蒸压泡沫混凝土制品的研究现状探讨

蒸压泡沫混凝土制品的研究现状探讨

余明远

广州冠建工程质量检测有限公司 510660

泡沫混凝土（Foamed Concrete）又名发泡混凝土，它的突出特点就是在混凝土内形成泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。蒸压泡沫混凝土（Autoclaved Foamed Concrete）制品主要是由水泥、矿渣粉、河砂为生产原材料，拌和后，在压力下强制将引气剂与水混合生产的气体泡沫拌入混合浆内，拥有微气泡结构的混凝土浇模成型，经蒸压反应等工序制作而成。

由于蒸压泡沫混凝土内部含有大量封闭的气泡，因此，与普通混凝土相比，蒸压泡沫混凝土具有材质稳定、质轻高强、防水抗渗、保温隔热、隔声防火等优良性能，而且具有低的弹性模量，从而具有好的应力分散和吸震性能。

一、泡沫混凝土和加气混凝土的异同

泡沫混凝土是采用机械的方法将发泡剂制成泡沫，然后再将已制得的泡沫和硅钙质材料、菱镁材料或石膏材料所制成的料浆均匀搅拌，即制成泡沫混凝土拌和物。搅拌使这些材料的硬质微粒粘附到泡沫的外壳上面，泡沫的气泡就变为互相隔开的单个气泡。气泡的壁体是由泡沫料浆的微粒和水构成。

1.1 气孔生成原理不同

泡沫混凝土与加气混凝土的泡沫生成原理有着本质的区别：加气混凝土是通过化学反应生产气体，形成气孔；而泡沫混凝土是通过机械制泡将泡沫加入混凝土浆体形成气孔，因这种泡沫混凝土的泡沫是外加的，所以人们习惯称之为外发泡。

1.2 气孔形状不同

泡沫混凝土的气孔形状也与加气混凝土有所不同。加气混凝土生成的气孔为非连通的椭球体，而泡沫混凝土生成的气泡一般为细小的圆形，它在毛细管作用之下多少要产生变形而变成多面体。机械发泡所制的泡沫混凝土泡径的大小可以通过人工控制，它的泡径一般都小于3mm，十分细密。

泡沫混凝土拌和物中的细孔分布得愈均匀、尺寸愈小，则泡沫混凝土强度愈高。在静停期间，多孔拌和物逐渐稠化凝结、形成坯体。在蒸养、或自然养护条件下，这些材料间产生水化反应，生成水化硅酸盐及水化铝硅酸盐胶凝物质或其它胶凝物质，使坯体逐渐变成具有一定强度和其他物理力学性能的多孔人造石材。

1.3 原材料的区别

传统而言，蒸压加气混凝土除使用水泥外，还采用大量石灰、粉煤灰等作为胶凝材料，粉煤灰的品味一般较差，所以强度低，气泡之间易产生裂缝空隙，形成渗水通道，防水抗渗能力较弱。蒸压泡沫混凝土主要使用水泥、矿渣粉，砂等作为原材料，蒸压养护后具有较高的强度，抗拉拔力和吊挂力等力学性能也较好。

1.4 生产模具不同

泡沫混凝土和加气混凝土的生产模具不同：加气混凝土一般采用大型钢模整体浇注，带初凝脱模前用钢丝切割成为所需尺寸。而泡沫混凝土可采用各种材料制成的小型模具、组合模具、异型模具，艺术模具等制作所需的样式，蒸压泡沫混凝土制品须采用钢模生产，以保证脱模钢度。此外，有些泡沫混凝土还可以不用模具，直接现场浇注。

1.5 气泡生成外加剂的区别

泡沫剂是泡沫混凝土中的主要成分。它在机械搅拌作用下，能够形成大量稳定的泡沫。以前，通常采用松香胶泡沫剂及水解牲血泡沫剂，现在这些泡沫剂基本上已经被淘汰，大多使用合成表面活性剂类泡沫剂或先进的复合型泡沫剂。复合型发泡剂由合成类表面活性剂、蛋白类泡沫剂等多种成分复合而成，发泡倍数大、泡沫稳定性好。新的泡沫剂还在不断的开发之中。而目前蒸压加气混凝土的发泡剂主要是铝粉，将铝粉和其他添加剂一起放入混凝土中生成气泡。

