泡沫混凝土的应用与研究进展

泡沫混凝土的应用与研究进展

宋永健

青岛理工大学山东省青岛市266000

摘要：新型建筑材料的使用，使得建筑行业发展速度逐渐加快。泡沫混凝土作为建筑新型材料的一种，由于其自身具有调节建筑物室内温度和降低污染物排放等优势，使得其在建筑行业中的应用范围愈加广泛。本文将简要阐述泡沫混凝土，明确这种材料内部组成成分及相关的特点，旨在推动我国建筑行业稳步发展。

关键词：泡沫混凝土；原材料；生产工艺；研究进展

引言

近些年来，我国建筑行业以传统混凝土材料为中心，发展出诸多与混凝土材料相关的新型建筑材料，比如钢筋混凝土材料，泡沫混凝土材料等，这些新型混凝土材料和传统混凝土材料相比，具有诸多优势。尤其泡沫混凝土除了具有承载力强和自重轻等优势之外，还具有保温和节能环保等优势。另外，泡沫混凝土燃点比较高，在建筑物发生火灾时，泡沫混凝土能够阻挡火势进一步蔓延，有效保障建筑物整体质量和安全性。

一、泡沫混凝土的原材料及其作用

当前建筑行业中使用的泡沫混凝土内部涉及多种原材料，对这些原材料进行有效配比能够保证泡沫混凝土自身优势充分发挥出来，以下笔者就对这六种原材料和其相关作用进行详细论述：

1、水泥

水泥作为混凝土加工必备材料，其在泡沫混凝土加工中还起到凝结作用。在进行泡沫混凝土加工时，采取适当的水泥材料能够提升泡沫混凝土强度。我国部分建筑行业在进行泡沫混凝土加工时，所采取的泡剂溶液的稳定性较差，导致加工过程中出现混凝土泡沫爆裂现象，加大泡沫混凝土成型后表面出现裂缝的可能。因此，在进行泡沫混凝土加工时，应按照建筑施工现场环境选取适当的水泥原材料。现阶段，我国建筑行业在进行泡沫混凝土加工时选取的水泥原材料主要是强硅酸盐水泥，这种水泥能够有效控制泥浆硬化前出现的爆裂现象，但是这种水泥价格高昂，在我国分布范围较小。因此，目前在进行泡沫混凝土加工时选取的水泥材料为普通硅酸盐水泥，在控制泡沫混凝土模板出现裂缝的同时减少混凝土加工投入。

2、发泡剂

泡沫混凝土与普通混凝土的差异主要表现在泡沫混凝土在特定条件下会产生泡沫现象，这就在无形中增加了混凝土保温性能。而这种新型材料能够在特定条件下差生泡沫的根本原因在于泡沫混凝土中含有一种叫做发泡剂的原材料。对于泡沫混凝土来说，发泡剂性能优劣直接决定泡沫混凝土含气量和整体流动性，目前建筑行业所使用的发泡剂主要有四种：

2.1松香类发泡剂

松香类发泡剂能够在实施混凝土发泡过程中，增加混凝土发泡力度，这种发泡剂主要是利用松香皂和松香聚合物制成的。

2.2合成类表面活性剂

由于松香类发泡剂相比较，合成类表面活性剂能够在特定的条件下实施混凝土发泡处理。而且这种发泡剂能够在短时间内产生大量混凝土泡沫。尽管这种发泡剂具有发泡速度快的优势，但是由于外界因素的影响，导致混凝土泡沫的稳定性较差，经常出现混凝土泡沫爆裂的现象。

2.3蛋白类发泡剂

蛋白类发泡剂顾名思义就是利用蛋白成分进行混凝土发泡处理，这里所说的蛋白成分不仅仅包括植物蛋白，还涉及一定动物蛋白。利用蛋白类发泡剂进行混凝土发泡处理，能够有效提升混凝土泡沫的稳定性。

2.4复合型发泡剂

一般来说，复合型发泡剂内部有含有多种有机成分，不仅仅包括动植物蛋白，还掺杂其他成分，而且复合型发泡剂能够适应各种条件下的混凝土发泡处理，也就是说复合型发泡剂具有适应范围广泛等优势。

