泡沫混凝土 (2)

1、功能材料-泡沫混凝土功能材料 目录摘要21引言22泡沫混凝土22.1泡沫混凝土的定义22.2泡沫混凝土与加气混凝土区别22.3泡沫混凝土的分类33泡沫混凝土的生产工艺43.1泡沫混凝土原材料43.1.1水泥43.1.2发泡剂43.1.3填料53.1.4骨料53.1.5纤维63.1.6外加剂63.2泡沫混凝土制备工艺64泡沫混凝土的功能特点75.1.1挡土墙中的应用95.1.2泡沫混凝土轻质墙板95.1.3泡沫混凝土补偿地基95.1.4泡沫混凝土机场跑道阻滞系统105.2国外泡沫混凝土的应用105.2.1用作挡土墙105.2.2修建运动场和田径跑道105.2.3用作夹芯构件105.2.4管线回填

2、105.2.5用作复合墙板115.2.6屋面边坡115.2.7储罐底角的支撑116泡沫混凝土应用中存在的问题及解决方案116.3解决方案127结语12参考文献13泡沫混凝土的研究及应用进展摘要：本文介绍了泡沫混凝土的物理性能及功能特点，分析了其原材料的特点、制备工艺方法，就目前泡沫混凝土的应用情况进行了概述，提出了我国目前泡沫混凝土生产和使用过程中存在的问题, 分析了问题的产生原因和施工操作上的影响因素, 指出制备优质泡沫混凝土的可能途径。关键词：泡沫混凝土，制备工艺，功能特点，应用1 引言泡沫混凝土是混凝土大家族中最年轻的一员，具有密度小、质量轻、保温、隔音、隔热、隔潮、抗震等性能，是一种新

3、型的建筑材料。它的开发和应用，加快了工程的进度，提高了工程质量，达到节能降耗的效果，推动超高层建筑物的发展。因此，泡沫混凝土的制备和性能越来越受到人们的重视。泡沫混凝土作为一种新型的建筑节能环保材料广泛用于对运动场地的修建和田径跑道的修建、挡土墙、夹芯构件、管线回填、贫混凝土填层、用作复合墙板、屋面边坡、储罐底脚的支撑等，为我国建筑工程领域的发展起到了重要的推动作用。但是泡沫混凝土尚有一定的缺陷，例如混凝土强度偏低、吸水、开裂等问题，因而要就一步扩大其应用领域还需在配合比、发泡剂、仪器设备、工艺流程等方面做更进一步的研究。2 泡沫混凝土2.1 泡沫混凝土的定义泡沫混凝土是将发泡剂水溶液制成的泡

4、沫加入到含硅质材料(粉煤灰、砂)、钙质材料(水泥、石灰)、水及外加剂组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的轻质多孔建筑材料1。泡沫混凝土的气泡独立、封闭，一般直径在0.05 mm1.25 mm范围内，见图2.1。2.2 泡沫混凝土与加气混凝土区别泡沫混凝土属于多孔混凝土中的一种。大量微小的气孔在泡沫混凝土内部均匀的分布着，泡沫混凝土在外观结构上与加气混凝土是非常相似的，泡沫混凝土主要的热工性能和物理力学性能跟加气混凝土非常相似。泡沫混凝土与加气混凝土最主要的区别是在制品内部气孔所形成的方式不同。加气混凝土是一种利用化学的方法在料浆中掺入发气剂，通过化学反应产生气体致使混凝土料浆产生膨胀

5、，经成型硬化之后形成的一种多孔结构材料2。而泡沫混凝土是利用物理的方法产生泡沫，将发泡剂在机械的作用下所制备的泡沫与预先制备的料浆一起混合均匀，经过成型硬化之后形成的一种多孔结构材料。一般情况下，泡沫混凝土拌和物具有良好的流动性，可以进行远距离泵送和现场浇注，也可生产预制品；而加气混凝土则一般只用于生产预制品，不能用于泵送和现场浇注。图2.1 泡沫混凝土截面图2.3 泡沫混凝土的分类泡沫混凝土的分类方式很多，按胶凝材料的组成可分为水泥型泡沫混凝土、菱镁型泡沫混凝土、石膏型泡沫混凝土、火山灰质胶凝材料型泡沫混凝土；按所使用填充料的种类可分为粉煤灰型泡沫混凝土、矿渣型泡沫混凝土、秸秆型泡沫混凝土等

