泡沫混凝土的發展及應用現狀綜述

夏英志

摘? 要：泡沫混凝土屬于多孔混凝土的一種，由于其輕質、保溫隔熱、耐火性以及耗能減震等優點越來越廣泛的應用于工程領域各個方面。文章主要從各個應用領域出發，綜述泡沫混凝土的應用范圍以及優勢，提出一定的研究方向及建議。

關鍵詞：泡沫混凝土;應用領域;綜述

中圖分類號：TU528.2? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）18-0178-03

Abstract： Foam concrete is a kind of porous concrete， which is more and more widely used in all aspects of engineering because of its light weight， thermal insulation， fire resistance， energy dissipation and so on. Starting from various application fields， this paper summarizes the application scope and advantages of foam concrete， and puts forward some research directions and suggestions.

Keywords： foam concrete; application field; summary

引言

泡沫混凝土的組成主要包括水、水泥、粉煤灰等，通過各種摻合料原料加工而成，加工時，通過物理或化學法，對材料進行處理，主要是把氣泡引入膠凝漿體里，通過一定時間的凝結硬化，再最后制作完成，呈現大量孔隙輕質混凝土材料，這種材料廣泛應用到各類建筑中，起到了良好的環保效果。泡沫混凝土的優點是輕質、保溫、隔熱、隔音、耐火、高流態、減震、環保、整體性好、施工簡便等。此外，泡沫混凝土可以利用大量的工業廢渣[1]，符合可持續發展的需要，此類混凝土成本較低，起到降低工程造價等作用。

自1950年蘇聯專家向我國推廣泡沫混凝土技術，經過60多年的研究與應用，隨著泡沫混凝土技術的不斷發展，其技術水平已經非常成熟。在不同的建設領域得到了廣泛應用，如擋土墻、用作復合墻板、管線回填、混凝土填層、屋面邊坡等，具體主要從以下五個方面介紹，包括：路橋應用、屋面應用、地鐵隧道應用、管線應用及其他方面應用。

1 路橋應用

泡沫混凝土因輕質高強、不可壓縮以及高流動性等特點應用于道路橋梁換填，為路橋設計中的一些難題提供了相應的解決方案。在施工設計中主要以實際工程為準，以工程需要的標準進行整體設計，使混凝土強度和密度符合實際工程需求，全面提高了混凝土施工效率，保證了工期。

在路橋方面的應用主要包括：（1）道路橋臺背路基換

填。泡沫混凝土用于填筑橋臺與路基連接處，可以使得橋臺與路基結合部附近沉降曲線的梯度變化更加緩慢。大幅度降低填土荷載，減小地基附加應力，提高路基的穩定性;使得路基與橋臺間的過渡段材料性能不至于突變;混凝土可以直立填筑，減少了側向壓力。（2）用于道路加寬。混凝土可以直立填筑，減少了土地的占用，一方面縮短了工期，另一方面減少了工程造價。（3）用于橋梁減跨。主要能夠全面解決好土壓力及臺前錐坡等問題，使橋臺設計更加優化，呈現了單排橋臺，減少橋跨及造價。

作為輕質回填材料可以降低路基的整體自重，減少對結構物的側向壓力。Kazuya Yasuharad[3]等主要對輕質土工材料（LGM）進行系統的研究論證，通過在各種道路上的應用，提高了交通能力，保證了材料的科學性、穩定性，特別是在路基的基礎建設中，有效提高了道路的承載能力，減少了交通荷載壓力，行駛過程中，能夠避免出現震動反應，保證了車輛的穩定性。通過系統的研究，我們發現，LGM如果用于路基建設時，震動水平會不斷產生變化，以LGM彈模增加或者減少為基準，相應增加或者減少。

2003年，陳忠平、肖禮經、蔡力等全面對泡沫混凝土進行了基本研究，根據實際現場為例，進一步拿出科學的實證，通過現場的測試與研究發現，材料性質較為穩定，泡沫混凝土在公路工程實踐中有著良好的效果。2004年，魏越強等又在此基礎上，提出無砂大空隙率混凝土臺后填筑物的想法，并通過試驗研究取得了良好的實踐效果[4]。

