泡沫混凝土研究现状

2023.04.26

仓定仲，仓定稳

摘要：泡沫混凝土就是在砂浆或者水泥浆中等水泥基材料中引入发泡剂产生的泡沫。泡沫混凝土多空、轻质的特殊结构特性使其被广泛的应用于大体积回填工程、保温隔热工程以及轻质制品等方面。本文对目前泡沫混凝土国内外的研究现状进行了分析，并且提出了泡沫混凝土存在的问题和解决的方法。

关键词：发泡剂；泡沫混凝土；混凝土

0 研究背景

近年来，国家对建筑节能环保领域的越来越重视，这对建筑材料的功能提出了新的要求。轻质、保温、隔热、隔声、防潮等性能与强度和耐久性能都成为衡量混凝土性能的重要指标。

美国人在上世纪30年代发明了具有良好抗冻性能的混凝土材料之后，便迅速展开了对混凝土发泡剂的研究[1～3]。上世纪四十年代末美国科学家Sonik发明的具有轻质、耐热、隔音、性能及屏蔽电磁信号等特性的泡沫铝材料在多个工程领域得到广泛应用[4]。目前市场上生产供应泡沫铝材料的厂商主要来自于美国、德国和加拿大等国[5，6]。

泡沫混凝土是一种新型节能环保型建筑材料，它具有轻质、保温、抗震等优点。在水泥净桨、砂浆以及混凝土等水泥基材料中加入发泡剂产生的泡沫后，可以在混凝土内部均匀的形成众多封闭的孔洞，这种固相、气相相互交织的特殊结构，在减轻了混凝土的重量的同时又保证了其良好的保温隔热性能[7]。由于泡沫混凝土轻质、保温、环保的特点，使得泡沫混凝土在工程中得到大规模的应用。

泡沫混凝土的分类方法有多种，按照其成份的差异可分为：水泥泡沫混凝土、石膏泡沫混凝土、火山灰质泡沫混凝土、矿渣泡沫混凝土和粉煤灰泡沫混凝土等。

1 泡沫混凝土的特点

（1）质量轻

根据混凝土中集料的不同和泡沫掺量的多少，泡沫混凝土的密度也各不相同。通常情况下其密度区间在0.15～1.8t/m3之间，在对材料自身重量有要求的领域可以大范围的应用。

（2）保温隔热

泡沫混凝土是一种多空结构材料当其容重在0.2～1.5t/m3时，泡沫混凝土具有良好的保温隔热性能。

（3）隔音

泡沫混凝土是一种多孔结构材料，其中的孔洞可以使得声波发生漫反射后逐渐衰减最后转化为热能，从而达到隔音的效果。

（4）耗能减震

泡沫混凝土多孔的特性使其同样具有减震吸能的作用。首先，应力波在孔洞和孔壁之间进行不断的发生折射和反射发生衰减；其次，泡沫混凝土大空隙的特点，在动荷载下泡沫混凝土比普通混凝土产生更大的变形、更早进入塑性状态，能够吸收更多的冲击力。

2 泡沫混凝土应用领域

目前泡沫混凝土被普遍应用于以下工程：

（1）轻质挡土结构。因为泡沫混凝土与水泥基建筑材料具有良好的粘结性能，同时其也是一种刚性材料。若将其用于挡墙后轻质回填工程可以同时降低竖向压力也可减少对挡墙的侧压力。同时还可以用它作为路基边坡从而增加路堤边坡的稳定性。

（2）回填工程。泡沫混凝土流动性能好、成本低的特点使其成为了诸如废弃地铁、地窖、大型油罐等大型孔洞回填项目的首选回填材料。

（3）作夹芯构件。将泡沫混凝土作为钢筋混凝土预制构件的内芯层可以使得构件在保证强度的前提下获得良好的保温隔热性能。

（4）屋面边坡。泡沫混凝土具有施工方便、质量轻、价格便宜等优势很适合作为屋面的边坡材料。

（5）建筑保温系统。泡沫混凝土的的多空结构使其保温性能较为优秀，将泡沫混凝土或者泡沫混凝土砌块用作建筑墙体与垫层保温材料时可以满足建筑物节能环保方面的需求。

3 泡沫混凝土存在的问题及对策

（1）理论方面缺少系统研究。目前国内外主要研究泡沫混凝土的热工性能与力学性能，但对其耐久性和渗透性等方面的研究较少。因此，对泡沫混凝土的各种性能进行系统的理论研究可以进一步促进泡沫混凝土的推广和应用。

（2）微观研究不足。国内外研究人员对泡沫混凝土的研究主要集中在宏观层次很少涉及其微观结构。泡沫混凝土中的孔结构是其重要的组成部分，泡沫混凝土的孔结构与其性能密切相关。研究泡沫混凝土的微观结构对于建立泡沫混凝土微观孔结构与宏观性能之间的模型显得十分必要。

（3）缺少技术标准。泡沫混凝土在我国尚未进入大规模应用阶段，泡沫混凝土的研究、设计、生产及应用尚未形成完善的系统，在泡沫混凝土的设计与施工方面国家尚未制定相关的标准和规范，这对泡沫混凝土的质量控制和技术发展不利。

（4）生产装备落后。目前我国泡沫混凝土的生产设备以电控手工操作+手工配料为主，与欧美大型化、自动化、加工精良化的设备相比差距较大，产品质量不稳定。在这方面我国应该加大投入逐步缩小与发达国家的差距。

4 展望

与发达国家相比我国的泡沫混凝土产业存在着技术水平低下、整体规模偏小，大宗应用的主导产品偏少。随着我国技术的发展、生产设备的进步、国家标准的建立以及国家低碳经济的发展战略泡沫混凝土在我国必将得到大规模推广和应用。

参考文献：

[1] SAVOLY A，ELKO D P. Foaming agent composition and process： US，5714001A[P]. 1998-02-03

[2] SAVOLY A，ELKO D P. Foaming agent composition and process ：C A，2081299A1[P]. 1993-04-26

[3] YANG Q，ZHU P，WU X，et al. Properties of concrete with a new type of sapon in air-entraining agent [J]. Cement and Concrete Research，2000，30 （8）：1313-1317.

[4] 李大武，孙挺.泡沫铝发泡剂研究进展[J].材料导报，2008，22（9）： 51-54.

[5] BANHART J. Manufacture characterization and application of cellular metals and metal foams [J]. Progress in Materials Science，2001，46（6）： 559-632.

[6] CAMBRONERO L E G， RUIZ-ROMAN JM， CORPASE A， et al. Manufacturing of A-lMg-Si alloy foam using calcium carbonate as foaming agent[J].Journal of Materials Processing Technology，2009，209（4）： 126-132.

[7] 任先艳，张玉荣，刘才林，杨海君，杨军校. 泡沫混凝土的研究现状与展望[J].混凝土，2011（2）.