泡沫混凝土的研究和發展

卜娜蕊 郭 崇 白潤山 李章珍

(單位)

泡沫混凝土的研究和發展

卜娜蕊 郭 崇 白潤山 李章珍

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泡沫混凝土以其獨特的性能以及在建筑保溫中的廣泛應用，越來越受到人們的關注，并在各領域得到了廣泛應用。本文綜述了泡沫混凝土的性能及國內外有關研究和應用，總結了泡沫混凝土在國內外的應用進展以及目前研究存在的問題，并在此基礎上評價和展望了泡沫混凝土的發展趨勢。

泡沫混凝土；性能；應用進展；發展趨勢

0 引言

泡沫混凝又名新型輕質混凝土，其工藝制造方法最早可追溯到歐洲，在1923年，世界上才出現了真正意義的泡沫混凝土，之后的幾十年間，世界先進國家不斷加對泡沫混凝土的研發，并取得了豐碩的科研成果，也為現在的泡沫混凝土研究和發展奠定了理論基礎。泡沫混凝土是通過發泡機的發泡系統，采用機械方法把發泡劑溶液進行發泡，并把水泥砂漿等漿體和生成的泡沫再進行充分的攪拌混合，然后通過相應的泵送設備輸送混凝土來現場澆筑或直接在預制生產廠模具成型，最后養護成富含大量氣孔極具特色的新型材料。到目前，泡沫混凝土在世界各地處在快速發展階段，尤其是作為非承重保溫墻體來使用，得到了行業專家的好評與認可。

圖1 泡沫混凝土的微觀結構

圖2 泡沫混凝土自重輕

圖3 泡沫混凝土墻體的阻燃性

1 泡沫混凝土的特性

1.1 輕質性

泡沫混凝土和其它類型的混凝土相比，其密度較小，相當于一般種類混凝土的1/2 ～1/10，干表觀密度通常是在200～1600 kg/m3。在土木工程施工中，為了減輕建筑物的自重，減少上部結構對地基基礎的壓力，使用這種混凝土能夠實現建筑物的高層化。此外，使用泡沫混凝土還能有效減少建筑物梁、板等部位結構尺寸，從而節約材料和成本。

1.2 保溫和隔熱性能佳

由于大量的封閉氣孔存在這種混凝土當中，就賦予其良好的熱工性能，它的熱阻約為普通混凝土的25倍左右，干導熱系數一般在0.08～0.3w/(m·K)之間，而普通混凝土的干導熱系數在1.5w/(m·K)左右，其保溫效果要遠遠大于同等墻厚的一般材料，作為非承重保溫墻體使用這種材料就可以減小墻體厚度，從而節省房屋使用空間。

1.3 隔音性能好

泡沫混凝土有優越的氣孔結構，因此具備良好的隔音能力，能夠明顯減小噪音污染，從而改善居住生活環境，另外相比其他吸聲類材料價格也更便宜，在一些特定的環境下完全可以作為吸聲材料來使用。

1.4 調節室內濕度

隨著室內環境溫度的改變，該材料的含水率也會發生相應改變，這種特性可以很好地保持室內濕度的相對平衡，既不干燥也不至于潮濕，故而具備這種調節作用。

1.5 生產加工便捷效率高

泡沫混凝土不僅能現場施工，而且也可在預制工廠內生產成各種結構構件，直接現澆成地面、屋面和墻體，這樣就大大地提高了施工效率。就生產工藝而言，泡沫混凝土砌塊比加氣混凝土砌塊工序便捷，能耗低。現將傳統的和泡沫混凝土的工藝流程作對比，列舉如下：

傳統工藝流程：

泡沫混凝土工藝流程：

從圖中不難看出，兩種工藝區別較大，傳統工藝流程不僅繁瑣而且耗時長，這就從根本上導致了兩種砌塊的生產周期存在一定的差距。泡沫混凝土工藝流程相對更加省時省工，標準生產化效率也更快。

1.6 其他特性

除上述的特性外，泡沫混凝土還具有低彈減震性好、節能環保無公害、防水性能優越、整體性能好、可泵性能好等優良特性。

2 泡沫混凝土的發展和應用

2.1 國外泡沫混凝土的發展和應用

泡沫混凝土在世界各地用途廣泛，尤其在一些發達的國家，如美國、加拿大等國充分的利用了泡沫混凝土的這種優良性能，使其在土木工程中的使用范圍不斷擴大。具體來講，可用作：

(1)用作擋土墻結構

泡沫混凝土在這個方向主要是用作港口的岸墻。可以用來作為回填類材料，不僅能降低對岸墻的側向壓力，而且也可降低豎向壓力，從而減少了沉降量也降低了施工成本。此外，用泡沫混凝土來作為路堤邊坡時，替代了邊坡上的一部分土壤，這樣就減輕了自重，同時也增進了結構的整體穩定性。