在錢江通道及接線工程紹興段，泡沫混凝土應用于軟基地段路基工程，28d抗壓強度均超過0.6MPa，密度為600kg/m3左右。泡沫混凝土填筑處理后，從施工期至預壓期這一時間段計算，建設物的累計沉降量為50～300mm之間，如果卸載，工后的沉降就變得非常小[8]。呂錫嶺也以高速拓寬工程為載體進行了一系列研究，全面對泡沫混凝土拓寬路基附加應力規律和沉降等進行了分析，全面得到了拓寬參數對新舊路基均勻沉降所產生的影響面。通過上述研究，我們看到，如果路面的拓寬寬度加寬，對陳舊的道路就會產生影響，同時，也會出現較大的不均勻沉降現象，最大差異沉降率非線性增大;如果是零征地拓寬，那么，工程對陳舊的道路就不會產生影響;結果表明，挖路的寬度越是增加，那么，泡沫混凝土“應力置換”整體效果就會加強。高速公路高路堤路段滑塌采用泡沫混凝土處治能減輕填土自重，提高路堤的抗滑穩定性，而且能縮短施工工期，并節省用地，充分提高土地利用效率和工程質量[10]。

Paul J.Tikalsky等人研究的最后結果是，泡沫混凝土具備良好的抵抗凍融破壞能力，具有長久性，從整體看，性質、環境、滲透度和吸水率均達到一定的水平，抗壓度1.0MPa，所以說，低密度泡沫混凝土砌塊的抗凍能力超強[5]。

2016年11月湖南省首個采用泡沫混凝土工程的公路終于完工。廣州亞運大道現澆泡沫混凝土施工、京珠高速公路現澆泡沫混凝土工程、鳥巢周邊道路現澆泡沫混凝土工程、天津津濱高速公路現澆泡沫混凝土工程等。

2 屋面、地面應用

自20世紀90年代末，泡沫混凝土屋面保溫現澆技術從韓國引入我國，在東部沿海地區得到應用并不斷發展。隨著近十多年建筑節能和材料保溫的趨勢，泡沫混凝土發展達到頂峰。在我國尤其是北方一些取暖地區，泡沫混凝土被廣泛的應用于墻體以及地暖等方面。河北省地暖協會出臺我國第一部泡沫混凝土標準—《泡沫混凝土地暖保溫層地方規范》。2009年春，我國對新型材料進行了全面的規范，泡沫混凝土已經在《地面輻射供暖工程用發泡水泥絕熱層、水泥砂漿填充層技術規程》的條款中出現，已經完全受到各界使用，也有了良好的合作效果。

泡沫混凝土綜合利用工業廢渣，在建筑墻體材料中得到應用。侯東君等研究表明隨著泡沫的增加，陶粒泡沫混凝土強度逐漸降低，表觀密度降低，吸水率增加，當泡沫摻量達到300%時，表觀密度僅為340kg/m3，強度達到1.12MPa，滿足墻體承重要求。

湖南工業學院張忠球、謝朝軍也對料膨脹珍珠巖超輕保溫混凝土砌塊進行了一系列研究，通過與改性聚丙烯纖維進行合制，形成新型材料，通過改善制品抗拉能力的測試，基本對材料性能有了全面的了解，根據他們研究的結果制作泡沫混凝土材料，能夠達到質輕、抗凍、防火的性能，在各個領域中的應用更加廣泛，特別是在保溫層及填充墻上的使用，能夠達到顯著效果。

代見青等人用拜耳法赤泥制備泡沫混凝土砌塊，干密度在800～1200kg/m3時能達到JT/T 1062-2007標準中密度等級、強度等級、吸水率、導熱系數和線收縮率的要求;在干密度時抗凍性能達到夏熱冬冷地區的標準[6]。

3 地鐵隧道應用

泡沫混凝土具有質輕、耗能減震、保溫隔熱等優良特性，用于高填方段、地鐵隧道以及地下連續通道等減小回填荷載，有效降低地基應力，減小沉降的不均勻性，具有較高的社會效益和較大的發展前景。

泡沫混凝土首次在地鐵中的使用工程是廣州地鐵三號線與快速路的重疊區建設，該項目主要是使用了泡沫混凝土材料，在路面建筑上，全面減少了荷載，抽芯試驗的結果也非常樂觀，地鐵隧道減荷使用這類材料，完全可行。

而后，泡沫混凝土又應用于北京奧運地鐵隧道結構現澆泡沫混凝土工程減荷回填、國家體育場周邊明挖隧道基坑邊隙回填、金川公司采礦區回填。

普通混凝土不能滿足高寒地區建筑保溫要求，市面上的有機保溫材料增加了施工工程量和造價，且有機材料易老化，容易造成一定程度上的環境問題。

譚賢君、趙武勝等人利用9因素4水平正交試驗得到影響泡沫混凝土隔震性能的主要因素及各組分的配合比，并制備一種高性能混凝土。經過靜力和動力試驗結果表明新制備的混凝土在強度、延度以及防水性能上得到較大改善，經過在具體工程中的使用顯示該混凝土可以有效降低隧道襯砌單元的應力以及塑性破壞區的大小，此項研究成果對于高烈度區隧道的抗震設計有較好的意義[7]。

