泡沫混凝土研究及应用新进展

新型墙材　泡沫混凝土研究及应用新进展　关博文　刘开平　赵秀峰　（长安大学＂科科学与工程学院，西安７ｌ００６１）　［摘要】介绍泡沫混凝土的原料组成、生产工艺特性以及国内外应用情况，并针对应用中出现的　问题提出改进措施。　［关键词】泡沫ｔ昆凝土；发泡剂；保温材料；高效减水剂　泡沫混凝土通常是以机械方法将泡沫剂水溶液制　加量越高，泡沫混凝土抗压强度越高：水泥标号越高．　备成泡沫，再将泡沫加入到硅质材料、钙质材料、水及各　泡沫混凝土抗压强度越高　泡沫混凝土一般宜采用　种外加剂组成的浆料中，经混合搅拌、浇注成型、养护而　４２．５级以上标号的水泥Ｉ３１　成，是一种多孑Ｌ材料＿１】　泡沫混凝土具有质轻、保温隔热、　的新型材料Ｉ２ｌ　近年来．国内外都非常重视泡沫混凝土的　同内外泡沫混凝土最新的研究与应用成果作介绍。　表１　泡沫混凝土与普通混凝土的性能比较　项　目　泡沫混凝土　４００～１６００　Ｏ．５～１Ｏ．０　普通混凝土　２２００～２４００　３０－８０　粉煤灰：粉煤灰具有火山灰效应．可以将不利的　隔音耐火、抗震、不燃等特性（见表１）．是一种环保节能　Ｃａ（ＯＨ）　成分转化为有利的Ｃ—Ｓ—Ｈ组分．这种潜在的　活性效应随着龄期的增长才会明显地表现出来　粉煤　可以增加混凝土的密实性　Ｐａｐａｙｉａｎｎｉ，Ｉ．等［４１研究了不　研究与开发．使其在建筑领域的应用越来越广　本文对　灰还具有形态效应，可以改善集料的级配、流动性．又　同比例的高钙粉煤灰替代波特兰水泥制作泡沫混凝　土的工艺问题．测试了其力学性能和收缩变形．结果　表明：与未添加高钙粉煤灰的泡沫混凝土相比．用高　１：密度（ｋｇ／ｍ　）　抗压强度（ＭＰａ）　钙粉煤灰替代４Ｏ％　６Ｏ％的波特兰水泥能够使混凝土　强度增加。另外．添加粉煤灰能提高混合料的粘结性．　降低泡沫混凝土的早期塑性收缩变形　弯曲强度（ＭＰａ）　弹性模量（ＧＰａ）　干燥收缩（×１０　）　０．１～０．７　Ｏ．３Ｏ～ｌ＿２Ｏ　ｌ５００～３５００　３．０～８．０　２０～３０　６００～９００　导热系数［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］　抗融冻性（％）　Ｏ．１１～Ｏ．３Ｏ　９Ｏ～９７　约２．０　９０－９７　砂：砂子在泡沫混凝土中主要起填充作用．有利　于提高硬化泡沫混凝土的体积稳定性　Ｎａｍｂｉａｒ．Ｅ．Ｋ．　Ｋｕｎｈａｎａｎｄａｎ等［５１研究了填充料的类型（砂粒和粉煤　灰）和砂粒的颗粒尺寸对湿养泡沫混凝土的影响．实　新拌流动性（ｍｍ）　＞２００　约１８０　１　泡沫混凝土的研究现状　１．１　组成原料　验结果表明：选择合理的混合料稠度及填充料类型可　以调节泡沫混凝土的密度。泡沫混凝土制备工艺中．　泡沫混凝土的基本原料为水泥、石灰、水、泡沫．　料浆的流动性主要受泡沫量的影响　减小砂粒尺寸能　再掺加一些填料、骨料及外加剂。常用的填料及骨料　提高泡沫混凝土的强度。对于给定的密度．用粉煤灰　为：砂、粉煤灰、陶粒、碎石屑、膨胀聚苯乙烯、膨胀珍　代替砂粒能够得到更高强度的泡沫混凝土．更细的填　珠岩　常用的外加剂与普通混凝十　减水剂、防　充料能使强度密度之比更高　１．１．２外加剂　水剂、缓凝剂、促凝剂等　１．１．１　基本原料　为了满足泡沫混凝土的和易性及某些特殊性能　水泥：普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰　硅酸盐水泥等均可在泡沫混凝土中使用　水泥是泡沫　混凝土产生强度的主要胶凝材料．其掺加量的多少和　的要求．泡沫混凝土中必须加入不同种类的外加剂．　如掺加膨胀剂以减少收缩裂缝：掺加纤维材料以提高　抗拉强度：用有机物进行表面浸渍聚合以提高强度和　水化后的抗压强度决定了泡沫混凝土的抗压强度．