淺談發(fā)泡混凝土特性優(yōu)勢和應(yīng)用

譚孝源

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

所謂的發(fā)泡混凝土就是一種利用膠凝材料配合外加劑、水制作的膠凝材料漿體，這種漿體在發(fā)泡劑的作用下轉(zhuǎn)變成泡沫漿料。通過和常規(guī)混凝土的攪拌與澆筑，最后在蒸汽養(yǎng)護(hù)以及自然養(yǎng)護(hù)下變成成品。發(fā)泡混凝土內(nèi)部有著非常多的密閉氣孔，是一種輕質(zhì)類型的混凝土。發(fā)泡混凝土保溫隔熱好，具備降噪、環(huán)保、耐火、自重輕的優(yōu)勢是備受人們青睞的根本原因。

1 發(fā)泡混凝土發(fā)展

發(fā)泡混凝土在建筑物中的應(yīng)用可以很好地控制建筑物自重，通常能夠控制20%左右質(zhì)量。正因如此發(fā)泡混凝土才體現(xiàn)出了極好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 國外發(fā)展

19世紀(jì)末Hofman使用碳酸鈉和鹽酸制成氣泡混凝土成功申請到專利[1]。而到了20世紀(jì)北歐一些科學(xué)家則開啟了對發(fā)泡混凝土技術(shù)的深度研究和開發(fā)。瑞典科學(xué)家Axel Eriksson憑借著對發(fā)泡混凝土的研究獲得了一系列專利，并在隨后開發(fā)出了許多產(chǎn)品。北歐科學(xué)家取得成果以后一些蘇聯(lián)科學(xué)家也不甘落后的展開了對發(fā)泡混凝土技術(shù)的深度研究。這些蘇聯(lián)科學(xué)家在不斷嘗試、不斷實踐中終于獲得了重大科技成果。蘇聯(lián)科學(xué)家僅僅用了4年的時間就已經(jīng)實現(xiàn)了發(fā)泡混凝土工業(yè)化普及，在1946年制定了生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、使用規(guī)范[2]。這意味著蘇聯(lián)在標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)泡混凝土方面已經(jīng)走在了世界前端。

在1979年，美國科學(xué)家Yamads在油田固井中使用了發(fā)泡混凝土這項技術(shù)，這項技術(shù)在油田固井中的出現(xiàn)意味著原本單一化使用領(lǐng)域的發(fā)泡混凝土實現(xiàn)了多領(lǐng)域擴(kuò)展延伸。C.Pickford隨后在橋梁施工中展開了發(fā)泡混凝土技術(shù)的使用研究。J.m.Durack則編制了關(guān)于發(fā)泡混凝土砌體的生產(chǎn)報告。在大量科學(xué)家的共同努力下，發(fā)泡混凝土具備了防火、高強(qiáng)度、輕質(zhì)等優(yōu)勢，從而被人們廣泛用于工程當(dāng)中。

1.2 國內(nèi)發(fā)展

在1952年我國有關(guān)專家開始對發(fā)泡混凝土這種技術(shù)與材料進(jìn)行研發(fā)與試制，就在同年，國內(nèi)的一些工業(yè)管道工程開始在保溫體系中采用發(fā)泡混凝土技術(shù)，并初見成效。我國在1954年成功生產(chǎn)出可以被用在建筑物保溫的蒸壓發(fā)泡混凝土板，隨后在1955年研制出了能夠應(yīng)對與抵抗250～510 ℃發(fā)泡混凝土管殼。在1956年粉煤灰發(fā)泡混凝土成為了重點(diǎn)研究對象[3]，這也對實踐工程中發(fā)泡混凝土生產(chǎn)成本的控制起到了很大的作用[4]。

