泡沫混凝土技術(shù)在水泥工程上的應(yīng)用

孫小永 ，楊 棟

泡沫混凝土又稱發(fā)泡水泥，是通過由上料系統(tǒng)、發(fā)泡機(jī)及泵送系統(tǒng)組成的設(shè)備，將水泥漿與發(fā)泡劑混合均勻，輸送至現(xiàn)場澆筑點(diǎn)（或者模具中），經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)形成的具有大量氣泡的一種新型輕質(zhì)保溫隔熱材料，具有重量輕、保溫隔熱效果好、施工便利等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合節(jié)能環(huán)保、綠色施工要求。目前國內(nèi)許多企業(yè)致力于該技術(shù)的研究與應(yīng)用推廣，已在大量工程項(xiàng)目上取得成功。

筆者將就如何在水泥工程上推廣應(yīng)用泡沫混凝土技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 泡沫混凝土特點(diǎn)

1.1 泡沫混凝土的技術(shù)性能

泡沫混凝土中富含大量的獨(dú)立氣泡，故其具備如下特點(diǎn)：

（1）導(dǎo)熱系數(shù)為0.05～0.46W/m·K，熱阻效果可達(dá)普通鋼筋混凝土的10～30倍。

（2）容重低，可降低建筑整體荷載，一般而言，容重為普通混凝土的1/5～1/8左右。

（3）強(qiáng)度等級：抗壓強(qiáng)度為0.1～30.0MPa。

（4）耐水性：由于存在相對獨(dú)立的封閉氣泡及良好的整體性，現(xiàn)澆泡沫混凝土吸水性較小，具有一定的防水性能。

（5）良好的隔音效果：泡沫混凝土中含有大量的獨(dú)立氣泡，是普通混凝土的5倍且分布均勻，具備有效隔音的功能。

表1 泡沫混凝土技術(shù)應(yīng)用

1.2 泡沫混凝土的施工特點(diǎn)

（1）施工便利性：只需使用水泥發(fā)泡機(jī)即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)垂直高度200m的遠(yuǎn)距離輸送，工作量為150～300m3/工作日。

（2）易于實(shí)現(xiàn)配置與澆筑作業(yè)一體化，減少運(yùn)輸及損耗。

（3）操作簡便，施工作業(yè)操作難度相對較低；相較于傳統(tǒng)砌筑、混凝土澆筑作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)小、更安全。

2 泡沫混凝土在水泥項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 泡沫混凝土應(yīng)用于水泥項(xiàng)目中的部位

泡沫混凝土在水泥工程上可應(yīng)用于如下部位：室內(nèi)外填充墻、隔墻，屋面保溫隔熱層，電氣排管填充，庫體找坡填充結(jié)構(gòu)、地基換填等部位。在上述部位應(yīng)用時(shí)，泡沫混凝土主要技術(shù)特點(diǎn)見表1。

表2 泡沫混凝土干密度、導(dǎo)熱系數(shù)及抗壓強(qiáng)度關(guān)系

2.2 泡沫混凝土的設(shè)計(jì)

2.2.1 泡沫混凝土的性能

泡沫混凝土干密度、導(dǎo)熱系數(shù)以及抗壓強(qiáng)度為泡沫混凝土設(shè)計(jì)及應(yīng)用的三個(gè)主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，三者間的關(guān)系見表2。

其他性能，如吸水率等級等，視工程使用部位及設(shè)計(jì)要求而定。

2.2.2 設(shè)計(jì)選型

（1）內(nèi)外填充墻、隔墻

a強(qiáng)度及厚度選取：根據(jù)泡沫混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（JGJ/T 341-2014）規(guī)定，外墻填充強(qiáng)度等級不應(yīng)低于FC4.0/200mm厚，內(nèi)填充墻不應(yīng)低于FC3.0/120mm厚；

結(jié)合表2中干密度與強(qiáng)度關(guān)系，泡沫混凝土在填充墻體選型時(shí)以A08～A10為宜。

b保溫隔熱性能：A08～A10泡沫混凝土容重在750～1 050kg/m3，實(shí)際導(dǎo)熱系數(shù)≤0.27W/m·K。而傳統(tǒng)混凝土空心砌塊容重在1 900kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)0.81W/m·K。采用泡沫混凝土替代傳統(tǒng)的混凝土空心砌塊時(shí)，200mm厚泡沫混凝土墻體相當(dāng)于200/0.27×0.81=600mm厚普通混凝土空心砌體具備的保溫隔熱效果，建筑節(jié)能效果優(yōu)異。