6、。按使用功能可分为结构型泡沫混凝土、保温结构型泡沫混凝土、保温型泡沫混凝土；按应用领域可分为工程类泡沫混凝土、工业类泡沫混凝土、房建类泡沫混凝土、园林类泡沫混凝土；按养护方式可分为自然养护型的泡沫混凝土、蒸压养护型的泡沫混凝土、蒸汽养护型的泡沫混凝土3。 依据泡沫混凝土的干密度分类，可将泡沫混凝土分为十一个等级，分别用符号A03、A04、A05、A06、A07、A08、A09、A10、A12、A14、A16 表示。依据泡沫混凝土强度等级分类，可将泡沫混凝土分为十一个等级，分别用符号 C0.3、C0.5、C1.0、C2.0、C3.0、C4.0、C5.0、C7.5、C10、C15、C20 表示。依

7、据泡沫混凝土吸水率等级分类，可将泡沫混凝土分为八个等级，分别用符号 W5、W10、W15、W20、W25、W30、W40、W50 表示。3 泡沫混凝土的生产工艺3.1 泡沫混凝土原材料泡沫混凝土的基本原材料为水泥、石灰、水和发泡剂，也可在此基础上掺加一定量的填料、骨料、纤维和其他外加剂等，以改善泡沫混凝土的性能。3.1.1 水泥 水泥作为泡沫混凝土的主要胶凝材料，起胶结作用，是其强度的主要来源。由于泡沫混凝土引入大量气泡，如果发泡剂溶液产生的泡沫稳定性不好，成型后的制品中的泡沫将在水泥料浆硬化前破裂，导致塌模和表面裂缝。因此，宜采用高强度等级早强硅酸盐水泥和早强、快硬特种水泥（如硫铝酸盐水泥和

8、铝酸盐水泥等）。但是这类特种水泥价格昂贵、产量小且分布不广。乔欢欢等4通过在普通硅酸盐水泥中掺入一定量的高铝水泥和碳酸锂来缩短水泥浆的初凝和终凝时间，为普通硅酸盐水泥作基材制备泡沫混凝土提供了一种较好的方法。3.1.2 发泡剂发泡剂性能的好坏影响新拌浆体的含气量、流动性和浇筑体的体积稳定性，最终会影响硬化体的表观密度和强度。因此，发泡剂是生产泡沫混凝土的关键技术之一。发泡剂的种类主要有：松香类、合成类表面活性剂、蛋白类和复合型。松香类是第一代发泡剂。这类发泡剂主要有松香皂和松香热聚物类。合成类表面活性剂是第二代发泡剂。这类发泡剂易起泡，发泡倍数高，但是存在泡壁薄、稳定性差以及对混凝土强度影响大

9、等缺点。蛋白类是第三代发泡剂。这类发泡剂分为植物蛋白和动物蛋白两类，植物蛋白发泡剂包括茶皂素型和皂角苷型，动物蛋白发泡剂包括水解动物蹄角、水解废动物毛和水解血胶三类。复合型是第四代发泡剂。这类发泡剂不再是单一的组分，而是由多种功能组分复合而成。由于蛋白类发泡剂的突出优点是制出的泡沫特别稳定，可以长时间不消泡，完全消泡时间大多都长于24h，并且发泡倍数也比较满意，所以目前发达国家的发泡剂基本以蛋白类为主。国内发泡剂由于起步较晚，总体上功能偏少、稳定性差，以致所制备的泡沫混凝土制品强度较低。但近年来，国内研究者作了大量研究工作，致力于开发性能优良的发泡剂。发泡剂最基本的两大性质是起泡能力和泡沫稳定

