泡沫混凝土及其應用進展★

揣 丹 劉開平

(長安大學材料科學與工程學院，陜西西安 710061)

0 引言

泡沫混凝土是將泡沫劑制成的泡沫加入到含硅鈣質材料、水及外加劑組成的料漿中，經攪拌、成型、養護而形成的含大量封閉氣孔的輕質建筑材料。我國泡沫混凝土發展的第1個高潮期為20世紀50年代初期，由前蘇聯把泡沫混凝土的理念和技術傳到中國;第2個高潮期是在21世紀之后，由于泡沫混凝土適應了建筑節能的需求，發展勢頭強勁，到2010年年產量已超過700萬m3，而且其現澆保溫層面積超過1億m2。除保溫的功能外，泡沫混凝土的其他優良性能也逐漸被認識，譬如吸能、吸收電磁波、隔聲、吸聲、抗震、抗爆、耐火、抗沖擊防護、漂浮承載、保水、抗滲抗潮、透水過濾、綠化等等。這些功能的發現，使它倍受各行業的關注。從未來建筑節能保溫趨勢來看，泡沫混凝土極有可能成為用量最大的建筑保溫材料之一。

1 泡沫混凝土與普通混凝土及有機泡沫保溫材料的性能比較

泡沫混凝土相較于普通混凝土而言，結構及組成上的最大不同點是:泡沫混凝土內部含有大量封閉氣孔，且成分中沒有使用砂等粗集料，這就決定了泡沫混凝土與普通混凝土性能上的不同。泡沫混凝土性能上的突出優勢是可以作為建筑保溫材料，導熱系數低，且密度小。

目前外墻保溫材料主要是以聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫為主的有機泡沫保溫材料，其具有易燃性，且轟然性強，火勢兇猛，產生煙毒。煙毒是造成人員死亡的重要因素。相較于有機保溫材料——聚苯乙烯泡沫板，泡沫混凝土的突出優勢為強度高，耐久性好，可與建筑物同壽命，且綠色環保、施工工藝簡單。從目前的發展趨勢來看，泡沫混凝土可作為有機泡沫保溫材料的取代品。表1為泡沫混凝土與普通混凝土及傳統保溫材料聚苯乙烯泡沫板的性能對比情況［2，3］。

2 泡沫混凝土與加氣混凝土的性能比較

泡沫混凝土與加氣混凝土均為優質的新型墻體保溫材料，二者的共同點是內部都具有大量細小、封閉并且分布均勻的氣孔。泡沫混凝土相較于加氣混凝土的優勢主要表現在工藝方面，泡沫混凝土不用經過蒸壓養護，節約成本，而且可以現場澆筑。除此之外，其還具有強度離散性小、殘余強度高、隔音效果好等優良特點。

表2為泡沫混凝土與加氣混凝土性能指標的對比情況。

3 泡沫混凝土的應用進展

在國外，美國、英國、加拿大等歐美國家以及日本等亞洲國家已用泡沫混凝土修建運動場和田徑跑道，修筑擋土墻，制作屋面坡板、復合墻板，除此之外，還用于混凝土填層、管線回填等方面。在國內，隨著建筑行業的快速發展及國家節能減排政策的進一步深化，泡沫混凝土的研究與應用得到空前的發展機遇。近些年，我國泡沫混凝土的最新應用主要表現在以下幾個方面。

表1 泡沫混凝土與普通混凝土及聚苯乙烯泡沫板的性能比較

表2 泡沫混凝土與加氣混凝土的性能比較［4］

3.1 泡沫混凝土制品

泡沫混凝土已應用于屋面、墻體等保溫節能材料，其中泡沫混凝土砌塊應用量較大。近些年，泡沫混凝土砌塊的實用新型層出不窮。于占泉［5］研制的一種空氣泡沫混凝土夾心雙孔砌塊，外壁及內壁圍成兩個大小相等分布均勻的夾心腔，該腔內添加無機保溫輕質材料構成芯層。

該砌塊產品性能指標見表3。

這種空氣泡沫混凝土夾心雙孔砌塊的優點在于可自行保溫，降低保溫造價，導熱系數低，保溫性優異，且強度高，抗彎性能好，耐火，質輕，節約工時，吸水率低，抗凍性好，抗菌抗腐蝕性好。

表3 空氣泡沫混凝土夾心雙孔砌塊性能指標

3.2 泡沫混凝土填充回填材料

泡沫混凝土作為回填材料具有施工簡便、充實度高、速度快、綜合成本高等優點，且能避免造成塌方等危害。近些年科研人員在充填材料和工藝方面做了很多努力，膠結填充已開始從低密度轉向高密度，繼而產生了膏體充填和似膏體充填等先進工藝，但都或多或少存在一些問題，尾砂泡沫混凝土就是在這種情況下研發出的一種新型充填材料。

劉文波等［6］研制的尾砂泡沫混凝土，由于具有一定的柔性、可壓縮性大，具有一定的強度，可以在地下礦山工程中應用。作為可縮性支護的墊層，保持支架承載均勻，減輕和緩和支架受力，并能有效釋放圍巖的初始彈性變形。除此之外，由此制成的泡沫混凝土砌塊，可用于巷道砌筑、承重墻體和通風密閉墻、罐形墩柱等，均有良好的效果。

3.3 泡沫混凝土吸能材料

泡沫混凝土因其內部多孔而形成無數的自由面，能量經過這些自由面的反射，折射，疊加，不斷地衰減，從而保護結構免遭破壞，在民用和軍事上都有廣闊的應用前景。隨著科技的發展，地下防護工程以及民防掩蔽工程，經常會遭到各種爆炸沖擊的破壞。以往地下防護工程抗爆結構主要以混凝土材料構筑，增加結構層的厚度成為提高防護能力的首選措施，但新興的復合防護結構可以大幅度提高結構的抗爆能力。張景飛等［7］設計了混凝土—泡沫混凝土—混凝土三層復合防護結構，通過對沖擊波穿過泡沫混凝土層后應變、應力的研究得出泡沫混凝土密度越低，吸能作用越明顯。