3、填料

填料作为泡沫混凝土主要成分，直接决定泡沫混凝土粘稠程度，为了保证泡沫混凝土粘稠程度符合建筑施工全部要求，需要按照建筑施工要求选取适当的泡沫混凝土填料，确保泡沫混凝土自身流动性在规定范围内，确保建筑施工中泡沫混凝土功能特点能够充分发挥出来。目前，在进行泡沫混凝土加工时，常见的填料为粉煤灰材料。因此，在进行泡沫混凝土加工之前，应对选取的粉煤灰材料综合分析，保证粉煤灰材料的合理性，全面提升泡沫混凝土强度和承载能力。

4、骨料

制备泡沫混凝土常用的骨料有砂、陶粒、碎石屑、膨胀聚苯乙烯和膨胀珍珠岩等。利用膨胀珍珠岩为轻骨料，制备粉煤灰泡沫混凝土屋面材料，试验结果表明，700kg/m3级的泡沫混凝土屋面材料28d抗压强度最高可达3.6MPa，导热系数最低至0.15W•m-1•K-1，具有良好的保温、隔热和隔音效果。利用废弃的聚苯颗粒、粉煤灰和聚丙烯纤维等制成发泡混凝土面材，再以硬泡聚氨酯作为芯材复合制成外墙发泡混凝土新型复合保温板，并分析了其技术性能，认为效果良好。

5、纤维

在泡沫混凝土中可用木纤维、竹纤维、聚丙烯纤维、纤维素纤维和尼伦纤维等多种低模量纤维。近来也有研究者做了这方面的相关工作。将农作物秸秆纤维掺加到泡沫混凝土中，并以该泡沫混凝土作为芯材，以磷镁酸水泥或碱矿渣水泥作为结构面板制成三明治结构，来代替现今常用的外墙墙体，取得了明显的节能效果。研究发现掺加聚丙烯纤维可以显著提高泡沫混凝土的劈裂抗拉强度，并且干缩率也明显下降，并通过掺加微硅粉和聚丙烯纤维，制备出抗压强度为10.0MPa~50.0MPa的高强泡沫混凝土。

6、其他外加剂

为满足混凝土的和易性及某些特殊性能的要求，混凝土中必须加入不同种类的其他外加剂，如早强剂、减水剂、膨胀剂、防水剂和憎水剂等。

三、泡沫混凝土的物理力学性能

泡沫混凝土与普通混凝土在组成材料上的最大区别在于：泡沫混凝土中没有普通混凝土中使用的粗集料，同时含有大量气泡。因此，与普通混凝土相比，无论是新拌泡沫混凝土浆体，还是硬化后的泡沫混凝土，都表现出许多特殊性能。

1、轻质

泡沫混凝土和传统和凝土相比较，具有质量轻等优势，其根本原因在于泡沫混凝土密度低于普通混凝土密度。加上当前建筑行业致力于高层建筑建设，层数较高的建筑物，其自身墙体较重，对建筑地基承载能力有很大的影响。而采取泡沫混凝土材料能够从一定角度上降低混凝土才建筑墙体的压力，有效减少高层建筑物自身重量。

2、保温隔热性能好

由于泡沫混凝土中含有大量封闭的细小孔隙，因此具有良好的保温隔热性能。采用泡沫混凝土作为建筑物墙体及屋面材料，具有良好的节能效果。

3、隔音耐火性能好

泡沫混凝土属多孔材料，因此它也是一种良好的隔音材料，在建筑物的楼层和高速公路的隔音板、地下建筑物的顶层等可采用该材料作为隔音层。泡沫混凝土是无机材料，不会燃烧，从而具有良好的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。

4、抗震性能好

泡沫混凝土由于密度小、质量轻、弹性模量低，在地震载荷作用下所承受的地震力小，震动波的传递速度也较慢，且结构的自震周期长，对冲击能量的吸收快，因而减震效果显著。

5、其他性能

泡沫混凝土在施工工程中可泵性好，这使其特别适用于大体积现场浇筑及地下采空区的填充浇筑工程。此外泡沫混凝土还有防水能力强，冲击能量吸收性能好，可大量利用工业废渣，价格低廉等优点。

四、泡沫混凝土的生产工艺

1、发泡技术

国内的制泡技术目前主要是采用高速搅拌机，即将发泡剂溶液倒入高速搅拌机中剧烈搅拌预制泡沫。制泡过程是首先打开搅拌机，然后加入一定浓度的泡沫剂水溶液，搅拌时间以泡沫达到均匀、细小、稳定为准，容积2m3的打泡机制泡时间大约为5min左右。此法预制的泡沫若当时用不完，过一段时间就会自己破灭，造成浪费。国外多用压缩空气法生产泡沫混凝土，制泡过程是首先将一定浓度的泡沫剂溶液注入料仓内，然后开动气泵，在达到设定的压力后气泵自动停止，打开开关后气泡将自动喷出，可以连续供泡。此法发泡效率高且可以将泡沫直接吹入搅拌好的水泥浆中，更好地防止了中间环节导致的泡沫破灭。