10、性。发泡剂的选择应在保证一定的起泡能力的基础上，重视其泡沫稳定性。泡沫是气体分散在液体中的粗分散体系，由于体系存在着大量的气-液界面，属于热力学不稳定体系，所以泡沫最终还是趋于破坏的。造成泡沫破坏的主要原因有重力排液、表面张力排液和气泡内气体的扩散。泡沫稳定性主要取决于液体析出的快慢和液膜的强度，增大溶液的粘度和液膜的粘弹性，可以解决泡沫因上述原因造成的自身破裂问题，如掺加具有泡沫稳定性的表面活性剂和胶状物。泡沫稳定性的另一方面是泡沫在外界环境中以及与料浆混合时能保持不破裂的性能，它不仅与其自身性能有关，也取决于外界因素的影响。3.1.3 填料E.P.kearsley等5用粉煤灰大体积取代水泥

11、制备泡沫混凝土，研究结果表明，粉煤灰最高取代率至67%对泡沫混凝土的抗压强度没有明显的影响，他们得出的结论是泡沫混凝土的抗压强度主要受密度影响。E.K.Kunhanandan等6研究了粉煤灰作为填料与砂子以不同的比例混合掺加时对泡沫混凝土性能的影响，研究发现泡沫混凝土浆体的稠度主要受粉煤灰替代率影响，而流动性能主要受泡沫体积影响，对于一定密的泡沫混凝土，用粉煤灰替代砂子有利于提高抗压强度。杨久俊等7制备的泡沫混凝土采用的填料是从粉煤灰中提取出来的壁厚高强的微珠，发泡剂是自制的高分子热聚物发泡剂，试验测得600kg/m3级泡沫混凝土的抗压强度可以到5.0MPa7.0MPa，700kg/m3级达到

12、10.0MPa以上。3.1.4 骨料制备泡沫混凝土常用的骨料有砂、陶粒、碎石屑、膨胀聚苯乙烯和膨胀珍珠岩等。朱晓东等8利用页岩陶粒和轻体火山渣为骨料制备泡沫混凝土砌块，试验结果表明砌块抗冻性优于蒸压加气混凝土砌块，800kg/m3级的砌块抗压强度达5.0M Pa，符合墙体材料MU5.0外墙砌体要求。袁俊9利用膨胀珍珠岩为轻骨料，制备粉煤灰泡沫混凝土屋面材料，试验结果表明，700kg/m3级的泡沫混凝土屋面材料28d抗压强度最高可达3.6MPa，导热系数最低至0.15Wm-1K-1，具有良好的保温、隔热和隔音效果。李勇等10利用废弃的聚苯颗粒、粉煤灰和聚丙烯纤维等制成发泡混凝土面材，再以硬泡聚氨

13、酯作为芯材复合制成外墙发泡混凝土新型复合保温板，并分析了其技术性能，认为效果良好。A.Remadnia等11利用粉碎废弃塑料瓶颗粒为轻骨料取代砂子，制备超轻泡沫混凝土，研究发现掺加塑料瓶细颗粒可以改善拌和物的流动性，并且制备的超轻混凝土具有良好的保温性。3.1.5 纤维在泡沫混凝土中可用木纤维、竹纤维、聚丙烯纤维、纤维素纤维和尼伦纤维等多种低模量纤维。近来也有研究者做了这方面的相关工作。王立久等12将农作物秸秆纤维掺加到泡沫混凝土中，并以该泡沫混凝土作为芯材，以磷镁酸水泥或碱矿渣水泥作为结构面板制成三明治结构，来代替现今常用的外墙墙体，取得了明显的节能效果。陈兵等13研究发现掺加聚丙烯纤维可以

14、显著提高泡沫混凝土的劈裂抗拉强度，并且干缩率也明显下降，并通过掺加微硅粉和聚丙烯纤维，制备出抗压强度为10.0MPa50.0MPa的高强泡沫混凝土。3.1.6 外加剂为了满足泡沫混凝土的和易性及某些特殊性能的要求，泡沫混凝土中必须加入不同种类的外加剂，如掺膨胀剂以减少收缩裂缝；掺纤维材料以提高抗拉强度；用有机物对其进行表面浸渍聚合以提高强度和降低吸水性；掺适量骨料以减小收缩；掺粉煤灰后加入一些激发剂来加快强度发展。3.2 泡沫混凝土制备工艺泡沫混凝土的制备工艺与普通混凝土有很大的不同, 其制备工艺流程见图3.1。图3.1 泡沫混凝土制备工艺流程图a.搅拌，泡沫混凝土的搅拌分为一次搅拌和二次搅拌