(2)用作夾芯構件

在預制混凝土構件時，采用泡沫混凝土作為其內芯構件，這樣就賦予了構件具備輕質和優越的隔熱性，一般是用密度為400～600kg/m3的泡沫混凝土。

(3)用作復合墻板

國外用這種材料來制成各式輕質板材，通常密度在600 kg/m3左右，在目前的框架結構施工中，用來作為薄鋼板制成的復合墻板以及隔熱填充墻等。

(4)其他方面

用作管線回填、屋面邊坡、田徑跑道、運動場、防火墻的絕緣填充、貧混凝土的填層以及供水和供電管線路的隔離等方面部位。

2.2 國內泡沫混凝土的發展和應用

近年來，我國的建筑節能進入快速的發展階段，在國內各個城市和地區泡沫混凝土到處都有其蹤跡，受到了行業相關人士的高度認可。具體來講，國內的應用狀況如下：

(1)制作特種砌塊

該砌塊具備良好的加工性能，省工省時。此外，通常使用的泡沫混凝土砌塊，用作墻體的填充材料，能夠更好的減輕結構自重。尤其在地基基礎施工時，能降低樁的使用數量或者減小樁孔直徑大小，大大地減少了施工成本，所以工程應用價值相當可觀。

(2)用于工程回填

諸如建筑工程的補償地基、廢棄類礦洞的回填等，這是因為其自重較輕，能夠有效防止地基失穩所造成的坍塌或滑移現象。在2008年北京奧運會舉辦前期，就用在了奧林匹克中心通道工程地下回填中，并表現出了優良效果。

(3)裝配式建筑住宅

以房地產龍頭企業萬科為例，早在2006年，該企業就對泡沫混凝土進行系統化的研究，在住宅墻體及屋面結構部位進行大范圍的推廣使用。南航和中冶集團合作的裝配式住宅結構就用了泡沫混凝土來取代傳統的建材，并對未來的住宅提出了“免現澆全裝配式”理念。

(4)其他方面

用作地鐵隧道的減荷、回填灌漿、集成化住宅以及輕質隔墻板等等。

3 當前泡沫混凝土研究存在的缺陷

3.1 研究方面的缺陷

雖然國內諸多研究人員對其做了大量的試驗和探討，但是在微觀結構與性能之間和微觀孔結構方面研究涉及很少，相關的論文文獻報道更是少之又少，以至于在現場施工缺乏理論指導。因此，今后要研究的一個重要方向就是要加強泡沫混凝土的性能和孔洞結構之間的相關聯系，并建立相應的模型模塊進行各種性能分析。當前，力學性能和熱工功能是國內研究泡沫混凝土的重要方向，但是對于其壓縮和滲透甚至耐久性能的研究卻相對較少，只有把泡沫混凝土的各種性能都進行充分的定性定量分析剖解，這樣才能更好的有助于推動其在工程領域的廣泛應用。

3.2 工程應用中存在的缺陷

根據大量的調研工作，泡沫混凝土在施工現場的具體應用情況，普遍存在以下問題：

(1)強度偏低

主要是指泡沫混凝土的抗壓強度相對其他種類的混凝土嚴重偏低。為了克服這一缺陷，許多生產廠商通常都會摻加大量等級較高水泥，這就導致了泡沫混凝土硬化后表面易出現不同程度的裂縫，嚴重影響其耐久性能。

(2)收縮率和吸水率較大

這是因為泡沫混凝土在生產過程中引來了過多的封閉氣泡，導致收縮率偏大。內部具有多孔，會吸收大量的外來的水分導致吸水率大。

(3)對超輕泡沫混凝土缺乏研究

目前研究和應用廣泛的主要都是針對密度為 300～1200kg/m3的泡沫混凝土，針對密度＜300kg/m3級別的泡沫混凝土的相關研究和文獻較少。

4 結語和展望

總體來看，泡沫混凝土是新型混凝土技術研究的重要方向之一，雖然當下研究的深度在工程領域范圍內尚處于發展階段，但隨著具體應用的不斷擴展，市場前景是處于螺旋式上升的。“十一五規劃”以來，國家提出了單位 GDP能耗要降低兩成左右，官方也將節能環保領域作為擴大內需的重點投資方向，泡沫混凝土也因其具有多種優良的性能，得到行業相關人士的高度關注和認同。不過從現階段的生產和應用來看，還存在著諸如上文所述的一些實際缺陷，只有大力加強對此的探討與實踐研究，才能實現泡沫混凝土更快更好的發展。

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