掺　降低吸水性；掺加适量骨料以减小收缩：掺加粉煤灰　・３Ｏ・　２００８年７期　维普资讯 http://www.cqvip.com ｌｌ　墼　后加入一些激发剂来加快强度发展　赵云雁闻研究了　沫膜弹性高时，能降低外力（重力、毛细管力）对液膜中　早强剂对泡沫水泥一砂浆泡沫混凝土强度的影响，结　液相的作用．降低液膜排液速率．提高泡沫稳定性。　果表明：无机早强剂ＣａＣ１　、Ｎａ２ＳＯ　与三乙醇胺对泡沫　Ｇａｌｖｅｚ－Ｒｕｉｚ，Ｍａｒｉａ＿１．【】　研究了蛋白质／表面活性剂复合　混凝土的抗压强度有明显的促进作用．非常适合做泡　体系发泡剂对泡沫稳定性的影响．研究结果表明：蛋白　沫混凝土的早强激发剂。其激发效果次序为：三乙醇　质和表面活性剂界面上的运动和排列也能影响泡沫稳　胺＋Ｎａ２ＳＯ４＞三乙醇胺＋ＣａＣ１２＞三乙醇胺＞Ｎａ２ＳＯ４＞ＣａＣ１２。　定性。如果膜上吸附的活性剂分子多．则膜较致密、弹性　其中．０．１％的三乙醇胺和２．５％的Ｎａ２ＳＯ　复掺的激发　强．泡沫内气体难以通过液膜向外扩散．则泡沫能在较　效果最好。Ｋｅａｒｓｌｅｖ．Ｅ．Ｐ．等【．７］研究了合成纤维对泡沫混　长时间内稳定存在。国外泡沫剂研究起步较早．已有多　凝土裂纹形成和抗压强度的影响．实验结果表明：材　种产品．如美国研制的由烷基磺酸碱金属盐和水解蛋白　料的抗压强度、抗挠强度、弹性模量、空隙率等并没有　质复合组成的液体发泡剂、日本采用蛋白质物添加适　因为掺入聚丙烯短纤维而增加．但纤维的加入可以提　量的阳离子表面活性剂配成的混合发泡剂等　高泡沫混凝土的抗裂强度　１．２生产工艺　１．１．３发泡剂　泡沫混凝土生产流程基本是先将水泥、掺合料、　发泡剂又称起泡剂．是能促进发生泡沫以形成闭　集料、复合外加剂和水分别计量、搅拌混合．加入制得　空或联孔结构的物质　用于制造泡沫混凝土的泡沫剂　的泡沫溶液内继续搅拌至均匀．再注模、低幅振动密　主要有三种：铝粉类、表面活性剂类和蛋白质类　发泡　实、预养护、脱模、养护得到成品ｌ１３１。　剂种类对泡沫混凝土的质量影响较大．主要体现在浆　目前常用的发泡工艺有三种ｌ１４，　ｓｊ：第一种是将发　体的稳定性、气孔及其均匀性、硬化体的力学性能及　泡剂溶入水中溶化．然后加入水泥搅拌发泡　此法需　抗冻性等方面　要的发泡剂量大、成本高且泡径不均匀．仅适用于微　我国目前建筑上通用的发泡剂．尽管发泡倍数较　量引气混凝土。第二种是采用高速搅拌机．剧烈搅拌　大．但泡沫稳定性差．强度不高　国内发泡剂品种主要有　预制泡沫，再与水泥浆体混合。此法预制的泡沫用不　松香胶发泡剂、废动物毛发泡剂、树脂皂类发泡剂、水解　完后会破灭．易造成浪费。第三种是采用压缩空气制　血胶发泡剂、石油磺酸铝发泡剂、木质素磺酸盐、蛋白质　泡．在含发泡剂的水泥浆搅拌的同时用空气压缩机鼓　水解物及高分子表面活性剂等［８１　近年来．对高性能发泡　人空气，使料浆发泡。和前两种工艺比较．压缩空气发　剂也有大量研究　王翠华等网以牛蹄角为主要蛋白质原　泡设备比高速搅拌机复杂一些．但发泡效率高．产物　料，在适量Ｃａ（ＯＨ）　和少量ＮａＨＳＯ　存在的条件下，成　中泡径均匀．发泡中减少了中间环节．并可按要求的　功地合成蛋白质型泡沫混凝土用发泡剂．并就几种表面　密度确定发泡量．不存在泡沫过剩问题　活性物质和胶状物质对该发泡剂制得的泡沫稳定性的　改性效果进行了研究。实验结果表明：添加的３种物质　２泡沫混凝土的应用　（烷基苯磺酸盐、三乙醇胺、阿拉伯胶）对该发泡剂的泡　２．１　用泡沫混凝土生产新型墙材　沫稳定性均有不同程度的改善．其中烷基苯磺酸盐的改　按照墙材革新和建筑节能的要求．新型墙体材料　善作用最明显．当改性剂在发泡液中的添加量为　应具有轻质高强、节能利废、保温隔热等性能　泡沫混　６１７ｇ／Ｌ时，发泡倍数为１６１７．