魏劍鋒

（山西亞美商砼有限公司， 山西 陽泉 045000）

1 泡沫混凝土的優(yōu)勢

泡沫混凝土存在大量封閉的氣孔， 這些氣孔的保溫隔熱性能非常優(yōu)越， 同時(shí)還存在開孔氣孔， 這些氣孔在吸聲降噪方面發(fā)揮著良好的作用。 該材料具有較高的流動(dòng)性， 隔熱性能良好， 能夠達(dá)到隔音降噪的效果， 同時(shí)在生產(chǎn)中可以降低水泥和骨料的使用量， 從一定程度上節(jié)約了成本， 是一種節(jié)能環(huán)保的建筑材料， 也正是憑借著諸多優(yōu)勢， 泡沫混凝土在建筑市場上逐漸得到推廣應(yīng)用， 相關(guān)學(xué)者也加大了對(duì)該材料的研究力度。 具體來講， 泡沫混凝土具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢。

第一， 密度小。 泡沫混凝土內(nèi)部存在大量氣孔，其密度較小， 當(dāng)前很多建筑工程施工中都利用了其密度小的特點(diǎn)， 比如在灌漿保溫時(shí)采用的泡沫混凝土的密度大約在400 kg/m； 在非結(jié)構(gòu)構(gòu)件中所用的泡沫混凝土的密度大約在600 kg/m左右； 作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用的泡沫混凝土密度在1 200 kg/m～1 950 kg/m范圍內(nèi)。 建筑企業(yè)使用泡沫混凝土可以顯著降低建筑自身重量， 有助于減少上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的壓力。

第二， 導(dǎo)熱系數(shù)低。 泡沫混凝土的內(nèi)部氣孔大大降低了其自身重量， 也正是這些閉孔結(jié)構(gòu)大大降低了其導(dǎo)熱能力。 密度1 600kg/m的泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.66 W/（m·K）。 隨著泡沫混凝土密度升高時(shí)其絕熱性能會(huì)有所下降， 其導(dǎo)熱系數(shù)低的特點(diǎn)促使其節(jié)能效果明顯， 所以在墻體或者屋面保溫中常常采用此材料。

第三， 良好的耐火性。 泡沫混凝土的耐火范圍和普通混凝土十分接近， 但是在高溫條件下， 泡沫混凝土?xí)捎谡舭l(fā)率高而出現(xiàn)收縮過度的情況。 決定其耐火性能的主要是泡沫混凝土的組成成分或者配合比。通過研究可知， 密度升高會(huì)降低其耐火性， 兩者之間存在反比關(guān)系， 比如950 kg/m密度的泡沫混凝土的耐火能力為3.5h， 而1200 kg/m的泡沫混凝土耐火能力為2h。

第四， 優(yōu)良的隔聲性能。 泡沫混凝土有著相對(duì)較高的隔聲性能， 這和其細(xì)胞狀微觀結(jié)構(gòu)有著較大關(guān)系， 同時(shí)泡沫數(shù)量、 空隙大小、 分布是否均勻也會(huì)對(duì)其隔聲性產(chǎn)生不同程度的影響。 混凝土質(zhì)量實(shí)際剛度即表面密度決定了其隔聲性能和反射頻率。 固體壁面聲阻理論以吸聲反射頻率和避免厚度、 容重的關(guān)系可知， 如果是厚度較大的泡沫混凝土能夠吸收比蜂窩墻更高的反射聲音。

2 泡沫混凝土研究現(xiàn)狀

2.1 密度及孔隙率

衡量泡沫混凝土性能的主要參數(shù)之一就是其抗壓強(qiáng)度， 而密度、 孔隙率、 骨料、 摻和料、 水灰比等都會(huì)對(duì)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響， 尤其是密度對(duì)其影響尤其明顯。 通過分析國內(nèi)外文獻(xiàn)可知， 很多學(xué)者對(duì)泡沫混凝土密度和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究， 得出如圖1 所示的關(guān)系。 張磊蕾為了能夠?qū)ε菽炷撩芏群涂箟簭?qiáng)度關(guān)系進(jìn)行定量描述， 制作了不同密度的泡沫混凝土。 她采用蛋白質(zhì)發(fā)泡劑和42.5 級(jí)快硬型硫鋁酸鹽水作為發(fā)泡劑， 測試了泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度， 得到如圖2 所示的試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 不同密度泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度

