發(fā)泡水泥簡論

王爽，陳藝通，楊奕，游勝勇，翁雅青，王慧賓，崔紅敏，何國情，陳衍華，王云敏

（1.江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌330096；2.廣州輕能化工建材機(jī)械科技公司，廣東廣州511400；3.江西中科新建材有限公司，江西南昌330000）

發(fā)泡水泥簡論

王爽1，3，陳藝通2，楊奕1，游勝勇1，翁雅青1，王慧賓1，崔紅敏1，何國情3，陳衍華1，王云敏3

（1.江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌330096；2.廣州輕能化工建材機(jī)械科技公司，廣東廣州511400；3.江西中科新建材有限公司，江西南昌330000）

作為新型綠色建材，發(fā)泡水泥有望取代有機(jī)保溫材料在建筑保溫行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。本文詳細(xì)介紹發(fā)泡水泥的定義、發(fā)泡的物理化學(xué)原理及其主要特點(diǎn)，最后介紹發(fā)泡水泥在建材領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

發(fā)泡水泥；發(fā)泡劑；保溫材料

建筑保溫材料是指在建筑墻體的內(nèi)墻或外墻施加的一層特殊材料，既能夠在冬季減少室內(nèi)熱量向建筑外擴(kuò)散，又能夠在夏季阻止外部熱量過快地傳導(dǎo)至室內(nèi)。保溫材料目前主要可以分為兩大類，即有機(jī)類和無機(jī)類。其中，有機(jī)類保溫材料的市場占有率目前高達(dá)90%。

雖然有機(jī)類保溫材料保溫效果好、成本低，但其固有的耐火性差成為其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。一旦建筑發(fā)生火災(zāi)，有機(jī)保溫材料會(huì)迅速引發(fā)二次燃燒，還會(huì)在高溫下產(chǎn)生有毒有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境和威脅人民健康[1]。近年來，無機(jī)類建筑保溫材料的發(fā)展越來越快，其中發(fā)泡水泥的研發(fā)越來越受到建筑行業(yè)的青睞。

1 發(fā)泡水泥概述

19世紀(jì)20年代，歐洲開始有研究人員生產(chǎn)發(fā)泡水泥。后來前蘇聯(lián)有技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行持續(xù)研究，并取得了較大進(jìn)展。50年代初期，我國從前蘇聯(lián)引進(jìn)了該技術(shù)，并且組建了以國內(nèi)科學(xué)家為主的研究團(tuán)隊(duì)。到了1990年以后，我國又引進(jìn)了現(xiàn)澆工藝技術(shù)，研究泡沫混凝土的團(tuán)隊(duì)和科研力量越來越強(qiáng)大，技術(shù)也越來越成熟[2]。泡沫混凝土目前不僅用于建筑保溫隔熱材料，而且還可以作為補(bǔ)償?shù)鼗牧稀⒌嘏牧希蛘咦鳛檩p質(zhì)墻板使用。

2 發(fā)泡水泥的定義

發(fā)泡水泥，也稱泡沫混凝土，是我國目前繼聚苯乙烯泡沫、聚氨酯保溫板外墻、聚苯顆粒、玻化微珠、現(xiàn)場噴涂聚氨酯墻體保溫體系后的新型節(jié)能保溫墻體材料的研究熱點(diǎn)，在無機(jī)類建筑保溫材料中獨(dú)樹一幟，發(fā)展迅速。和有機(jī)類材料相比，泡沫混凝土無可燃性，具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、和建筑本體粘合性好。無機(jī)類保溫材料也有許多材料類型，如泡沫混凝土、玻化微珠、膨脹珍珠巖、閉孔珍珠巖和巖棉等。其中，泡沫混凝土具有強(qiáng)度高、工藝簡單、可塑性強(qiáng)、成本低廉的特點(diǎn)，在無機(jī)保溫材料的發(fā)展中備受青睞。

發(fā)泡水泥工藝中最重要的一環(huán)是氣泡的發(fā)生方式，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前開發(fā)有物理法發(fā)泡和化學(xué)法發(fā)泡2種方式。