3.4 泡沫混凝土吸波材料

通信基站和電纜、高壓輸電線和輸電站及廣播電視發射臺等通信設備和電氣設備的電磁輻射會產生不同程度的電磁污染，可能會很大程度上影響到周圍居民的身體健康。水泥基復合吸波材料的應用是解決民用建筑電磁輻射危害問題的有效途徑之一，其中低成本和功能多樣化則是建筑吸波材料應用的關鍵之所在。賈興文等［8］利用導電石墨作吸波劑，將石墨摻加到泡沫混凝土中，石墨的逾滲閾值為水泥質量的15%。

研究發現，隨著發泡劑用量增加，石墨泡沫混凝土反射率逐漸降低。厚度為30 mm時，泡沫混凝土吸波性能最佳。當石墨摻量和發泡劑用量分別為水泥質量的15%和2.5%時，反射率降低至 －15.64 dB，其中小于 －10.0 dB 的帶寬可達 3.0 GHz，并可以用泵送工藝施工，便于在建筑工程中應用，實現建筑電磁輻射防護和建筑節能的目標。

3.5 泡沫混凝土防火材料

近些年，由易燃可燃建筑外保溫材料而引發的火災數量越來越多，且愈發嚴重，給人民的生命財產造成很大的損失。根據消防局的不完全統計，2007年～2010年，造成嚴重后果的外保溫材料火災就高達1 359起。

外墻保溫材料火災具有引燃性強、易燃、快速立體火災、控制難度大、火災多集中在施工階段、投入使用建筑的危險性大等特點。作為保溫材料的泡沫混凝土的不燃性和低導熱系數，使其具有很好的防火性。A級防火泡沫混凝土保溫板已得到批量生產，該產品的優點主要表現為性能可靠，生產成本低，生產過程無需蒸養、蒸壓、高溫熔融等高耗能環節。用其取代有機外墻保溫材料——聚苯泡沫板，經久耐用，技術經濟合理，施工性好，安全環保，可用作外墻保溫層、防火隔離帶等［9］。

張丕華［10］研制的建筑保溫防火板，包括中空板材和內部填充無機泡沫混凝土芯材，在中空板材的外側表面上設有一裝飾層，在裝飾層上貼裝一層鋁膜，整個防火板具有較高的阻燃性能和耐熱性能，在建筑物外墻上提高了建筑物的防火等級。付秀新等［11］利用泡沫混凝土制作了防火型保險柜，試件的干密度越低，內部溫度越低，表明耐火隔熱性能越好，為泡沫混凝土的應用開辟了新途徑。

4 結語

現階段，我國的泡沫混凝土研究和生產還存在不少問題亟待解決，如泡沫混凝土制品的整體技術水平還不高，廠家規模較小，在一定程度上阻礙了泡沫混凝土產業的發展;發泡劑雖種類繁多，但質量良莠不齊，性能欠佳;大型生產設備缺乏，不易于大規模生產;泡沫混凝土制品的收縮值較大，易導致構筑體在使用過程中開裂;由于泡沫混凝土的多孔性，尤其當生產過程中出現連通孔時，吸水率較高［12］等等。為進一步在我國推廣泡沫混凝土的應用，該領域的科研人員還需不斷地努力研制高效發泡劑及穩泡劑，優化工藝流程及設備，添加適當外加劑，控制水灰比，摻加高分子聚合物等以優化泡沫混凝土性能，提高泡沫混凝土的強度，降低泡沫混凝土的密度、收縮率及吸水率等。作為一種綠色環保的建筑節能保溫材料，泡沫混凝土已經越來越多地應用在建筑工程中。

今后幾年，將是泡沫混凝土飛速發展的時期。積極探索更好的技術，突破發展瓶頸，將會促使泡沫混凝土工業更加健康地向前發展。

［1］關博文，劉開平.混凝土研究及應用新進展［J］.廣東建材，2008(2):19-21.

［2］張 磊，楊鼎宜.輕質泡沫混凝土的研究及應用現狀［J］.混凝土，2005(8):44-48.

［3］任先艷，張玉榮.泡沫混凝土的研究現狀與展望［J］.混凝土，2011(2):139-141.

［4］王麗枚，皮鳳梅.泡沫混凝土及其在現澆墻體中應用展望［J］.新型建筑材料，2011(10):77-78.

［5］于占泉.空氣泡沫混凝土夾心雙孔砌塊［P］.2011-08-17.

［6］劉文波，連海瑛.尾砂泡沫混凝土在地下礦山工程中的應用探析［J］.采礦工程，2012(1):24-27.

［7］張景飛，馮明德，陳金剛.泡沫混凝土抗爆性能的試驗研究［J］.混凝土，2010(10):10-12.

［8］賈興文，張亞杰.石墨泡沫混凝土的吸波性能研究［J］.功能材料，2012，17(43):2397-2400.

［9］李應權，徐洛屹.A級防火泡沫混凝土保溫板［J］.新型建筑材料，2012(2):69-71.

［10］張丕華.建筑防火保溫板［P］.2011-08-17.

［11］付秀新，潘志華，王冬冬.泡沫混凝土用作防火型保險柜壁隔熱填充材料［J］.南京工業大學學報(自然科學版)，2009，31(3):106-110.

［12］劉小艷，王新瑞.泡沫混凝土的研究進展及應用［J］.混凝土，2012(6):34-36.