（2）屋面保溫隔熱層

a強(qiáng)度要求：在屋面保溫層設(shè)計(jì)時(shí)，一般對于混凝土強(qiáng)度要求很低，干密度等級為A01～A02的泡沫混凝土強(qiáng)度均能滿足要求。

b保溫隔熱性能：干密度等級為A01～A02的泡沫混凝土熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.05～0.06W/m·K，與傳統(tǒng)的保溫聚苯乙烯板（熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.042W/m·K）熱傳導(dǎo)系數(shù)基本相當(dāng)，并且具備整體性和施工便利性。

c設(shè)計(jì)厚度：根據(jù)熱平衡計(jì)算確定。與傳統(tǒng)聚苯乙烯板設(shè)計(jì)相比較，可實(shí)現(xiàn)找坡層與保溫層一體化，使找坡層兼具保溫層性能，降低施工總成本。

（3）電氣排管、混凝土找坡及地基處理等工程部位

此類部位的應(yīng)用，主要利用了泡沫混凝土的填充作用，發(fā)揮其施工便利的特性。一般而言，泡沫混凝土的型號選取，主要根據(jù)使用部位的強(qiáng)度確定。如電氣排管根據(jù)地下埋深選擇等，通常A02～A04的強(qiáng)度即可滿足要求。

表3 泡沫混凝土施工設(shè)備配置表

表4 泡沫混凝土施工人員配置

2.3 泡沫混凝土施工

2.3.1 施工配置

（1）設(shè)備配置

設(shè)備配置相對較為簡單，施工設(shè)備配置見表3。

（2）人員配置

通常情況下，泡沫混凝土施工作業(yè)可由如下人員配置完成，基本實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目本土化作業(yè)。見表4。

當(dāng)用泡沫混凝土替代砌體作業(yè)時(shí)，模板支設(shè)工作由專業(yè)木工配備大模板完成，澆筑作業(yè)也由這些人員完成，無需為砌體作業(yè)專門配置瓦工，可大幅度減少海外項(xiàng)目的人員差旅費(fèi)用支出。

2.3.2 施工配合比

泡沫混凝土配合比設(shè)計(jì)按以下基本原則及程序進(jìn)行初步計(jì)算，經(jīng)適配后進(jìn)行調(diào)整確定：

（1）ρd=Sa（mc+mm），根據(jù)設(shè)計(jì)容重確定水泥及摻合料用量。

（2）mw=B（mc+mm），根據(jù)膠凝材料用量確定用水量。

（3）V1=mc/ρC+mm/ρm+ms/ρs+mw/ρw，計(jì)算確定由水泥、摻合料、骨料、水等組成的料漿總體積。

（4）V2=K（1-V1），計(jì)算發(fā)泡體積。

（5）my=ρfV2，計(jì)算發(fā)泡液質(zhì)量。

（6）mf=my/（1+β），計(jì)算發(fā)泡劑用量。

式中：

ρd——泡沫混凝土的設(shè)計(jì)干密度，與容重等級相對應(yīng)，kg/m3

Sa——泡沫混凝土養(yǎng)護(hù)28d后，各基本組成材料的干物料總量與成品中非蒸發(fā)物總量所確定的質(zhì)量系數(shù)。普通硅酸鹽水泥選擇1.2，硫鋁酸鹽水泥取1.4

B——水膠比，在不摻加減水劑的情況下，一般取值0.5～0.6

mc，mm，ms，mw——分別為1m3泡沫混凝土中水泥，粉煤灰、火山灰等摻和材料，骨料和水的質(zhì)量

ρC，ρm，ρs，ρw——分別為水泥密度（3 100kg/m3）、摻合料密度（粉煤灰2 600kg/m3、礦渣粉密度2 800kg/m3）、骨料表觀密度、水密度（1 000kg/m3）

ρf——實(shí)測發(fā)泡液密度，kg/m3

K——富余系數(shù)，對質(zhì)量較好的發(fā)泡劑取1.1～1.3

my——發(fā)泡液質(zhì)量，kg

mf——發(fā)泡劑質(zhì)量，kg

β——發(fā)泡劑稀釋倍數(shù)