通過圖2 可知， 泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度和密度之間的關(guān)系非常密切， 兩者呈正相關(guān)的關(guān)系， 即泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著密度的增加而增大。 當(dāng)泡沫混凝土的密度等級(jí)發(fā)生變化時(shí)， 其內(nèi)部狀態(tài)、 泡沫尺寸等方面的變化較為明顯， 這也表明抗壓強(qiáng)度會(huì)受到泡沫混凝土孔結(jié)構(gòu)這一內(nèi)在因素的影響。

圖2 泡沫混凝土密度與抗壓強(qiáng)度關(guān)系

2.2 發(fā)泡劑

泡沫混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)維持著其強(qiáng)度， 所以在生產(chǎn)中需要做好發(fā)泡劑的合理選擇， 從而保證得到的泡沫混凝土內(nèi)部的泡沫在尺寸、 分布、 壽命方面有著優(yōu)良的性能。 當(dāng)前物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑是泡沫混凝土中最為常用的兩大類發(fā)泡劑。 其中物理發(fā)泡劑主要是利用機(jī)械攪拌或者高壓空氣提前制作泡沫， 然后在漿料攪拌過程中將其混入其中， 然后制備并且養(yǎng)護(hù)。 化學(xué)發(fā)泡法主要是用指定的化學(xué)藥劑添加到漿料中， 藥劑和材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣體， 促使?jié){料內(nèi)部形成多孔的氣泡， 進(jìn)而制作內(nèi)部存在多孔氣泡的泡沫混凝土。 有相關(guān)研究認(rèn)為， 相比于化學(xué)發(fā)泡劑， 物理發(fā)泡可以形成更加均勻的氣泡， 在預(yù)制生產(chǎn)工藝中可以使用化學(xué)發(fā)泡劑。 在其他生產(chǎn)工藝中常常使用物理發(fā)泡劑， 其中常用的發(fā)泡劑主要包括四大類， 分別為松香樹脂、 表面活性劑、 動(dòng)植物蛋白以及復(fù)合型發(fā)泡劑。

松香發(fā)泡劑具有價(jià)格低廉和制作簡單的優(yōu)點(diǎn)， 而松香發(fā)泡劑發(fā)泡質(zhì)量差， 通常適用于密度低于600 kg/m的泡沫混凝土。 離子型發(fā)泡劑種類多種多樣，包括陰離子、 陽離子、 非離子和兩性離子發(fā)泡劑， 不同類型離子型合成類發(fā)泡劑優(yōu)缺點(diǎn)各異。 通常陰離子和兩性離子發(fā)泡劑發(fā)泡性能良好， 但也存在穩(wěn)定性差、 價(jià)格昂貴等問題。 動(dòng)植物蛋白質(zhì)發(fā)泡劑普遍泡沫穩(wěn)定性好， 發(fā)泡倍數(shù)高， 但也存在成本高、 適于超低密度（200 ～500 kg/m） 泡沫混凝土的問題。 基于以上問題， 研究者通過復(fù)配法實(shí)現(xiàn)發(fā)泡劑功能協(xié)同增效， 然而目前復(fù)合型發(fā)泡劑種類復(fù)雜、 泡沫混凝土性能差異明顯。

2.3 摻合料

粉煤灰、 礦渣、 硅粉都是常見的泡沫混凝土。 其中， 粉煤灰的粒度會(huì)影響其活性物質(zhì)的分布， 進(jìn)而影響泡沫混凝土水化產(chǎn)物和孔隙分布。 Wang等研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)粉煤灰粒度為0.25 ～0.5 mm時(shí)， 泡沫混凝土氣孔均勻分布較好， 泡沫混凝土C-S -H（硅酸鈣）含量較多， 各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)異。 在單一摻合料泡沫混凝土研究基礎(chǔ)上， 研究者進(jìn)一步考察了復(fù)合摻合料對(duì)泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)影響。 杭美艷研究了粉煤灰和礦渣粉摻量對(duì)泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)影響， 隨著粉煤灰摻量的增加導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低， 當(dāng)粉煤灰摻量＞30%時(shí)， 導(dǎo)熱系數(shù)的下降效果不明顯； 粉煤灰和礦渣粉復(fù)合摻加， 當(dāng)二者比例大于2∶3 時(shí)， 導(dǎo)熱系數(shù)明顯增大。此外， 硅粉是常見的泡沫混凝土摻合料， 該材料的應(yīng)用會(huì)從一定程度上影響泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。 通過研究可知， 摻加硅粉可以將泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)適當(dāng)降低， 但是摻加量過高又會(huì)升高其導(dǎo)熱系數(shù)。