泡沫稳定时间＞３ｈ　中国建　凝土具有良好的热工性能及物理结构特性．符合上述　筑材料科学研究院研制的ＣＣＷ一９５型粉状发泡剂．为　要求．因此近年来取得了较快发展　无色固体粉末、无毒、无腐蚀性，发泡量＞５００Ｌ／ｋｇ．泡沫　２．１．１　泡沫混凝土砌块　稳定性好．且与水泥品种适应能力强　泡沫混凝土砌块是泡沫混凝土在墙体材料中应　国际上普遍使用蛋白质类发泡剂．它的主要特点是　用量最大的一种材料。在我国南方地区．一般用密度　发泡速度快、泡沫细小、尺寸均匀、稳定性好、持续时间　等级为９００ｋｇ／ｍ　～１２００ｋｇ／ｍ，的泡沫混凝土砌块作为　长。Ｎｉｅｒｔｒａｓｚ等…ｊ认为．泡沫的膜弹性（泡沫膜受力变薄　框架结构填充墙．主要是利用该砌块隔热性能好和轻　后靠自身修复以恢复原来厚度的能力）对泡沫膜排水有　质高强的特点。哈尔滨建筑大学开发了以聚苯乙烯泡　很大影响。泡沫的膜弹性可用膜表面粘度来衡量　当泡　沫塑料为骨料．水泥和粉煤灰作胶凝材料．加入少量　２００８年７期　・３１・　维普资讯 http://www.cqvip.com 墼埯　．　｜一　ｌｉ｜ｌ　外加剂，经搅拌、成型和自然养护制成聚苯乙烯泡沫　合理的质量控制方案和切实可行的管理验收规范。　混凝土砌块，具有质量轻、导热系数小、抗冻、防火、生　产工艺简单、造价较低、施工方便等优点。盖广清等ｌ１６１　研究了掺加粉煤灰对陶粒泡沫混凝土的强度和表观　３结语　泡沫混凝土具有保温隔热、质轻、抗震、抗冲击、　密度的影响，并测定了粉煤灰陶粒泡沫混凝土的导热　抗裂、防火等性能，生产中可利用工业废渣．造价低　系数，结果表明：粉煤灰陶粒泡沫混凝土具有强度高、　廉．且具有较好的施工性．是工业与民用建筑中应大　干表观密度低和导热系数低的优点．制成的承重保温　力推广的新型绿色建材　为了进一步推广泡沫混凝土　砌块性能优异，可应用于南方广大地区，无需采用其　在我国的应用．还需在提高泡沫混凝土的比强度．研　他保温措施即可达到节能标准要求　２．１．２泡沫水泥轻质墙板　制高效发泡剂及复合外加剂．优化（骨料）原材料配合　比、工艺流程及设备等方面加强研究　参考文献：　目前用于建筑物分户和分室隔墙的主要材料是　ＧＲＣ轻质墙板．但其原料价格较高　中国建筑材料科　学研究院采用ＧＲＣ隔墙板生产工艺结合固体泡沫剂　和泡沫水泥的研究成果．开发出了粉煤灰泡沫水泥轻　［１】张磊，杨鼎宜．轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［Ｊ１．混凝土，２００５　（８）：４４－４８．　［２】蒋冬青．泡沫混凝土应用新进展［Ｊ１．中国水泥．２００３（３）：４７－４８．　［３］Ｙａｓｓｅｒ　Ｍ．Ｈｕｎａｉｔｉ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｓｅｃｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　Ｆｏａｍｅｄ　ａｎｄ　Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ　Ａｇｇｒｅｇａｔｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ．ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　ＩＮ　ＣＩＶＩＬ　质墙板，并得到成功应用。该产品原料为：３０％～４０％的　粉煤灰、４５％～６５％的硫铝酸盐水泥、０　１５％的膨胀珍　珠岩以及一定体积的泡沫　与传统的ＧＲＣ轻质墙板　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ．１９９７ｆ５）：６０－６２．　ｆ４］Ｐａｐａｙｉａｎｎｉ，Ｉ，Ｍｉｌｕｄ，Ｉ．Ａ．．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｏａｍｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｃａｌｃｉｕｍ　ｎｙ　ａｓｈ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　相比．采用泡沫混凝土生产技术．不但能明显降低产　品成本，而且还改善了浆体的流动性，更利于成型。　综上所述．由于泡沫混凝土具有良好的节能特　性，在新型墙体材料如建筑砌块、轻质隔墙（声）板、节　能复合外墙板中具有良好的应用前景。此外．泡沫混　凝土既可现场制备、就地浇注，又可集中生产，用商品　混凝土罐车运输到现场．还可在工厂预制成各种泡沫　混凝土制品用于各种建筑工程。作为轻质结构材料．　应用泡沫混凝土还可以加快工程进度．提高工程质　Ｆｏａｍｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｕｓｅ　ｏｆ　Ｆｏａｍｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｅ．　ｔｉｏｎ—Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．２００５．Ｐ　２３～２７．　［５］Ｎａｍｂｉａｒ，Ｅ．Ｋ．Ｋｕｎｈａｎａｎｄａｎ，Ｒａｍａｍｕｒｔｈｙ，Ｋ．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｖ　２８，ｎ　５，Ｍａｙ，２００６，Ｐ　４７５－４８０．　［６】赵云雁．提高泡沫混凝土抗压强度的研究［Ｊ１．中国科技信息，２００５　（１５）：１３４￣１５６．　［７］Ｋｅａｒｓｌｅｙ，Ｅ．Ｐ．，Ｍｏｓｔｅｒｔ，Ｈ．Ｆ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｆｉｂｒｅ　ｒｅｉｆｏｒｎｃｉｎｇ　ｏｎ　ｆｏａｍｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ．Ｒｏｌｅ　ｏｆ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｉｎ　Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ—　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ—－Ｃｅｌｅｂｒａｔｉｎｇ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：Ｐｅｏ・・　ｐｉｅ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ，Ｒｏｌｅ　ｏｆ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｉｎ　Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ—　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ——Ｃｅｌｅｂｒａｔｉｎｇ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：Ｐｅｏ－－　ｐｉｅ　ａｎｄ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ，２００３，Ｐ　５５７－５６６．　