20世紀(jì)90年代，發(fā)泡混凝土現(xiàn)澆技術(shù)被廣泛應(yīng)用于我國的巖土工程回填以及建筑工程回填。在2000年開始我國交通工程廣泛使用發(fā)泡混凝土，我國的工程協(xié)會相繼制定了技術(shù)規(guī)程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這意味著我國在填充工程當(dāng)中正式啟用了標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)泡混凝土，在2005年步入高速發(fā)展期[5]。我國發(fā)泡混凝土發(fā)展歷程如表1所示。

表1 我國發(fā)泡混凝土發(fā)展歷程

2 發(fā)泡混凝土的特性優(yōu)勢

作為多孔混凝土，發(fā)泡混凝土和普通混凝土有著非常顯著的區(qū)別。發(fā)泡混凝土和普通混凝土最大的區(qū)別就是發(fā)泡混凝土當(dāng)中沒有粗骨料，其內(nèi)部存在大量密閉氣泡。發(fā)泡混凝土的主要物理指標(biāo)如表2所示。

表2 發(fā)泡混凝土的主要物理指標(biāo)

從發(fā)泡混凝土的主要物理指標(biāo)當(dāng)中可以看出，之所以人們青睞于發(fā)泡混凝土，是因為發(fā)泡混凝土有其自身的幾個優(yōu)勢。

首先是第一個優(yōu)勢是自身質(zhì)量比較輕，因為發(fā)泡混凝土在體積與密度上比普通混凝土小，內(nèi)部沒有粗骨料，所以發(fā)泡混凝土的使用，能夠幫助高層建筑獲得更輕的建筑質(zhì)量。施工中只需要將發(fā)泡混凝土應(yīng)用在非承重結(jié)構(gòu)就能夠很好地控制建筑物自重問題。

第二個優(yōu)勢是發(fā)泡混凝土有著良好的保溫與隔熱性能。因為發(fā)泡混凝土當(dāng)中存在大量微氣孔與密閉氣泡，而這些條件能夠讓混凝土獲得與具備非常好的保溫與隔熱效果。據(jù)統(tǒng)計，因為發(fā)泡混凝土具有非常好的保溫隔熱效果，在240 mm 厚發(fā)泡混凝土墻和490 mm厚黏土磚墻的保溫效果基本一樣。

第三個優(yōu)勢發(fā)泡混凝土有著較強(qiáng)的降噪能力。該優(yōu)勢的原因和前面的一樣，都是因為內(nèi)部存在大量密閉氣孔，所以才讓建筑物具備了良好降噪、隔音能力。

第四個優(yōu)勢，發(fā)泡混凝土的抗震性十優(yōu)秀。因為發(fā)泡混凝土本身內(nèi)部封閉氣孔較多，彈性模量較低，使得發(fā)泡混凝土能夠消耗大量地震波帶來的沖擊能量[6]。再由于發(fā)泡混凝土質(zhì)量比較輕，使用發(fā)泡混凝土這種密度小的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以減少工程地基荷載，從而提高了建筑物抗震能力、抗震性能。

最后是其他方面的優(yōu)勢，比如發(fā)泡混凝土自身可泵性良好，施工速度快等，所以才會被廣泛使用在地下采空區(qū)以及大面積現(xiàn)場澆筑。

3 發(fā)泡混凝土的應(yīng)用發(fā)展

作為一種以發(fā)泡劑和膠凝材料為主要成分的混凝土，發(fā)泡混凝土的優(yōu)點(diǎn)正如同前面所說的一樣，有著極好的降噪能力、隔熱水平、保溫效果、輕質(zhì)優(yōu)勢。憑借著以上這些優(yōu)點(diǎn)，發(fā)泡混凝土進(jìn)入了工程被廣泛應(yīng)用，特別是在環(huán)保節(jié)能高要求的社會背景下，發(fā)泡混凝土材料展現(xiàn)出了巨大優(yōu)勢，已經(jīng)在逐步在建筑行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。下面略述幾種應(yīng)用。