3 泡沫混凝土的應(yīng)用

3.1 保溫方面

3.1.1 建筑保溫隔熱應(yīng)用

在建筑物保溫隔熱施工中常常使用泡沫混凝土材料， 并且該材料已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。 泡沫混凝土憑借著自身良好的隔熱性能和節(jié)能優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)如今建筑墻體中對(duì)泡沫混凝土應(yīng)用尤其廣泛， 工作人員可以利用該材料提高建筑物自身的保溫效果。 很多企業(yè)都發(fā)現(xiàn)了泡沫混凝土的發(fā)展?jié)摿?，開始推出泡沫塊、 泡沫墻板、 泡沫整體墻和各種復(fù)合型外墻保溫隔熱板， 其生產(chǎn)規(guī)模也呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的趨勢。

從宏觀角度來看， 當(dāng)前泡沫混凝土已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用， 其有著廣闊的市場， 未來發(fā)展前景良好， 預(yù)計(jì)再經(jīng)過3 ～5 年將會(huì)達(dá)到發(fā)展高峰。 如果建筑屋頂隔熱層、 墻壁隔熱層、 地暖采暖隔熱層等均使用泡沫混凝土， 那么每平米建筑需要使用的泡沫混凝土為0.2 ～0.5m， 如果是10000m的建筑物那么泡沫混凝土的用量將達(dá)到2000 ～5000 m， 其市場潛力巨大。

3.1.2 冷庫保溫

在隔熱冷藏室中常常使用聚苯乙烯泡沫塑料， 但是這種泡沫容易出現(xiàn)老化、 收縮、 燃燒等問題， 所以很多發(fā)達(dá)國家開始使用泡沫混凝土或者磚砌保溫材料進(jìn)行冷藏室的建造， 我國也開始使用泡沫混凝土建設(shè)冷藏室。 泡沫混凝土有著整齊的結(jié)構(gòu)， 在施工中可以形成整齊的屋頂、 墻壁等結(jié)構(gòu)， 其不會(huì)存在縫隙和冷橋效應(yīng)， 在冷庫保溫中有著十分良好的應(yīng)用價(jià)值。

3.2 吸聲隔聲方面

泡沫混凝土的隔聲降噪效果明顯， 其中開孔泡沫混凝土可以吸音， 閉孔泡沫混凝土能夠隔音， 兩者均可以應(yīng)用于吸聲隔聲方面。 吸聲材料指的是平均吸聲系數(shù)在0.2 以上的建筑材料， 石棉、 礦棉等紡織品和泡沫、 泡沫玻璃等多孔產(chǎn)品為傳統(tǒng)建筑常用的兩類吸聲物質(zhì)。 泡沫混凝土的平均犧牲系數(shù)在0.8 ～1.4 之間， 比傳統(tǒng)吸聲物質(zhì)有著更好的效果。

3.2.1 室外吸聲材料

在公路、 鐵路等大型戶外公共設(shè)施中常常會(huì)設(shè)置吸聲屏障， 其中泡沫混凝土就是一種良好的吸音材料。 我國對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度一直較大， 在交通系統(tǒng)建設(shè)中需應(yīng)用大量的吸聲材料， 其中木水泥板吸聲能力不足， 無法滿足高鐵隔音的需求， 外觀也有待改善； 泡沫玻璃板有著良好的吸聲效果， 但是使用成本較大， 難以被廣泛地應(yīng)用。 泡沫混凝土的出現(xiàn)有效解決了兩者的缺陷， 能夠在保證吸聲的同時(shí)節(jié)約成本， 所以可以廣泛地應(yīng)用于大型公共工程吸聲屏障施工中。

3.2.2 室內(nèi)墻面吸聲

天花板和吸聲墻是當(dāng)前室內(nèi)吸聲常用的設(shè)施。 在墻體吸聲方面， 泡沫混凝土效果顯著。 相比于傳統(tǒng)的石棉等吸聲材料， 泡沫混凝土的切割、 安裝不會(huì)危害施工人員身體健康， 有著良好的強(qiáng)度， 節(jié)約成本， 所以該材料在車站候車室、 劇院、 會(huì)議室、 地鐵墻和大型購物中心中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2.3 隔聲夾芯復(fù)合板（隔斷薄板）

目前很多室內(nèi)隔板均用5 ～10mm的石膏板作為吸聲隔斷， 這種隔斷墻壁內(nèi)部中空， 不但無法達(dá)到隔音的效果， 還容易破損， 承載能力不高。 5cm厚度的泡沫混凝土隔音復(fù)合板無需占用過多的空間， 同時(shí)可以達(dá)到隔音的效果， 安裝速度也較快， 憑借著諸多優(yōu)勢廣受消費(fèi)者的青睞。