鐵峰山2號隧道工程中在膏鹽段為了抵抗膏鹽吸水膨脹后產生的膨脹壓力。要求在隧道初襯和二次襯砌間設置一層泡沫混凝土。

4 管線應用

低密度氣泡混合輕質土的保溫、隔熱性能特別突出，在地表淺層管槽內，鋪設管道完成后，使用氣泡混合輕質土進行回填。早在1979年，北京動物園暖氣外線工程中，對1000m直埋敷設暖氣管道保溫采用了輕質氣泡混凝土材料，取得良好的效果。該材料的應用一方面解決了路面工后的沉降問題;另一方面對暖氣管道進行了保溫處理。

煤炭工程中使用泡沫混凝土工程，能夠在技術上達到最大效果，開灤煤礦特大頂板冒落崆峒澆筑回填中就應用了這項技術，和傳統的材料比較，泡沫混凝土回填灌漿操作更加簡化，施工快速，回填快充實、管道上浮小、成本投入少，在實踐中有著良好的效果。我們可以根據山西引黃工程連結段工程這個實例對材料的性能情況進行比較，王武祥主要對泡沫混凝土穿管回填灌漿試驗進行了介紹，通過系統的分析，工程使用的就是混凝土密度1200kg/m3的新型材料，抗壓為2.0MPa[8]，最后的結果表明，經濟和社會效益雙贏。

粗油、化學品地下廢棄管線、污水管空穴等施工，控制不當，就會出現塌方事故，而使用了600kg/m3～1100kg/m3的泡沫混凝土就能夠減少危險，確保回填效果[9]。

5 其他方面應用

擋土墻施工中也使用到這種技術，填充輕質材料能夠全面減小側向壓力，有效降低垂直荷載，保證了整體結構的穩定;能夠有效降低噪音，聲屏障工程主要是特制陶瓷泡沫混凝土，有隔熱、隔聲、高強的特點。

國外在泡沫混凝土的應用上與國內基本相同，其中在國外許多研究者利用泡沫混凝土的耗能減震性，將泡沫混凝土用作軍事方面，一方面是射擊靶場，另一方面是地下坑道防爆建設[10]。此外，美國研究者還研究了一種纖維增強泡沫混凝土用于專門的實彈訓練。

6 總結及展望

泡沫混凝土由于其輕質、流動性好、保溫隔熱以及抗震減耗等方面的優點，在工程領域得到廣泛應用。但是由于其強度較低，也使它的應用受到一部分限制，目前對于泡沫混凝土還存在以下問題：（1）國家正式出臺的標準及

規范相對較少，對工程的指導作用較少，此外泡沫混凝土的工程研究領域多于理論研究。（2）關于泡沫混凝土的實驗設計方面沒有統一的標準，還在應用普通混凝土的實驗方案。（3）泡沫混凝土的耐久性還需要進行改善，泡沫混凝土強度較低。（4）泡沫混凝土吸水率較大，在多水以及季節性冰凍地區的應用受到限制。

有關混凝土的凍融研究相當廣泛，而針對泡沫混凝土的凍融特性研究相比非常缺乏。

參考文獻：

[1]張巨松，王才智，黃靈璽，等.泡沫混凝土[M].哈爾濱工業大學出版社，2016.

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[3]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.

[4]杜素云，劉啟順，操龍玉，等.泡沫混凝土在紹興軟基地段路基工程中的應用[J].混凝土，2013（4）：147-149.

[5]吳穎峰，夏國權.泡沫混凝土在公路高路堤段滑塌處治中的應用[J].鐵道建筑，2013（11）：78-79.

[6]竺萬發，張業紅，蘇英，等.我國泡沫混凝土的研究進展及工程應用[J].材料導報，2013，27（S1）：317-320.

[7]張忠球，謝朝學.新型輕質保溫混凝土砌塊的探索性研究[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2006（1）：44-46.

[8]張磊蕾，王武祥.泡沫混凝土的研究進展及應用[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2010（1）：38-42.

[9]譚賢君.高海拔寒區隧道凍脹機理及其保溫技術研究[D].中國科學院研究生院，2010.

[10]趙武勝，陳衛忠，譚賢君，等.高性能泡沫混凝土隧道隔震材料研究[J].巖土工程學報，2013，35（8）：1544-1552.