量，因此，在国内外的应用均呈扩大趋势。　２＿２泡沫混凝土应用中的问题及解决途径　［８ｌＷ．Ｌｏｐｅｚ，Ｊ．Ａ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅ　ｐｏｒｅｓａｔｕｒａｔｉｏｎ　ｏｎｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ＣＯ　ｎｅｒｅｔｅ　ａｎ　ｄ　ｔｈｅ　ＣＯ　ｒｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｒｅｉｆｏｒｃｅｍｅｎｔ．ｎＣｅｍｅｎｔａｎｄ　Ｃｏｎ．　ｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ．１９９３．２３：３６８￣３７６．　泡沫混凝土在实际应用中存在以下问题：　（１）强度偏低：体积密度为８００ｋｇ／ｍ３－８５０ｋｇ／ｍ３的　泡沫混凝土的抗压强度严重偏低．一般低于２．０ＭＰａ．　有的甚至不足１．０ＭＰａ　『９１王翠花，潘志华．蛋白质类发泡剂的合成及其泡沫稳定性．南京工业　大学学报．２Ｏ０６（４）：９２～９６．　［１Ｏ】张巨松，杨合，曾尤。国内外混凝土发泡剂及发泡技术分析［Ｊ】．低温　建筑技术．２００１（４）：６６～６７．　［１ｌ】Ｒｅｇｉｎｅ　ｖｌＫｌｉｔｚｉｎｇ，Ｈａｎｓ—Ｊｏａｃｈｉｍ　Ｍｕｌｌｅｒｌ［Ｊ】．Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｏｐｉｎｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｏｌｌｉｏｄ＆ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２（７）：４２－４９．　（２）开裂、吸水：硬化泡沫混凝土表面开裂、吸收　大量外来水分　［１２】Ｇａｌｖｅｚ－Ｒｕｉｚ，Ｍａｒｉａ　Ｊ．；Ｌａｎｇｅｖｉｎ，Ｄｏｍｉｎｉｑｕｅ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｃ．ｖ　１ｌ１．ｎ６．２００７．Ｐ　２７１５～２７２３．　为改善泡沫混凝土的性能．可以考虑以下几个途　径：选择适宜的配合比，使用高效减水剂，并控制适宜　ｆ１３］Ｃ．Ａｎｄｒａｄｅ，Ｃ．ＡＩｏｎｓｏ，Ｊ．Ｓａｒｒｉａ＿ｃ＿Ｄｒｍｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｕｔ—　ｔｕｒｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｃｅｍｅｎｔ＆Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｃｏｍｐｏ　ｓｉｔｅｓ．２００２．２４：５５～６４．　的低水灰比．以提高泡沫混凝土的强度：加强泡沫混　凝土的早期养护、优化养护制度，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：添加少量　［１４】张巨松，杨和，刘军华．泡沫混凝土泡沫发生器的研制［Ｊ１．混凝土．　２００１（１）：５０－５２．　【１５］潘志华，程鳞，李东旭等．新型高性能泡沫混凝土制备技术研究硼．新　型建筑材料．２００２（７）：１￣５．　憎水剂或防水剂．以降低混凝土的吸水率。此外，还应　在生产工艺上层层把关．建立严格的施工程序．制定　『１６１盖广清，张海波，马小秋．掺粉煤灰的陶粒泡沫混凝土承重保温砌　块研究ＩＪ１．建筑砌块与砌块建筑，２００７（１）：１７～１９．　・３２・　２００８年７期