关于新型绿色建材发泡混凝土的特性优势应用与研究

关于新型绿色建材发泡混凝土的特性优势应用与研究

李永录

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004

【摘要】 新型绿色建材发泡混凝土因性能出众，在建筑工程领域被广泛应用，成为现代建筑十分常见的建筑工程材料。本文结合自己参建工程实践，以国内外建筑发泡混凝土材料的发展为出发点，对比普通混凝土和发泡混凝土在物理力学层面的不同，阐明当前国内外在使用发泡混凝土过程中的进展，并总结了这种发泡混凝土未来的趋势，展望其发展的性能和使用前景与各位同行技术专家共享。

【关键词】新型建筑材料发泡混凝土的发展；性能优势分析；发泡混凝土在建筑行业中应用；创新改进建筑工程新型材料。

前言：所谓的发泡混凝土就是一种利用胶凝材料配合外加剂、水制作的胶凝材料浆体，这种浆体在发泡剂的作用下转变成泡沫浆料。通过和常规混凝土的搅拌与浇筑，最后在蒸汽养护以及自然养护下变成成品。发泡混凝土内部有着非常多的密闭气孔，是一种轻质类型的混凝土。这种混凝土的水泥含量相对较低，有着良好的保温性能和流动属性。在科技进步、社会发展过程中，人们对生活环境居住质量、生产施工质量提出了越来越高的要求。传统建筑材料显然已经无法满足人们的需求，各种大跨度建筑、高层建筑如雨后春笋般涌现，这些建筑对环保节能、结构自重等方面提出了更高的要求，人们对于建筑新型材料有了全新的认识。发泡混凝土保温隔热好，具备降噪、环保、耐火、自重轻的优势是备受当代建筑青睐的根本原因。

1.发泡混凝土发展

发泡混凝土在建筑物中的应用可以很好的控制建筑物自重，通常能够控制20%左右质量。正因如此发泡混凝土才体现出了极好的经济效益。

1.1国外发展

事实上5000年以前的埃及人就已经在使用发泡混凝土，在当时寒冷气候的影响下，人们为了应对与抗衡寒冷气候将各种各样的天然物质混合到一起出现了一种气体，利用这种气体和材料混合变成多孔材料。随后欧洲的古罗马人进一步研究，通过将动物血液加入混凝土并充分搅拌形成了更加稳定的气泡，并且使用马毛用于防止这种混凝土出现收缩和开裂的问题。

19世纪末Hofman使用碳酸钠和盐酸制成气泡混凝土成功申请到专利[1]。而到了20世纪北欧一些科学家则开启了对发泡混凝土技术的深度研究和开发。瑞典科学家Axel Eriksson凭借着对发泡混凝土的研究获得了一系列专利，并在随后开发出了许多产品。北欧科学家取得成果以后一些前苏联科学家也耐不住寂寞，不甘落后的展开了对发泡混凝土技术的深度研究。这些前苏联科学家在不断尝试、不断实践中终于获得了重大科技成果。前苏联科学家仅仅用了4年的时间就已经实现了发泡混凝土工业化普及。并且前苏联在1946年开始制定了生产标准、使用规范[2]。这意味着前苏联在标准化发泡混凝土方面已经走在了世界前端。

在1979年，美国科学家Yamads在油田固井中使用了发泡混凝土这项技术，这项技术在油田固井中的出现意味着原本单一化使用领域的发泡混凝土实现了多领域扩展延伸。C.Pickford随后在桥梁施工中展开了发泡混凝土技术的使用研究。J.M.Durack则编制了关于发泡混凝土砌体的生产报告。在大量科学家的共同努力下，发泡混凝土具备了防火性、高强度、轻质等优势，从而被人们广泛用于工程当中。

1.2国内发展

我国是在上个世纪中期开始接触发泡混凝土，当时依靠前苏联人的帮助我们首次意识到了发泡混凝土的优势和应用价值。在1952年我国有关专家开始对对发泡混凝土这种技术与材料进行研发与试制，就在同年，国内的一些工业管道工程开始在保温体系中采用发泡混凝土技术，并初见成效。通过向前苏联科学家的密切学术交流与学习，我国在1954年成功生产出可以被用在建筑物保温的蒸压发泡混凝土板，随后在1955年期间研制出了能够应对与抵抗250摄氏度至510摄氏度发泡混凝土管壳。在1956年粉煤灰发泡混凝土成为了我们的重点研究对象[3]，这也对实践工程中发泡混凝土生产成本的控制起到了很大的作用。

当然在1960年因我国和前苏联关系越发恶化，并且受文化大革命影响，此时在很大程度上影响了我国发泡混凝土技术的前进步伐，各种研制工作几乎陷入停滞状态。直到改革开放以后，欧洲西方国家所采用的发泡混凝土现浇技术才进入我国[4]。上个世纪90年代，发泡混凝土现浇技术被广泛应用于我国的岩土工程回填以及建筑工程回填。上个世纪末期，因为韩国在发泡混凝土的研究获得了巨大成功，临近韩国的我国也得到了受益。在2000年开始我国交通工程广泛使用发泡混凝土，我国的工程协会相继制定了技术规程、技术标准，这意味着我国在填充工程当中正式启用了标准的发泡混凝土。我国在2005年步入高速发展期[5]。附表1我国发泡混凝土发展历程，如下:

表1 我国发泡混凝土发展历程

2.发泡混凝土的特性优势

作为多孔混凝土，发泡混凝土和普通混凝土有着非常显著的区别。发泡混凝土和普通混凝土最大的区别就是发泡混凝土当中没有粗骨料，其内部存在大量密闭气泡。附表2是发泡混凝土的主要物理指标，如下：

表2 发泡混凝土的主要物理指标

从发泡混凝土的主要物理指标当中我们可以看出，之所以人们青睐于发泡混凝土，是因为发泡混凝土有其自身的几个优势。

首先是第一个优势是自身质量比较轻，因为发泡混凝土在体积与密度上比普通混凝土小，内部没有粗骨料，所以发泡混凝土的使用，能够帮助高层建筑获得更轻的建筑质量。施工中只需要将发泡混凝土应用在非承重结构就能够很好的控制建筑物自重问题。

第二个优势是发泡混凝土有着良好的保温与隔热性能。因为发泡混凝土当中存在大量微气孔与密闭气泡，而这些条件能够让混凝土获得与具备非常好的保温与隔热效果。据统计，因为发泡混凝土具有非常好的保温隔热效果， 在240 mm 厚发泡混凝土墙和 490 mm厚黏土砖墙的保温效果基本一样。

第三个优势发泡混凝土有着较强的降噪能力。该优势的原因和前面的一样，都是因为内部存在大量密闭气孔，所以才让建筑物具备了良好降噪、隔音能力。

第四个优势，发泡混凝土的抗震性十优秀。因为发泡混凝土本身内部封闭气孔较多，弹性模量较低，使得发泡混凝土能够消耗大量地震波带来的冲击能量[6]。再由于发泡混凝土质量比较轻。使用发泡混凝土这种密度小的建筑结构构件可以减少工程地基荷载，从而提高了建筑物抗震能力、抗震性能。

最后是其他方面的优势，比如发泡混凝土自身可泵性十分良好，施工速度快等等，所以才会被广泛使用在地下采空区以及大面积现场浇筑。

3、发泡混凝土的应用发展

作为一种以发泡剂和胶凝材料为主要成分的混凝土，发泡混凝土的优点正如同前面所说的一样，有着极好的降噪能力、隔热水平、保温效果、轻质优势。凭借着以上这些优点，发泡混凝土进入到了工程广泛应用当中，特别是在环保节能高要求的社会背景下，发泡混凝土材料展现出了巨大优势，已经在逐步在建筑行业领域发挥了重要作用。下面略述几种应用：

第一种是发泡混凝土在建筑行业中被用作挡土墙及边坡保护。比如各种港口中的岸墙就有使用发泡混凝土。发泡混凝土凭借着出众的质量轻的优势，能够很好的控制岸墙侧向荷载。近些年，在很多路基边坡都有在使用发泡混凝土，能够提高边坡的整体稳定性，有些沙区的蓄水覆盖也在使用发泡混凝土，效果也比较好。

第二种是为建筑物地基减荷载。在建筑行业快速发展的今天，如今绝大多数建筑物都有着大群组、大高度的问题，而这些因素势必会加重建筑物自重。很多高层建筑都有着十分明显的沉降问题。对此人们不得不重视建筑物自重带来的各种不利影响。建筑物设计环节必须要保障建筑物足够稳定，发泡混凝土凭借着其质量轻的优势被作为软材料填充，为地基减少上部荷载。发泡混凝土的出现提高了地基的整体稳定性。

第三种是发泡混凝土砌块。现如今国内使用最多、最广泛的砌块材料就是发泡混凝土。发泡混凝土能够做为建筑墙体的填充材料，使用中能够很好的控制建筑结构自重问题，同时也起到保温、隔热、隔声降噪的效果。

第四种是发泡混凝土用作保温层。现如今很多工程项目采用发泡混凝土板做外墙保温，也有现浇发泡混凝土做楼地面保温的。由于发泡混凝土本身含封闭气孔较多，保温效果非常明显。

第五种是发泡混凝土用作轻质隔墙板。我国科学院专家通过对GRC隔墙板、发泡水泥、固体发泡剂的研究最终研制出了轻质粉煤灰发泡水泥墙板技术，这种材料大大提高了浆体的流动性，给施工作业带了便利。同时由于原材料来源广泛，造价不高，减少了工程成本。使用轻质粉煤灰发泡水泥墙板能够给工程项目创造很大的经济效益、环境效益、技术效益。

发泡水泥墙板（如图1所示）

第六种是发泡混凝土用作回填管线洞穴。使用600至1100kg/m3发泡混凝土可以回填因废弃管线、废弃油柜、废弃污水管、以及其他容易引发爆炸、火灾、坍塌的空穴，这样既能保证安全，费用又低。