2.1 物理發(fā)泡

物理發(fā)泡是通過發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機(jī)械方式充分發(fā)泡，隨后將泡沫與拌好的水泥漿用低速攪拌攪均勻，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)或放入養(yǎng)護(hù)箱形成的一種含有大量氣孔的水泥保溫材料。目前，國內(nèi)物理發(fā)泡劑品種主要有四類：松香皂發(fā)泡劑、動(dòng)植物型發(fā)泡劑、表面活性劑發(fā)泡劑及復(fù)合型發(fā)泡劑[3]。

2.2 化學(xué)發(fā)泡

化學(xué)發(fā)泡是指將化學(xué)發(fā)泡劑加入到由水泥基膠凝材料、摻合料、穩(wěn)泡劑和水等制成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、靜停發(fā)泡（利用雙氧水化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氣泡使料漿膨脹，膨脹效果達(dá)到預(yù)先配方設(shè)定狀態(tài)）養(yǎng)護(hù)而成的輕質(zhì)多孔材料[4]。

常見的化學(xué)發(fā)泡劑中使用較多的有鋁粉和雙氧水等。其中，鋁粉發(fā)泡劑的原理是利用鋁粉和堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的氫氣制造發(fā)泡效果，但由于氫氣是易燃易爆氣體，具有安全隱患［5］。雙氧水發(fā)泡劑可在催化劑作用下產(chǎn)生氧氣氣泡，雙氧水為液體，具有分散均勻、可控的優(yōu)點(diǎn)。（NH4）2CO3在堿性條件下產(chǎn)生氨氣氣泡，也可作為發(fā)泡劑使用［6］。但氨氣的產(chǎn)生速率緩慢、效率較低[7]。

2.3 物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡的優(yōu)缺點(diǎn)

物理發(fā)泡具有發(fā)泡容易掌握并可現(xiàn)場施工的優(yōu)點(diǎn)，但容重較重，一般容重在400kg/m3，強(qiáng)度較同密度的化學(xué)發(fā)泡低，因此其應(yīng)用范圍主要在地暖隔熱、現(xiàn)澆墻體和屋頂保溫現(xiàn)澆，不適用于保溫板和對(duì)強(qiáng)度要求比較高的、比較輕的產(chǎn)品上。

化學(xué)發(fā)泡具有容重比較輕，一般在200kg/m3左右；強(qiáng)度比較高、性能比較好的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不方便在現(xiàn)場施工，生產(chǎn)技術(shù)要求比較高而不容易被掌握。由于化學(xué)發(fā)泡的產(chǎn)品具有比物理發(fā)泡的產(chǎn)品更輕的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用范圍越來越廣，是今后發(fā)泡水泥走向深加工和精加工的最佳途徑。

3 發(fā)泡水泥的特點(diǎn)

發(fā)泡水泥作為無機(jī)保溫材料[8]的一種，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性賦予其優(yōu)異的熱工性能及使用功能，除具有不燃、質(zhì)量輕、保溫隔熱性能好、導(dǎo)熱系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)外，還具有吸音隔音性能優(yōu)異、吸能減震性能好、使用壽命長、無毒無害及經(jīng)濟(jì)性［9］等優(yōu)點(diǎn)，適用于外墻外保溫、防火隔離帶等。因此，發(fā)泡水泥有望在建筑保溫行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

4 發(fā)泡水泥與泡沫塑料相比的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 成本低廉，堅(jiān)固耐用

發(fā)泡水泥的堅(jiān)固耐用性比泡沫塑料的堅(jiān)固耐用性要高出千百倍以上，做得好的發(fā)泡水泥的強(qiáng)度可達(dá)0.6～15MPa以上，人可以踩在上面活動(dòng)行走，并且其壽命很長，一百幾十年內(nèi)任憑風(fēng)吹日曬雨淋不會(huì)壞，不會(huì)老化風(fēng)化。而泡沫塑料的強(qiáng)度只有0.012MPa，不能承受任何壓力，壽命短，容易老化和風(fēng)化。

4.2 保溫隔熱

發(fā)泡水泥的保溫隔熱效果與泡沫塑料的保溫隔熱效果相比不差多少，泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.039W/（m·k），與發(fā)泡水泥的導(dǎo)熱系數(shù)0.05～0.08W/（m·k）相差0.01～0.04W/（m·k），即隔熱效果相差不大，相差約50%左右。雖然發(fā)泡水泥的保溫隔熱效果與泡沫塑料相比稍差小半多，但由于其強(qiáng)度、壽命、防火、成本、施工方便性等，占有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)，在歐美等發(fā)達(dá)國家已得到普遍的應(yīng)用。