1.6 两者的共同点

泡沫混凝土和加气混凝土均属于同一个类型多孔混凝土。从本质上讲，泡沫混凝土也是一种加气混凝土，它实际是加气混凝土中的一个特殊品种。它的孔结构和材料性能都接近于加气混凝土，主要用途也类似于加气混凝土，它的主要技术标准目前也参照加气混凝土执行。

加气混凝土和泡沫混凝土虽然在气孔结构、发泡方法上有所不同，但总的来看，二者的气孔结构和性能没有根本性的区别。因此，可以说泡沫混凝土属于广义的加气混凝土。

二、蒸压泡沫混凝土制品的性能

蒸压泡沫混凝土制品具有和普通混凝土制品、加气混凝土制品等不同的特性，具体如下列几点：

2.1 抗渗性能

由于蒸压泡沫混凝土中含有大量封闭的细小孔隙，因此具有非常良好的抗渗效果。良好的抗渗效果是普通混凝土制品和普通的砌块所不具备的。通常密度等级在600~1300kg/m3范围的蒸压泡沫混凝土，在渗水压力下，渗水高度不超过50mm，采用蒸压泡沫混凝土作为建筑物墙体，具有非常良好的抗渗性能。

2.2 保温隔热性能

与普通混凝土和传统墙体材料相比，由于蒸压泡沫混凝土中含有大量封闭的细小气泡，因此具有良好的热工性能，即良好的保温隔热性能，这是普通混凝土所不具备的。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。

2.3 隔音耐火性能

蒸压泡沫混凝土属多孔材料，因此它也是一种良好的隔音材料，在建筑物的楼层和高速公路的隔音板、地下建筑物的顶层等可采用该材料作为隔音层。由于蒸压泡沫混凝土是无机质材料，不会燃烧，且由于其具有的从而具有非常优秀的耐火性，在建筑物上使用，可提高建筑物的防火性能。

2.4 密度

蒸压泡沫混凝土制品的密度等级一般为600~1300kg/m3，常用的蒸压泡沫混凝土的密度等级为1100~1300kg/m3。由于蒸压泡沫混凝土的密度小，在建筑物的基础、内外墙体、屋面、楼面、立柱等建筑结构中采用该种材料，一般可使建筑物自重降低25%左右。而且，对结构而言，如采用蒸压泡沫混凝土代替普通混凝土，可提高构件的承载能力。因此，在建筑工程中采用蒸压泡沫混凝土具有显著的经济效益。

2.5 力学性能

作为砌墙材料，墙体的力学性能，特别是抗拉拔性能和吊挂力是非常重要的性能，他涉及到墙体材料的安全性能，而蒸压泡沫混凝土制品具有很强的抗拉拔能力和吊挂力，密度等级为1100~1300kg/m3的蒸压泡沫混凝土的抗拉拔力超过150kg，因此，蒸压泡沫混凝土制品的具有良好的力学性能。

2.6 抗震性能

蒸压泡沫混凝土制品由于密度小，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。

因此，蒸压蒸压泡沫混凝土制品可以胜任几乎所有对墙体材料的性能要求，满足现代建筑工程的要求，是一种环保、节能、材质稳定的新型墙体材料。

三、国内外的研究现状

十八世纪八十年代，欧洲首先研制成功了多孔混凝土品种之一泡沫混凝土。现在一些工业发达国家，不仅在工厂中生产出泡沫混凝土制品，而且在施工工地现场使用了现浇泡沫混凝土，并取得了良好效果。

3.1 国外泡沫混凝土应用的新进展

近年来，美国、英国、荷兰、加拿大等欧美国家以及日本、韩国等亚洲大掺量粉煤灰泡沫混凝土的研究国家，充分利用泡沫混凝土的良好特性，将它在建筑工程中的应用领域不断扩大，不仅加快了工程进度，而且提高了工程质量。

（1）用作挡土墙

主要用作港口的岸墙。泡沫混凝土在岸墙后用作轻质回填材料可降低垂直荷载，也减少了对岸墙的侧向荷载。这是因为泡沫混凝土是一种粘结性能良好的刚性体，它并不沿周边对岸墙施加侧向压力，沉降降低了，维修费用随之减少，从而节省很多开支。泡沫混凝土也可用来增进路堤边坡的稳定性，用它取代边坡的部分土壤，由于减轻了重量，从而就降低了影响边坡稳定性的作用力。用于减少侧向压力的泡沫混凝土的密度一般为400~600kg/m3。