3.3 抗?jié)B防水功能

3.3.1 建筑防水及工程防水

建筑物的屋頂、 地下室、 廚衛(wèi)等對(duì)防水要求較高的位置可以使用泡沫混凝土， 在施工中可以直接澆筑或者鋪筑， 無需添加防水外加劑， 能夠達(dá)到良好的放回效果， 將傳統(tǒng)防水工程中防水層容易破損、 水密性差等問題有效解決。 泡沫混凝土有著較長的使用壽命， 生產(chǎn)成本低， 在水路、 水池、 灌溉工程等項(xiàng)目中可以應(yīng)用。

3.3.2 地下及水中工程抗氯離子侵蝕應(yīng)用

很多地基樁、 墩臺(tái)等都需要暴露在氯離子含量較高的土壤或者水中， 傳統(tǒng)的鋼筋混凝土長期在這種環(huán)境中容易出現(xiàn)腐蝕的問題， 如果用泡沫混凝土作為保護(hù)層澆注于這些結(jié)構(gòu)的外部， 可以充分發(fā)揮其不可滲透的特點(diǎn)， 避免氯離子侵蝕基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)， 達(dá)到良好的保護(hù)效果。

3.4 輕質(zhì)降密填筑功能的應(yīng)用

泡沫混凝土的密度相對(duì)傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)更小， 在道路回填中可以作為回填料使用。 美國、 歐洲以及我國廣東等地區(qū)已經(jīng)開始使用輕質(zhì)泡沫混凝土作為回填材料。 如果市場發(fā)達(dá)， 工程量較大， 那么可以大批量地生產(chǎn)和使用泡沫混凝土。 在地下室、 地下區(qū)域上層覆蓋和回填中可以使用此回填材料， 其中最常用的是底板墊層施工。 泡沫混凝土可以在天然氣、 地暖地下管道等地下管道中作為填充物質(zhì)。 在奧運(yùn)會(huì)期間， 國家郵政通信會(huì)議中心大樓土壤墊層采用的就是泡沫混凝土回填料。

3.5 輕質(zhì)裝飾材料及園林制品的應(yīng)用

3.5.1 室內(nèi)輕質(zhì)裝飾品

泡沫混凝土有著較輕的重量， 在制作金銀的古董壁畫、 吊墜、 藝術(shù)裝飾等方面可以發(fā)揮其這一特點(diǎn)。最初人們用灰泥制作這些產(chǎn)品， 后來樹脂材料、 菱鎂礦等將灰泥取代， 但是這些材料普遍存在重量大的問題， 很多制造商開始使用泡沫將裝飾品的質(zhì)量和密度降低。

3.5.2 外墻輕質(zhì)裝飾磚

大理石或者花崗巖其面板、 瓷磚（3mm）、 裝飾性外墻面板等裝飾材料中都開始使用泡沫混凝土， 比如泡沫混凝土懸浮板可以作為藝術(shù)混凝土裝飾于外墻上， 還可以用塑料制作泡沫混凝土面板用于建筑裝飾裝修。

3.5.3 輕質(zhì)園林制品

仿木和竹葡萄架是最常見的建筑部件， 利用泡沫混凝土還可以制作假山、 花盆、 花池等， 營造出優(yōu)美的園林景觀。

4 未來發(fā)展需要注意的問題

建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展， 各種科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新， 泡沫混凝土制作和應(yīng)用也會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。 當(dāng)前泡沫混凝土正處于發(fā)展階段， 在發(fā)展中還要面臨諸多的難題。 當(dāng)前雖然泡沫混凝土的保溫、 耐火、 隔音等性能都表現(xiàn)十分優(yōu)異， 但是生產(chǎn)中難以高效地控制泡沫的穩(wěn)定性。 在制作泡沫混凝土過程中， 可能產(chǎn)生的氣孔體積較大， 無法均勻地分布， 同時(shí)還可能存在塌孔、連通等情況， 這就導(dǎo)致泡沫混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提升。 也正是這些因素， 導(dǎo)致泡沫混凝土的生產(chǎn)受到限制， 所以在未來發(fā)展中需要進(jìn)一步研究泡沫混凝土的生產(chǎn)方法， 從外加劑、 原材料、 生產(chǎn)工藝等方面加強(qiáng)研究。

5 結(jié)語

泡沫混凝土有著優(yōu)良的性能， 可以在建筑保溫隔熱、 吸聲降噪、 防水、 裝飾等發(fā)揮良好的應(yīng)用價(jià)值。但是其生產(chǎn)和應(yīng)用中仍然存在一定的不足， 需要研究者進(jìn)一步分析探討， 積極創(chuàng)新， 爭取提高泡沫混凝土的生產(chǎn)穩(wěn)定性， 促進(jìn)該材料進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。