第一種是發(fā)泡混凝土在建筑行業(yè)中被用作擋土墻及邊坡保護(hù)。比如各種港口中的岸墻就有使用發(fā)泡混凝土，發(fā)泡混凝土憑借著出眾的質(zhì)量輕的優(yōu)勢，能夠很好的控制岸墻側(cè)向荷載。近些年，在很多路基邊坡都有在使用發(fā)泡混凝土，能夠提高邊坡的整體穩(wěn)定性，有些沙區(qū)的蓄水覆蓋也在使用發(fā)泡混凝土，效果也比較好。

第二種是為建筑物地基減荷載。在建筑行業(yè)快速發(fā)展的今天，絕大多數(shù)建筑物都有著大群組、大高度的問題，而這些因素勢必會加重建筑物自重。很多高層建筑都有著十分明顯的沉降問題，對此人們不得不重視建筑物自重帶來的各種不利影響。建筑物設(shè)計環(huán)節(jié)必須要保障建筑物足夠穩(wěn)定，發(fā)泡混凝土憑借著其質(zhì)量輕的優(yōu)勢被作為軟材料填充，為地基減少上部荷載。發(fā)泡混凝土的出現(xiàn)提高了地基的整體穩(wěn)定性。

第三種是發(fā)泡混凝土砌塊?，F(xiàn)如今國內(nèi)使用最多、最廣泛的砌塊材料就是發(fā)泡混凝土。發(fā)泡混凝土能夠被當(dāng)作墻體的填充材料，使用中能夠很好地控制建筑結(jié)構(gòu)自重問題，同時也起到保溫、隔熱、隔聲降噪的效果。

第四種是發(fā)泡混凝土用作保溫層?，F(xiàn)如今很多工程項目采用發(fā)泡混凝土板做外墻保溫，也有現(xiàn)澆發(fā)泡混凝土做樓地面保溫的。由于發(fā)泡混凝土本身含封閉氣孔較多，保溫效果非常明顯。

第五種是發(fā)泡混凝土用作輕質(zhì)隔墻板。我國科學(xué)院專家通過對GRC隔墻板、發(fā)泡水泥、固體發(fā)泡劑的研究最終研制出了輕質(zhì)粉煤灰發(fā)泡水泥墻板技術(shù)，這種材料大大提高了漿體的流動性，給施工作業(yè)帶了便利。同時由于原材料來源廣泛，造價不高，減少了工程成本。使用輕質(zhì)粉煤灰發(fā)泡水泥墻板能夠給工程項目創(chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、技術(shù)效益，發(fā)泡水泥墻板如圖1所示。

圖1 發(fā)泡水泥墻板

第六種是發(fā)泡混凝土用作回填管線洞穴。使用600～1 100 kg/m3發(fā)泡混凝土可以回填因廢棄管線、廢棄油柜、廢棄污水管以及其他容易引發(fā)爆炸、火災(zāi)、坍塌的空穴，這樣既能保證安全，費(fèi)用又低。

第七種是發(fā)泡混凝土用作運(yùn)動場的修建。施工中使用密度在800～900 kg/m3區(qū)間的發(fā)泡混凝土為基礎(chǔ)，在上層覆蓋人造草皮或是礫石，便能夠用作網(wǎng)球、足球、曲棍球活動場地。當(dāng)然也可以在發(fā)泡混凝土的上部覆蓋塑料層、多孔瀝青，這樣就能夠用于田徑跑道使用。

第八種是發(fā)泡混凝土用作軍事項目。軍事項目中同樣可以使用發(fā)泡混凝土，由于發(fā)泡混凝土彈性模量低，有著良好減振能力，包括抗暴坑道、射擊靶場建設(shè)都可以使用發(fā)泡混凝土。

第九種是發(fā)泡混凝土用作耐火層。因為發(fā)泡混凝土有著良好的耐火性能，所以有防火要求的工廠可以使用這種材料，現(xiàn)在很多時候在保溫管道的外殼采用發(fā)泡混凝土做耐火層，效果也比較好。