（2）修建运动场和田径跑道

使用排水能力强的可渗性泡沫混凝土作为轻质基础，上面覆以砾石或人造草皮，作为运动场用。泡沫混凝土的密度为800~900kg/m3。此类运动场可进行曲棍球、足球及网球活动。或者在泡沫混凝土上盖上一层0.05m厚的多孔沥青及塑料层，则可作田径跑道用。

（3）用作夹芯构件

在预制钢筋混凝土构件时可采用泡沫混凝土作为内芯，使其具有轻质高强隔热的良好性能。通常采用密度为400~600kg/m3的泡沫混凝土。

（4）用作复合墙板

用泡沫混凝土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。通常采用密度为600kg/m3的泡沫混凝土。

（5）管线回填

地下废弃的油柜、管线(内装粗油、化学品)、污水管及其它空穴容易导致火灾或塌方，采用泡沫混凝土回填可解决这些后患，费用也少。泡沫混凝土采用的密度取决于管子的直径及地下水位，一般为600~1100kg/m3。

（6）贫混凝土填层

由于使用可弯曲的软管，泡沫混凝土具有很大的工作度及适应性，因此它经常用于贫混凝土填层。如对隔热性要求不很高，采用密度为1200kg/m3左右的贫混凝土填层，平均厚度为0.05m；如对隔热性要求很高，则采用密度为500kg/m3的贫混凝土填层，平均厚度为0.1~0.2m。

（7）屋面边坡

泡沫混凝土用于屋面边坡，具有重量轻、施工速度快、价格低廉等优点。坡度一般为l0mm/m，厚度为0.03~0.2m，采用密度为800~1200kg/m3的泡沫混凝土。

（8）储罐底脚的支撑

将泡沫混凝土浇注在钢储罐(内装粗油、化学品)底脚的底部，必要时也可形成一凸形地基，这样可确保整个箱底的支撑在焊接时处于最佳应力状态，这一连续的支撑可使储罐采用薄板箱底，同时凸形地基也易于清洁。泡沫混凝土的使用密度为800~1000kg/m3。

（9）其它

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。

3.2 我国泡沫混凝土的应用现状

我国在包括加气混凝土和泡沫混凝土等多孔混凝土研制和应用方面起步很晚，于二十世纪三十年代研制使用，六十年代初期才研制成功了泡沫混凝土，但由于对生产工艺和设备研究不够，发展受到很大阻碍。

近年来，由于我国越来越重视建筑节能工作，随着与建筑节能有关政策的实施，墙体材料改革取得了显著的成就，节能材料倍受欢迎。泡沫混凝土以其良好的特性，已用于节能墙体材料中，在其它方面也获得了应用。

（1）泡沫混凝土砌块

随着我国墙体材料改革与建筑节能等有关法规的推行，节能型新型墙体材料的生产与应用倍受重视。泡沫混凝土因密度小，保温隔热性能好，生产施工方便，可大量利用工业废渣等优点，在节能墙体中占有一席之地。在全国范围内看，北方地区以保温性能为主，南方以隔热性能为主。由于泡沫混凝土砌块的生产成本相对偏高，目前只在经济较为发展的地区应用较好。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，一般用密度等级为900~1200kg/m3泡沫混凝土砌块作为框架结构的填充墙，主要是利用该砌块隔热性能好和轻质高强的特点。在北方，泡沫混凝土砌块主要用作墙体保温层。但是泡沫混凝土一般不需经过蒸压养护工序，故此蒸压泡沫混凝土在我国应用很少。

（2）泡沫混凝土轻质墙板

目前用于建筑分户和分室隔墙的主要材料是GRC轻质墙板，由于其原料价格较高，影响了其推广应用。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质墙板的生产工艺，并得到了应用。与传统的GRC轻质墙板相比，采用泡沫混凝土生产技术，不但能明显降低产品的成本，而且大大改善了浆体的流动性，使成型更为方便。

（3）泡沫混凝土补偿地基

现代建筑设计与施工越来越重视建筑物在施工过程中的自由沉降。由于建筑物群各部分自重的不同，在施工过程中将产生自由沉降差，在建筑物设计过程中要求在建筑物自重较低的部分其基础须填充软材料，作为补偿地基使用，泡沫混凝土能较好地满足补偿地基材料的要求。

综上所述，蒸压泡沫混凝土在国内外均是一种新型材料，对该材料的研究有待进一步的完善。对蒸压泡沫混凝土制品的研究是很具有前瞻性的工作。