fā)泡劑，相對于有機保溫材料，具有無毒無害的優(yōu)點；細集料可使用大量的固體廢棄物，有助于固體廢棄物的處理處置問題，符合國家環(huán)保經濟的發(fā)展需要。

2 存在質量問題

2.1 收縮

泡沫混凝土收縮問題與混凝土相似，是由于膠凝材料在硬化過程中發(fā)生化學反應，濕度和溫度發(fā)生變化造成體積縮減的現象，目前影響較大的主要為塑性收縮、干燥收縮等。其中塑性收縮一般發(fā)生在料漿硬化成型之前，干燥收縮主要發(fā)生在泡沫混凝土硬化后，兩者均為由于失水而導致的收縮。塑性收縮是由于料漿流動性較大，在施工環(huán)境溫度較高時，料漿表層水分蒸發(fā)較快，使混凝土早期體積發(fā)生收縮現象；干燥收縮主要為混凝土硬化后，水分通過內部毛細孔隙遷移蒸發(fā)所致；收縮導致泡沫混凝土內外發(fā)生不一致的形變，使其表面甚至是內部產生裂紋，影響混凝土力學性能和耐久性。

圖2 泡沫混凝土由于收縮產生裂縫

2.2 消泡

泡沫質量是影響泡沫混凝土性能的主要因素。目前市場上發(fā)泡劑種類繁多、質量參差不齊，存在強度較低、穩(wěn)定性較差等情況。行業(yè)標準JC/T 2199-2013《泡沫混凝土用泡沫劑》對泡沫混凝土用泡沫劑提出了相關技術要求，針對穩(wěn)定性采用了1h 沉降距和1h 泌水率進行表征。泡沫穩(wěn)定性較差時，加入混凝土料漿中攪拌和泵送過程中出現消泡現象，一方面造成混凝土內部形成較大孔隙，影響混凝土結構均勻性，另一方面消泡后產生泌水，影響混凝土水灰比，使泡沫混凝土綜合性能造成較大影響。

2.3 分層

泡沫混凝土分層的主要原因包括膠凝材料用量不足、水灰比過大等造成料漿稠度不足，或是因為選用集料密度較高、顆粒較粗的因素，如選用工業(yè)固廢材料中含金屬量較高而又不經過處理均有可能出現此種情況。

3 解決措施

3.1 合理選擇原材料

由于泡沫混凝土的應用主要為非結構性的填充位置，大部分使用成本較低的廢棄物原材料，近年來國內對工業(yè)固廢應用于生產泡沫混凝土進行了相關研究，如陳小和利用鎳鐵渣粉制備現澆泡沫混凝土[6]，吳喜軍進行赤泥發(fā)泡混凝土的試驗研究及工程應用研究[7]，郭峻驛對粉煤灰微珠泡沫混凝土進行配合比試驗研究[8]等。工業(yè)固廢可用于生產泡沫混凝土，但其中有可能存在磷、SO4、重金屬等有害物質超標的情況，因此在使用工業(yè)固廢作為原材料時應經過合理研究，對其潛在有害因素進行分析，經過處理、配比優(yōu)化等再進行應用。

3.2 選用優(yōu)質發(fā)泡劑

發(fā)泡劑的選用是影響泡沫混凝土質量的重要因素，發(fā)泡劑按照生產原材料主要分松香樹脂型、動植物蛋白型、表面活性劑型和復合型發(fā)泡劑等[9]。國外如德國、日本、意大利等技術較為成熟，以采用蛋白類發(fā)泡劑為主，具有良好的發(fā)泡倍數和穩(wěn)定性。相比之下國內蛋白類發(fā)泡劑原材料較為缺乏，其他類型發(fā)泡劑在單獨使用的情況下普遍存在一些弊端，如發(fā)泡倍數不足、穩(wěn)定性差等，嚴重影響泡沫混凝土性能。

近年來復合發(fā)泡劑逐漸受到國內研究人員的重視，逐步開發(fā)出性能優(yōu)良的復合型發(fā)泡劑，如孫天文[10]將動物膠、有機硅等加入到皂角松香酸陰離子表面活性劑，制備出MB 型微發(fā)泡劑；陳禮儀[11]在ABS 中加入脂肪醇硫酸鈉、脂肪醇聚乙烯醚制備出DF-1 發(fā)泡劑；郭平等[12]在聚乙烯醇中加入十二烷基磺酸鈉、十二烷基二甲胺氧化物與之復配，制備出發(fā)泡劑。由于復合發(fā)泡劑能顯著改善泡沫混凝土力學性能、原材料來源廣泛，并可根據使用要求優(yōu)化部分功能，具有良好的應用效果和發(fā)展前景。

3.3 優(yōu)化配比

泡沫混凝土主要依靠水泥作為膠凝材料提供強度性能，因此原材料配比中應使泡沫混凝土性能滿足要求的基礎上，再從經濟成本出發(fā)降低水泥用量。其他原材料如石粉、礦粉、粉煤灰等輕質集料，具有顆粒較細、需水量較大的特性，合適的水料比對泡沫混凝土影響至關重要。若水料比過小導致料漿稠度較高，泡沫難以與料漿混合均勻，在攪拌過程中受到阻力較大而破壞；若水料比過大，料漿稠度不足，容易出現塌模、氣泡逸出等現象，同時泡沫混凝土早期強度不足，失水后泡沫混凝土出現干縮現象，性能受到嚴重的影響。因此泡沫混凝土的生產應通過配比試驗，同時利用外加劑如減水劑、穩(wěn)泡劑、纖維等進一步增強改善其性能。

3.4 改善養(yǎng)護條件

泡沫混凝土中由于不含粗骨料，早期強度主要靠水泥提供，因此早期強度較低，并且受養(yǎng)護環(huán)境影響較大。養(yǎng)護溫度過高、濕度低，造成混凝土中水分散失而產生裂紋，另一方面由于混凝土早期強度低，承受梯度應力能力較弱，使混凝土裂紋更加嚴重。因此施工過程中為減少早期干縮，使水泥水化充分，相對濕度應保持在80%以上[13]，可通過覆蓋塑料防水薄膜、表面處理、選擇合適的施工時間等措施。

4 總結

泡沫混凝土由于質輕、生產及施工簡便、隔熱保溫、吸音減震和環(huán)保利廢等優(yōu)點，近年來受到廣泛應用，但目前仍然存在一定的質量問題，尤其在大量使用工業(yè)固廢作為生產原材料時，其質量問題更加突出。本文針對工業(yè)固廢制備泡沫混凝土質量問題進行分析，并提出相關建議性的解決措施，以供行業(yè)研究作參考。