4.3 防火耐高溫

發(fā)泡水泥是完全不燃的防火材料，不怕火、耐高溫，連續(xù)用火燒2h不損壞，可耐1 200℃的高溫。而泡沫塑料是易燃材料，怕火不耐高溫，超過80℃的溫度就會(huì)軟化損壞。

4.4 無毒環(huán)保

發(fā)泡水泥無毒無味，綠色環(huán)保；而泡沫塑料燃燒時(shí)釋放有毒物質(zhì)。

4.5 輕質(zhì)

發(fā)泡水泥與同體積的泡沫塑料相比要重一些，但實(shí)際應(yīng)用中，特別是建筑建材應(yīng)用中，泡沫塑料由于太輕不容易施工，發(fā)泡水泥的輕質(zhì)性和具有一定的強(qiáng)度性剛好適應(yīng)建筑建材的應(yīng)用。所以，若用于建筑建材方面的保溫、隔熱、防火、防水、隔斷、填充、長壽耐用和降低成本等，還是選用發(fā)泡水泥為最好。

5 發(fā)泡水泥的應(yīng)用

5.1 建筑材料領(lǐng)域

發(fā)泡水泥在建材領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，如樓面隔熱磚、墻面保溫隔熱板、保溫墻板、地暖保溫磚、輕質(zhì)墻磚、輕質(zhì)磚、防水磚、防火板、節(jié)能磚、房間隔斷、輕質(zhì)土、各種輕質(zhì)建材板、人造木材、輕質(zhì)石材和填充等。

一是輕質(zhì)水泥磚或稱輕質(zhì)水泥砌塊，輕質(zhì)混凝土砌塊，簡稱免蒸加氣磚，俗稱發(fā)泡磚。此項(xiàng)應(yīng)用最為廣泛，是今后樓房建筑墻磚的發(fā)展方向和趨勢(shì)，完全符合和滿足現(xiàn)代建筑對(duì)輕質(zhì)、保溫、隔熱、隔音、隔振、防水、防火、價(jià)格低廉、強(qiáng)度適中耐用、不脆抗震和環(huán)保節(jié)能等諸多要求。現(xiàn)在做出來的輕質(zhì)磚通常容重在400～800kg，抗壓強(qiáng)度為3.0～7.5MPa，可打膨脹螺絲。雖然發(fā)泡磚的成本比較高，不易被市場接受，但其綜合建筑成本實(shí)際上比紅磚還低，設(shè)備投資在20萬～200萬，可大可小，因此這是其優(yōu)勢(shì)之一。另外，令人可喜的是用發(fā)泡磚來砌墻，具有優(yōu)異的保溫性能，因此不需要再貼什么保溫板之類的東西進(jìn)行保溫，就可具有保溫效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過用其他磚來砌墻再貼保溫板的保溫效果，完全能達(dá)到和超過65%的建筑節(jié)能要求，是一種既砌好墻又不需要再貼保溫板的產(chǎn)品，不但大幅度降低了成本，同時(shí)又提高了保溫效果，應(yīng)用前景廣闊，是一種非常優(yōu)秀的節(jié)能磚。