15、，一次搅拌是将水泥或水泥砂浆浆体搅拌均匀，要求不能有团块和大颗粒的存在，具有很好的黏性和分散性。二次搅拌是将泡沫加入浆体，其技术要求较高，要求浆体上部没有泡沫漂浮聚集，下部没有料团沉积，泡沫均匀分散在浆体中，且搅拌时间不宜过长。b.输送，泡沫混凝土的内部含有大量的气泡，泡沫掺量、泡沫已破损程度、含水量、泌水率等对泡沫混凝土的输送都有很大的影响，所以在施工时应根据具体施工要求，选择泡沫混凝土输送设备及输送工艺，确保泡沫混凝土不离析、分层，泡沫含量及质量合格。c.养护，浇注后泡沫混凝土表面的泡沫破裂是不可避免的，在水平和垂直方向均可发生，但因表面干燥脱水出现的微裂纹却可设法避免，泡沫混凝土浇注后应

16、用镘刀刮平，待凝固后盖上塑料布或喷洒表面养护剂，防止表面过度失水。泡沫混凝土的早期强度非常低，浇注后24 h 内要注意维护，禁止脚踩，更不允许将石块、木块或其他物品压在上面。4 泡沫混凝土的功能特点泡沫混凝土具有质量轻、保温隔热性能好、隔音耐火性能好、抗震性好不燃烧等特性(见表1)，是一种符合环保节能，可降低能源损耗的新型建材14。表4.1 沫混凝土与普通混凝土的性能比较项目泡沫混凝土普通混凝土干密度(kg/m3)400160022002400抗压强度/MPa0.510.03080弯曲强度/MPa0.10.73.08.0弹性模量/GPa0.301.202030干燥收缩/10-615003500

17、600900导热系数/W/(mK)0.110.302.0抗融冻性/%90979097新拌流动性/mm2001801） 轻质相对于普通混凝土而言，泡沫混凝土的密度比较小，泡沫混凝土密度等级一般为3001800kg/m3左右，密度等级为 3001200kg/m3的泡沫混凝土是最为常用的，近些年来，密度等级为 160kg/m3的超轻质泡沫混凝土也被应用于建筑工程中。2）优良的保温隔热性能泡沫混凝土具有良好的热工性能，即优异的保温隔热性能，是由于泡沫混凝土内部含有大量细小并且封闭的孔隙，这是普通混凝土所不具备的。通常泡沫混凝土密度等级在3001200kg/m3范围内的导热系数在0.080.3W/(m.

18、K)之间。采用泡沫混凝土作为建筑物墙体及屋面材料，具有良好的节能效果。3）隔音耐火性能好由于泡沫混凝土是一种多孔材料，因此具备良好的隔音效果，该材料可用于高速公路的隔音板和建筑物的楼层、地下建筑物的顶层等隔音层。泡沫混凝土属于无机质材料，不会燃烧，从而具有良好的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。4）抗震性能强 泡沫混凝土由于密度小，质量轻，弹性模量低，在地震荷载作用下所承受的地震力小，震动波的传递速度也较慢，且结构的自震周期长，对冲击能量的吸收快，因而减震效果显著。5）其它性能 泡沫混凝土还具有较强的防水能力，较好的可泵性，冲击能量吸收性能好，大量工业废渣可被利用生产泡沫混凝土，