第七种是发泡混凝土用作运动场的修建。施工中使用密度在800至900kg/m3区间的发泡混凝土为基础，在上层覆盖人造草皮或是砾石，便能够用作网球、足球、曲棍球活动场地。当然也可以在发泡混凝土的上部覆盖塑料层、多孔沥青，这样就能够用于田径跑道使用。

第八种是发泡混凝土用作军事项目。军事项目中同样可以使用发泡混凝土，由于发泡混凝土弹性模量低，有着良好减振能力，包括抗暴坑道、射击靶场建设都可以使用发泡混凝土。

第九种是发泡混凝土用作耐火层。因为发泡混凝土有着良好的耐火性性能，所以有防火要求的工厂可以使用这种材料，现在很多时候在保温管道的外壳采用发泡混凝土做耐火层，效果也比较好。

第十种是发泡混凝土用作园林景观项目。园林景观施工对于发泡混凝土的应用是比较新兴的话题，主要包括用发泡混凝土制成的仿木材料、假山石等。当然有些时候也会被作为基质进行无土种植。

除了上面十种应用方面以外，发泡混凝土还被广泛应用在装饰材料、块状隔音楼板、防火墙绝缘、贫混凝土填层、储罐底脚支撑、屋面边坡、复合墙板、夹芯构件、隧道减荷、回填灌浆等。

4.现阶段发泡混凝土的质量缺陷

当前国外凭借着多年的发展和研究经验已经具备了十分成熟、先进的发泡混凝土技术，有着广泛的适用领域。因为发泡混凝土的经济性能、物理特性十分出众，所以才会被广泛使用在各种工程项目。虽然发泡混凝土有着以上非常多的优势，但我们也需要意识到的是发泡混凝土本身也存在很多的缺陷与问题需要处理。具体如下：

首先发泡混凝土在强度上相对来说较低，通常不到2.0MPa，甚至有些厂家的发泡混凝土不足1.0MPa。不过这种问题正渐渐得到改善，比如北京某企业如今所研发的发泡混凝土强度已经可以达到2.5MPa。在科技的推动下，今后将会出现更多高强度混凝土为我国建筑行业提供助力。

其次开孔率较高。因为发泡混凝土当中充满了K、Na这些元素，会破坏气泡。所以很多气泡都以开孔形式呈现，这些问题影响了发泡混凝土保温性。该问题需要得到解决才能够让我国发泡混凝土获得更好的应用环境与条件。

此外是吸水与开裂问题。很多硬化后的发泡混凝土都会出现表面开裂情况，随后吸收大量外界水分。对于开裂问题通常可以用添加纤维的方式解决，而吸水问题则用添加憎水剂途径处理。

最后就是发泡技术问题。当前国内大部分的发泡混凝土与发泡剂在技术水平上都是比较落后的。研究出价格合理、成本合理、性能优秀、稳泡性佳、发泡效果好的绿色环保发泡剂才能够让我国发泡混凝土获得更好的发展契机。而当前国内发泡技术存在泡沫不均匀、稳定性差等情况，这些问题严重影响了发泡混凝土使用质量。对于发泡混凝土来说发泡剂性能带来的影响非常突出。只有使得发泡剂的泡沫持久稳定性和发泡效果均匀以后才能够保障发沫混凝土的强度与密度符合规定要求。

5.结束语：在发泡混凝土稳定发展的今天其今后将会有着非常好的应用前景。本文总结了当前国内外对于发泡混凝土技术的应用思路，并介绍了其应用发展范围。结合其特征以及行业趋势分析了未来收益、未来发展价值。希望本文的研究可以帮助更多人、地区了解到发泡混凝土技术。

参考文献：

1、荣中华,安旭,袁茂翼等.泡沫混凝土在屋面工程施工中的应用研究[J].绿色环保建材,2018(12):156-157.

2、裴昌吉.发泡混凝土轻质隔墙裂缝防治措施[J].四川水泥,2019(06):344.

3、付海,葛亚雄,陈怡等.吸水率对发泡混凝土吸声性能的影响[J].贵州师范大学学报(自然科学版),2019,37(04):38-43.

4、候昱灼,廖洪强,周冬冬等.聚苯泡沫颗粒对混凝土发泡过程及其性能影响的研究[J].新型建筑材料,2019,46(07):94-97+113.

5、刘治中,郭耀杰,吴东平等.钢筋桁架发泡混凝土复合板受弯性能试验研究[J].建筑结构,2018,48(24):91-96

6、王小平,何德才,王肖雄.外包发泡混凝土角钢龙骨组合墙体抗侧力试验及分析[J].工业建筑,2019,49(03):167-173.

作者简介：

姓名：李永录、出生年月：1993年10月、性别：男、民族：汉族

籍贯：青海省西宁市、学历：大学本科，工科学士学位

职称：工程师、研究方向：建筑工程