二是A1級(jí)墻面保溫板，是一種絕對(duì)防火的保溫板，是取代不防火的苯板、擠塑板等保溫板的較好產(chǎn)品，是今后防火保溫的主要材料。三是現(xiàn)場澆筑地暖泡沫水泥保溫層。四是現(xiàn)場澆筑樓面泡沫水泥隔熱層。五是樓面輕質(zhì)隔熱磚或稱樓面輕質(zhì)隔熱板。這是目前樓面最好的隔熱材料和隔熱方式，完全能取代塑料泡沫夾芯隔熱磚，是真正有效的樓面隔熱材料。六是輕質(zhì)裝飾板。七是防火門芯板。八是防水磚。九是輕質(zhì)填充塊。十是人造木材。采用免燒陶瓷把發(fā)泡水泥的表面處理成像木材表面一樣的效果，使其看起來像木材，拿起來很輕感覺是木材，但實(shí)際不是真的木材，而是人造木材。人造木材與真的木材相比優(yōu)點(diǎn)更多，其不怕火、不怕水、不怕蟲蛀、不怕風(fēng)吹日曬雨淋，不易開裂變形，比真的木材耐用，是真木材的一種很好的替代材料，目前已成功地應(yīng)用在人造木材家具和仿木材造形的房屋、別墅、木頭房子上。十一是輕質(zhì)人造石材。在發(fā)泡水泥的表面上涂刷一層仿石效果的免燒陶瓷，從而得到表面看是真的石材，而里面卻是很輕的發(fā)泡水泥的輕質(zhì)石材。輕質(zhì)石材目前主要應(yīng)用在建筑裝飾上，如外墻裝飾、人造假山等，可在一定程度上減輕重量和方便施工。十二是保溫墻板。用保溫墻板砌筑的墻壁，具有保溫和裝飾功能，不需要再貼保溫板之類的保溫材料，也不需要再抹灰刮膩?zhàn)拥裙ば颍闪畹狡鲋Ρ诜浅：唵慰旖荩聊陀谩?/p>

5.2 防水抗震方面的應(yīng)用

如地下室、車庫、倉庫、水渠、水溝、水池、廚房、衛(wèi)生間、外墻、高速公路、機(jī)場跑道和運(yùn)動(dòng)場地等。

5.3 防火阻燃方面的應(yīng)用

如厚層高效防火涂料、防火填料、防火門芯等。

5.4 其他方面的應(yīng)用

如石油鉆井固井、地基路基回填、暖通管、工藝造型和假山等。

6 結(jié)語

下一階段我國的發(fā)泡水泥在輕質(zhì)高強(qiáng)方面可以進(jìn)一步加強(qiáng)研究，這樣無機(jī)建筑保溫材料完全取代有機(jī)建筑保溫材料才能成為現(xiàn)實(shí)。

[1]李啟金.低密度泡沫混凝土保溫材料的制備與性能研究[M].濟(jì)南:濟(jì)南大學(xué),2014.

[2]閆振甲.泡沫混凝土發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展趨勢(shì)[J].混凝土世界,2009,30(5):48-55.

[3]張文斌.蛋白質(zhì)型水泥發(fā)泡劑的制備及其應(yīng)用[M].大連:大連工業(yè)大學(xué),2016.

[4]張磊蕾,丁蘇金,王武祥,等.發(fā)泡水泥孔結(jié)構(gòu)控制技術(shù)研究[J].新型建筑材料,2015,42(1):43-47.

[5]丁益,任啟芳,聞超.發(fā)泡混凝土研制進(jìn)展[J].混凝土,2011,32(10):13-15.

[6]徐文,錢冠龍,化子龍.用化學(xué)方法制備泡沫混凝土的試驗(yàn)[J].混凝土與水泥制品,2011,38(12):1-4.

[7]張萌,田清波,徐麗娜,等.發(fā)泡水泥的研究現(xiàn)狀及展望[J].硅酸鹽通報(bào),2014,33(10):2547-2551.

[8]周明杰,王娜娜,趙曉艷.泡沫混凝土的研究和應(yīng)用最新進(jìn)展[J].混凝土,2009,30(4):105-107.

[9]張福占.發(fā)泡混凝土的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].混凝土,2008,29(23):45.

Brief Discussion on Foamed Cement

Wang Shuang1,3,Chen Yi-tong2,Yang Yi1,You Sheng-yong1,Weng Ya-qing1,Wang Hui-bin1,Cui Hong-min1,He Guo-qing3,Chen Yan-hua1,Wang Yun-min3
(1.Institute of Applied Chemistry,Jiangxi Academy of Sciences,Jiangxi Nanchang 330096;2.Guangzhou Light Energy Chemical Building Materials Machinery Technology Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 511400;3.Jiangxi New Building Materials Limited,Jiangxi Nanchang 330000)

As a new type of green building materials,foam cement is expected to replace the organic insulation materials in the building insulation industry in a large number of applications.In this paper,the definition of foamed cement,the principle of physical chemistry and its main characteristics were introduced in detail.

Foamed cement;Foaming agent;Thermal insulation material

TQ172

A

2096-0387（2017）03-0094-04

王爽（1980-），女，遼寧營口人，碩士，助理研究員，研究方向：節(jié)能建材。