泡沫混凝土及其应用进展★

揣 丹 刘开平

(长安大学材料科学与工程学院，陕西西安 710061)

0 引言

泡沫混凝土是将泡沫剂制成的泡沫加入到含硅钙质材料、水及外加剂组成的料浆中，经搅拌、成型、养护而形成的含大量封闭气孔的轻质建筑材料。我国泡沫混凝土发展的第1个高潮期为20世纪50年代初期，由前苏联把泡沫混凝土的理念和技术传到中国;第2个高潮期是在21世纪之后，由于泡沫混凝土适应了建筑节能的需求，发展势头强劲，到2010年年产量已超过700万m3，而且其现浇保温层面积超过1亿m2。除保温的功能外，泡沫混凝土的其他优良性能也逐渐被认识，譬如吸能、吸收电磁波、隔声、吸声、抗震、抗爆、耐火、抗冲击防护、漂浮承载、保水、抗渗抗潮、透水过滤、绿化等等。这些功能的发现，使它倍受各行业的关注。从未来建筑节能保温趋势来看，泡沫混凝土极有可能成为用量最大的建筑保温材料之一。

1 泡沫混凝土与普通混凝土及有机泡沫保温材料的性能比较

泡沫混凝土相较于普通混凝土而言，结构及组成上的最大不同点是:泡沫混凝土内部含有大量封闭气孔，且成分中没有使用砂等粗集料，这就决定了泡沫混凝土与普通混凝土性能上的不同。泡沫混凝土性能上的突出优势是可以作为建筑保温材料，导热系数低，且密度小。

目前外墙保温材料主要是以聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫为主的有机泡沫保温材料，其具有易燃性，且轰然性强，火势凶猛，产生烟毒。烟毒是造成人员死亡的重要因素。相较于有机保温材料——聚苯乙烯泡沫板，泡沫混凝土的突出优势为强度高，耐久性好，可与建筑物同寿命，且绿色环保、施工工艺简单。从目前的发展趋势来看，泡沫混凝土可作为有机泡沫保温材料的取代品。表1为泡沫混凝土与普通混凝土及传统保温材料聚苯乙烯泡沫板的性能对比情况［2，3］。

2 泡沫混凝土与加气混凝土的性能比较

泡沫混凝土与加气混凝土均为优质的新型墙体保温材料，二者的共同点是内部都具有大量细小、封闭并且分布均匀的气孔。泡沫混凝土相较于加气混凝土的优势主要表现在工艺方面，泡沫混凝土不用经过蒸压养护，节约成本，而且可以现场浇筑。除此之外，其还具有强度离散性小、残余强度高、隔音效果好等优良特点。

表2为泡沫混凝土与加气混凝土性能指标的对比情况。

3 泡沫混凝土的应用进展

在国外，美国、英国、加拿大等欧美国家以及日本等亚洲国家已用泡沫混凝土修建运动场和田径跑道，修筑挡土墙，制作屋面坡板、复合墙板，除此之外，还用于混凝土填层、管线回填等方面。在国内，随着建筑行业的快速发展及国家节能减排政策的进一步深化，泡沫混凝土的研究与应用得到空前的发展机遇。近些年，我国泡沫混凝土的最新应用主要表现在以下几个方面。

表1 泡沫混凝土与普通混凝土及聚苯乙烯泡沫板的性能比较

表2 泡沫混凝土与加气混凝土的性能比较［4］

3.1 泡沫混凝土制品

泡沫混凝土已应用于屋面、墙体等保温节能材料，其中泡沫混凝土砌块应用量较大。近些年，泡沫混凝土砌块的实用新型层出不穷。于占泉［5］研制的一种空气泡沫混凝土夹心双孔砌块，外壁及内壁围成两个大小相等分布均匀的夹心腔，该腔内添加无机保温轻质材料构成芯层。

该砌块产品性能指标见表3。

这种空气泡沫混凝土夹心双孔砌块的优点在于可自行保温，降低保温造价，导热系数低，保温性优异，且强度高，抗弯性能好，耐火，质轻，节约工时，吸水率低，抗冻性好，抗菌抗腐蚀性好。

表3 空气泡沫混凝土夹心双孔砌块性能指标

3.2 泡沫混凝土填充回填材料

泡沫混凝土作为回填材料具有施工简便、充实度高、速度快、综合成本高等优点，且能避免造成塌方等危害。近些年科研人员在充填材料和工艺方面做了很多努力，胶结填充已开始从低密度转向高密度，继而产生了膏体充填和似膏体充填等先进工艺，但都或多或少存在一些问题，尾砂泡沫混凝土就是在这种情况下研发出的一种新型充填材料。