在泡沫混凝土的試配過程中應(yīng)注意，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度應(yīng)以滿足這一等級的產(chǎn)品使用性能為主，而不應(yīng)參照密實(shí)混凝土，盲目追求強(qiáng)度。一般配置強(qiáng)度應(yīng)大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值要求的3%～10%。

2.3.3 泡沫混凝土施工

（1）模板拼接嚴(yán)密，不應(yīng)漏漿。

（2）泡沫混凝土應(yīng)隨拌隨澆，停滯時(shí)間≯30min。

（3）泡沫混凝土在施工過程中禁止振搗。

（4）根據(jù)泡沫混凝土的容重，確定一次澆筑高度，避免一次澆筑高度過大，產(chǎn)生的氣泡無法支撐混凝土，出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

（5）泵送泡沫混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)控制出料口與澆筑面之間的高差，其值宜控制在500mm范圍內(nèi)。

（6）養(yǎng)護(hù)：泡沫混凝土應(yīng)在澆筑完成12h內(nèi)，進(jìn)行覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)，保持濕潤，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≮14d。

表5 泡沫混凝土配合比*

3 經(jīng)濟(jì)性分析

由2.2.2設(shè)計(jì)選型可見，在水泥項(xiàng)目上，屋面保溫隔熱層、填充及地基處理中泡沫混凝土的應(yīng)用，一般設(shè)計(jì)等級為A01-A04即能滿足要求，此類泡沫混凝土以A03為實(shí)例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析；而填充墻體常以A08-A10為宜，此類泡沫混凝土以A09為實(shí)例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

A03和A09型初步配合比見表5。

通過初步配合比可以得出，以所在國水泥價(jià)格600元/t計(jì)算，A03和A09型泡沫混凝土材料費(fèi)用計(jì)約167元/m3和458元/m3，如當(dāng)?shù)鼐哂蟹勖夯业葥郊恿蠒r(shí)，可摻加0%～30%的水泥用量，替代水泥，在一定程度上能降低成本。

（1）A03填充用泡沫混凝土：價(jià)格優(yōu)于傳統(tǒng)使用的C10～C15混凝土。

（2）A03屋面保溫隔熱層用泡沫混凝土：由于能夠做到找坡層與保溫層一體化，可基本節(jié)約傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的聚苯乙烯板的材料費(fèi)及施工費(fèi)用。

（3）A09填充墻體用泡沫混凝土：隨著水泥用量的增加，與傳統(tǒng)砌筑材料價(jià)格相比，沒有太明顯的優(yōu)勢。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾方面：

a免抹灰，可直接進(jìn)行膩?zhàn)诱移阶鳂I(yè)，以此降低整體施工費(fèi)用。

b保溫節(jié)能效果突出，可在一定程度上減少工程量，節(jié)約費(fèi)用。

c降低建筑永久荷載，利于優(yōu)化設(shè)計(jì)工程量。

（4）項(xiàng)目綜合效益

a無需為項(xiàng)目配置專業(yè)瓦工。以項(xiàng)目2 500m3砌體為例，可精簡至少10～15名砌筑瓦工，大幅度降低差旅、動(dòng)遷、簽證、食宿等費(fèi)用支出。

b實(shí)現(xiàn)無瓦工配置后，項(xiàng)目混凝土作業(yè)所需的振搗作業(yè)更利于向一專多能性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)力資源的扁平化配置。

c泡沫混凝土作業(yè)利于實(shí)現(xiàn)本土化，發(fā)揮本土化作業(yè)優(yōu)勢；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)配置與澆筑一體化，大幅度降低成品的運(yùn)輸費(fèi)用和損耗。

4 結(jié)語

作為新型建筑節(jié)能技術(shù)，泡沫混凝土在水泥項(xiàng)目上具有良好的應(yīng)用和推廣價(jià)值，尤其在海外項(xiàng)目上，更具有本土化作業(yè)優(yōu)勢。未來，在水泥項(xiàng)目上，泡沫混凝土技術(shù)可逐步結(jié)合設(shè)計(jì)向預(yù)制技術(shù)、復(fù)合墻體應(yīng)用方向發(fā)展。■