19、价格低廉等优点。5 泡沫混凝土的应用 混凝土是一种新型的节能环保型建筑材料。近些年来，泡沫混凝土越来越受到国内外的关注，国内外对泡沫混凝土进行了深入的研究与开发，使其更为广泛的应用在建筑领域。5.1 国内泡沫混凝土的应用 近年来，由于建筑节能越来越受到国家的重视，随着一些相关政策的实施，并且在墙体材料的改革方面取得了较为显著的成就，节能材料越来越受到欢迎。由于泡沫混凝土具有很多良好的特性，在节能墙体材料中已被获得应用，在其它方面也获得了应用。 5.1.1 挡土墙中的应用泡沫混凝土砌块是泡沫混凝土在墙体材料中应用量最大的一种材料。在我国南方地区，主要应用密度等级为9001200kg/m3的泡沫混

20、凝土砌块，由于该砌块具有隔热性能好和轻质高强的特点，主要用于框架结构的充墙，在北方地区，由于天气比较寒冷，主要应用泡沫混凝土砌块作为墙体保温层。5.1.2 泡沫混凝土轻质墙板采用泡沫混凝土生产技术，中国建筑材料科学研究院开发出了粉煤灰泡沫水泥轻质墙板的生产工艺，该工艺不但降低了产品的生产成本，而且浆体的流动性得到了大幅度的改善，使成型更为方便。 5.1.3 泡沫混凝土补偿地基施工过程中建筑物会产生自由沉降越来越受到现代建筑设计与施工的重视。由于建筑物中各部分的自重是不一样的，在施工过程中将会产生自由沉降差，在建筑物设计的过程中，建筑物自重较低部分的基础部分需要用软材料来填充。泡沫混凝土作为补偿

21、地基使用，能较好地满足补偿地基材料的要求。5.1.4 泡沫混凝土机场跑道阻滞系统泡沫混凝土具有极强的抗冲击性能。利用这种吸能性，泡沫混凝土可应用于飞机场作安全防护。当飞机因失控冲出跑道时，进入发泡块防护带，发泡块的抗冲击性能可使其停滞并防止飞机受损。2010年7月21日，泡沫混凝土机场跑道阻滞系统通过了我国国家民航局组织的技术鉴定，认为是我国泡沫混凝土产品应用的新领域15。5.2 国外泡沫混凝土的应用近年来，美国、荷兰、英国、加拿大等欧美国家以及韩国、日本等亚洲国家，充分利用泡沫混凝土其良好的特性，不断扩大泡沫混凝土在建筑工程中的应用领域，不仅工程进度得到了加快，而且工程质量也得到了提高16-

22、17。 5.2.1 用作挡土墙泡沫混凝土在这方面的应用主要是港口的岸墙。泡沫混凝土用作轻质回填材料既可减少对岸墙的侧向荷载，也可降低垂直荷载；因降低了沉降，减少了维修费用，既经济又适用。泡沫混凝土也可用来增加路堤边坡的稳定性，用它取代边坡的部分土壤，减轻了重量，从而降低影响边坡稳定性的作用力。5.2.2 修建运动场和田径跑道800kg/m3900kg/m3级的泡沫混凝土渗透性强，作为轻质地基，上面再覆以砾石或人造草皮，便可作为曲棍球、足球及网球等运动场使用；或者在泡沫混凝土上铺盖一层5m m厚的多孔沥青及塑料层，则可作田径跑道使用。5.2.3 用作夹芯构件预制钢筋混凝土构件时，采用400kg/

23、m3600kg/m3级的泡沫混凝土作为其内芯，使其具有轻质、高强和隔热的优良性能。层5.2.4 管线回填地下废弃的油柜、管线（内装粗油、化学品）、污水管及其他容易导致火灾或塌方的空穴，采用600kg/m31100kg/m3级的泡沫混凝土回填可解决这些后患。泡沫混凝土的具体密度取决于管子的直径及地下水位。5.2.5 用作复合墙板600kg/m3级的泡沫混凝土可制作成各种轻质板材，在框架结构中用作隔热填充墙体或与薄钢板制成复合墙板。5.2.6 屋面边坡泡沫混凝土用于屋面边坡，具有质轻、施工速度快和价格低廉等优势。对于坡度为10mm/m，厚度0.03m0.20m的屋面边坡，一般采用800kg/m31