2、生产工艺

泡沫混凝土制品的加工生产流程是先将水泥、集料、掺合料、外加剂和水按配合比搅拌均匀然后将泡沫加入进行搅拌，拌和均匀后再倒入模板内，低幅震动抹平，养护脱模即可。其生产工艺分为：发泡工艺，即将发泡剂与水混合，在发泡机的高速搅拌下形成均匀细小泡沫的过程。搅拌工艺，即将胶凝材料、轻集料和水在搅拌机中混合的过程。混泡工艺，即将发好的泡沫和搅拌好的浆体混合再搅拌的过程。成型工艺，即将混合搅拌后的浆体输送到工地或放入模具中养护的过程。

五、泡沫混凝土的应用现状

近年来，随着我国限制粘土砖的使用与建筑节能政策的实施，建筑节能材料备受欢迎。泡沫混凝土因具有大量封闭气泡，密度小、保温隔热性能好、耐火性强、生产施工方便、可大量利用工业废渣，在节能墙体中占有重要的地位，同时，泡沫混凝土以其良好的特性，在其他方面也获得了应用。但我国在泡沫混凝土方面的整体利用水平并不是很高，和国外相比有一定的差距。

1、泡沫混凝土砌块

采用泡沫混凝土砌块作为墙体填充材料，可以大幅度减轻结构自重，从而减少桩的数量或桩孔直径，减少工程造价或增加建筑物的高度，而且保温性能好，有很好的应用前景。蒸压泡沫混凝土砖是一种新型环保和节能墙体材料，泡沫混凝土砌块尺寸规格，加工性能好，可钉钉、钻切打孔等。

2、泡沫混凝土轻质隔墙板

中国建筑材料科学研究院采用GRC隔墙板生产工艺，结合固体泡沫剂和泡沫水泥的研究成果，开发出了粉煤灰泡沫水泥轻质墙板的生产技术，在保持GRC轻质墙板使用效果的基础上，降低了生产成本，改善了浆体的流动性，具有良好的技术、经济和环境效益。

3、泡沫混凝土补偿地基

建筑物的不均匀沉降会导致大量裂缝的产生，因此，现代建筑设计与施工越来越重视建筑物在施工过程中的自由沉降。由于建筑物群各部分自重的不同，施工过程中将产生自由沉降差，因此，在建筑物设计过程中，要求在其自重较低的部分其基础须填充软材料，作为补偿地基使用，泡沫混凝土能较好地满足补偿地基材料的要求。

4、现浇屋面泡沫混凝土保温层

泡沫混凝土属于节能型保温材料，用于屋面保温层的泡沫混凝土采用密度等级为200kg/m3～1000kg/m3，其做法是将保温层、找坡层和找平层3道工序一起施工，从而简化屋面构造层数，施工简便，整体热工性能好。由于泡沫混凝土具有良好的吸水及保水性能，在房屋屋面构造中，因其吸收水分后不断向屋面结构层和防水层提供水源，易造成屋面渗漏。这也是有待解决的一个问题。

5、泡沫混凝土在回填灌浆中的应用

泡沫混凝土在山西引黄工程连结段穿管回填灌浆中的应用，采用的泡沫混凝土的密度等级为1200kg/m3，并采用普通混凝土生产和泵送设备，一次回填泡沫混凝土220m3，泵送距离250m，回填长度40m。检验结果表明，泡沫混凝土基本填满了整个洞穿管与遂洞间的孔隙。抗压强度达2．0MPa，满足设计要求．与普通混凝土相比，采用泡沫混凝土回填灌浆具有施工简便、回填速度快、回填充实度高、管道上浮力小、综合成本低等特点。

六、结束语

我国正大力推广高效耐久建筑节能材料，泡沫混凝土以其良好的性能，具有广阔的应用前景。从现阶段的生产和应用来看，研制出高效发泡剂、寻求更适合于泡沫混凝土的原材料、利用工业废料、优化工艺流程是急需解决的问题。进一步在理论和实践中解决好这些问题，对泡沫混凝土的发展及应用具有重要意义。

参考文献

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