第十種是發(fā)泡混凝土用作園林景觀項目。園林景觀施工對于發(fā)泡混凝土的應(yīng)用是比較新興的話題，主要包括用發(fā)泡混凝土制成的仿木材料、假山石等。當(dāng)然有些時候也會被作為基質(zhì)進(jìn)行無土種植。

除了上面十種應(yīng)用方面以外，發(fā)泡混凝土還被廣泛應(yīng)用在裝飾材料、塊狀隔音樓板、防火墻絕緣、貧混凝土填層、儲罐底腳支撐、屋面邊坡、復(fù)合墻板、夾芯構(gòu)件、隧道減荷、回填灌漿等。

4 現(xiàn)階段發(fā)泡混凝土的質(zhì)量缺陷

當(dāng)前國外憑借著多年的發(fā)展和研究經(jīng)驗已經(jīng)具備了十分成熟、先進(jìn)的發(fā)泡混凝土技術(shù)，有著廣泛的適用領(lǐng)域。因為發(fā)泡混凝土的經(jīng)濟(jì)性能、物理特性十分出眾，所以才會被廣泛使用在各種工程項目。雖然發(fā)泡混凝土有著以上非常多的優(yōu)勢，但也需要意識到的是發(fā)泡混凝土本身也存在很多的缺陷與問題需要處理。

首先發(fā)泡混凝土在強(qiáng)度上相對來說較低，通常不到2.0 MPa，甚至有些廠家的發(fā)泡混凝土不足1.0 MPa。不過這種問題正漸漸得到改善，比如北京某企業(yè)如今所研發(fā)的發(fā)泡混凝土強(qiáng)度已經(jīng)可以達(dá)到2.5 MPa。在科技的推動下，今后將會出現(xiàn)更多高強(qiáng)度混凝土為我國建筑行業(yè)提供助力。

其次開孔率較高。因為發(fā)泡混凝土當(dāng)中充滿了K、Na這些元素，會破壞氣泡。所以很多氣泡都以開孔形式呈現(xiàn)，這些問題影響了發(fā)泡混凝土保溫性。該問題需要得到解決才能夠讓我國發(fā)泡混凝土獲得更好的應(yīng)用環(huán)境與條件。

此外是吸水與開裂問題。很多硬化后的發(fā)泡混凝土都會出現(xiàn)表面開裂情況，隨后吸收大量外界水分。對于開裂問題通?？梢杂锰砑永w維的方式解決，而吸水問題則用添加憎水劑途徑處理。

最后就是發(fā)泡技術(shù)問題。當(dāng)前國內(nèi)大部分的發(fā)泡混凝土與發(fā)泡劑在技術(shù)水平上都是比較落后的。研究出價格合理、成本合理、性能優(yōu)秀、穩(wěn)泡性佳、發(fā)泡效果好的綠色環(huán)保發(fā)泡劑才能夠讓我國發(fā)泡混凝土獲得更好的發(fā)展契機(jī)。而當(dāng)前國內(nèi)發(fā)泡技術(shù)存在泡沫不均勻、穩(wěn)定性差等情況，這些問題嚴(yán)重影響了發(fā)泡混凝土使用質(zhì)量。對于發(fā)泡混凝土來說發(fā)泡劑性能帶來的影響非常突出。只有使得發(fā)泡劑的泡沫持久穩(wěn)定性和發(fā)泡效果均勻以后才能夠保障發(fā)沫混凝土的強(qiáng)度與密度符合規(guī)定要求。

5 結(jié)語

本文總結(jié)了當(dāng)前國內(nèi)外對于發(fā)泡混凝土技術(shù)的應(yīng)用思路，并介紹了其應(yīng)用發(fā)展范圍。結(jié)合其特征以及行業(yè)趨勢分析了未來收益、未來發(fā)展價值。希望本文的研究可以幫助更多人、地區(qū)了解到發(fā)泡混凝土技術(shù)。