24、200kg/m3级的泡沫混凝土。5.2.7 储罐底角的支撑将800kg/m31000kg/m3级的泡沫混凝土浇筑在装有粗油、化学品的钢储罐底脚的底部，必要时也可形成一凸形地基，可确保整个箱底的支撑在焊接时处于最佳应力状态，使得储罐可采用薄板箱底，另一方面凸形地基也易于清洁。5.2.8 其它方面的应用 泡沫混凝土也可用于防火墙的绝缘填充、隔声楼面填充、隧道衬管回填以及供电、水管线的隔离等方面。与国外相比，我国泡沫混凝土制品整体规模偏小，技术水平不高，没有大宗应用的主导产品。因此，应加强泡沫混凝土在制品和现浇方面的技术创新。现阶段我国正在大力推进节能型、生态型、资源综合利用型建筑材料的研究和开发,

25、 泡沫混凝土由于其良好的性能必将具有广阔的应用前景。6 泡沫混凝土应用中存在的问题及解决方案6.1 强度偏低 泡沫混凝土的强度随着引入泡沫而产生的孔隙率的增加而降低，尤其是密度等级为800kg/m3-900kg/m3的泡沫混凝土，一般低于3.0MPa，有的甚至低于1.0MPa。硬化表面开裂、吸收大量外来水分。泡沫混凝土中引入的泡沫越多，硬化后孔隙率也越大，容重也就越小，其轻质、保温、隔音等性能也就越明显，但是强度下降幅度很大，需要选择适宜的配比，控制适宜的低水灰比；用优质发泡剂，加强泡沫混凝土的养护制度；加入早强剂，防止泡沫混凝土收缩，开裂和吸水等。6.2 干缩和吸水率偏大 生产泡沫混凝土时，

26、由于大量的气泡被引入，且填充料主要是粉料和颗粒比较细小的物质，因此，在宏观性能上就表现出较高的收缩和吸水率，并且随着泡沫混凝土容重等级的降低，就必须增加泡沫的用量，这样就造成泡沫混凝土的饱和吸水率大幅增加，容易引起冻融现象，泡沫混凝土的使用效果受到严重的影响，泡沫混凝土的应用领域也受到很大的限制。6.3 解决方案为改善泡沫混凝土的性能，可以考虑以下几个途径：1) 选择适宜的配合比、使用高效减水剂并控制适宜的低水灰比以提高泡沫混凝土的强度；2) 加强泡沫混凝土的早期养护、优化养护制度；3) 掺加适量膨胀水泥，以减少泡沫混凝土收缩，防止混凝土开裂；4) 添加少量憎水剂或防水剂以降低混凝土的吸水率；

27、5) 在生产工艺中，要层层把关，建立严格的施工程序，制定合理的质量控方案和合切实可行的管理验收规范，这样才能制备出高质量的泡沫混凝土。7 结语泡沫混凝土具有保温隔热、质轻、抗震、抗冲击、抗裂、放火等多方面优良的性能，生产中可利用工业废渣，造价低廉，且具有较好的施工性。因此，泡沫混凝土得到迅猛发展，具有广阔的应用前景，是工业与民用建筑中应该大力推广的一种新型的“绿色建材”。但目前还存在如文中所述的诸多理论研究和实际应用方面的问题，只有加强理论研究，改善产品质量，不断总结应用中的经验，形成相应的标准规范，并且扩展其应用领域，才能实现泡沫混凝土的可持续发展。参考文献1周明杰，王娜娜，赵晓艳等.泡沫混凝土的研究和应用最新进展J.混凝土， 2009， （04）：104107.2李文博.泡沫混凝土发泡剂性能及其泡沫稳定改性研究D.大连理工大学，2009.3闫振甲，何艳君.泡沫混凝土实用技术M.北京：化学工业出版社，2006.4乔欢欢，卢忠远，严云.用普通水泥制备泡沫混凝土基体材料的研究J.武汉理工 大学学报，2008，30（05）：3537，46.5 E.P. Kearsley ，P.J. Wainwright .The effect of high fly ash content on the compr- essive s