刘文波等［6］研制的尾砂泡沫混凝土，由于具有一定的柔性、可压缩性大，具有一定的强度，可以在地下矿山工程中应用。作为可缩性支护的垫层，保持支架承载均匀，减轻和缓和支架受力，并能有效释放围岩的初始弹性变形。除此之外，由此制成的泡沫混凝土砌块，可用于巷道砌筑、承重墙体和通风密闭墙、罐形墩柱等，均有良好的效果。

3.3 泡沫混凝土吸能材料

泡沫混凝土因其内部多孔而形成无数的自由面，能量经过这些自由面的反射，折射，叠加，不断地衰减，从而保护结构免遭破坏，在民用和军事上都有广阔的应用前景。随着科技的发展，地下防护工程以及民防掩蔽工程，经常会遭到各种爆炸冲击的破坏。以往地下防护工程抗爆结构主要以混凝土材料构筑，增加结构层的厚度成为提高防护能力的首选措施，但新兴的复合防护结构可以大幅度提高结构的抗爆能力。张景飞等［7］设计了混凝土—泡沫混凝土—混凝土三层复合防护结构，通过对冲击波穿过泡沫混凝土层后应变、应力的研究得出泡沫混凝土密度越低，吸能作用越明显。

3.4 泡沫混凝土吸波材料

通信基站和电缆、高压输电线和输电站及广播电视发射台等通信设备和电气设备的电磁辐射会产生不同程度的电磁污染，可能会很大程度上影响到周围居民的身体健康。水泥基复合吸波材料的应用是解决民用建筑电磁辐射危害问题的有效途径之一，其中低成本和功能多样化则是建筑吸波材料应用的关键之所在。贾兴文等［8］利用导电石墨作吸波剂，将石墨掺加到泡沫混凝土中，石墨的逾渗阈值为水泥质量的15%。

研究发现，随着发泡剂用量增加，石墨泡沫混凝土反射率逐渐降低。厚度为30 mm时，泡沫混凝土吸波性能最佳。当石墨掺量和发泡剂用量分别为水泥质量的15%和2.5%时，反射率降低至 －15.64 dB，其中小于 －10.0 dB 的带宽可达 3.0 GHz，并可以用泵送工艺施工，便于在建筑工程中应用，实现建筑电磁辐射防护和建筑节能的目标。

3.5 泡沫混凝土防火材料

近些年，由易燃可燃建筑外保温材料而引发的火灾数量越来越多，且愈发严重，给人民的生命财产造成很大的损失。根据消防局的不完全统计，2007年～2010年，造成严重后果的外保温材料火灾就高达1 359起。

外墙保温材料火灾具有引燃性强、易燃、快速立体火灾、控制难度大、火灾多集中在施工阶段、投入使用建筑的危险性大等特点。作为保温材料的泡沫混凝土的不燃性和低导热系数，使其具有很好的防火性。A级防火泡沫混凝土保温板已得到批量生产，该产品的优点主要表现为性能可靠，生产成本低，生产过程无需蒸养、蒸压、高温熔融等高耗能环节。用其取代有机外墙保温材料——聚苯泡沫板，经久耐用，技术经济合理，施工性好，安全环保，可用作外墙保温层、防火隔离带等［9］。

张丕华［10］研制的建筑保温防火板，包括中空板材和内部填充无机泡沫混凝土芯材，在中空板材的外侧表面上设有一装饰层，在装饰层上贴装一层铝膜，整个防火板具有较高的阻燃性能和耐热性能，在建筑物外墙上提高了建筑物的防火等级。付秀新等［11］利用泡沫混凝土制作了防火型保险柜，试件的干密度越低，内部温度越低，表明耐火隔热性能越好，为泡沫混凝土的应用开辟了新途径。

4 结语

现阶段，我国的泡沫混凝土研究和生产还存在不少问题亟待解决，如泡沫混凝土制品的整体技术水平还不高，厂家规模较小，在一定程度上阻碍了泡沫混凝土产业的发展;发泡剂虽种类繁多，但质量良莠不齐，性能欠佳;大型生产设备缺乏，不易于大规模生产;泡沫混凝土制品的收缩值较大，易导致构筑体在使用过程中开裂;由于泡沫混凝土的多孔性，尤其当生产过程中出现连通孔时，吸水率较高［12］等等。为进一步在我国推广泡沫混凝土的应用，该领域的科研人员还需不断地努力研制高效发泡剂及稳泡剂，优化工艺流程及设备，添加适当外加剂，控制水灰比，掺加高分子聚合物等以优化泡沫混凝土性能，提高泡沫混凝土的强度，降低泡沫混凝土的密度、收缩率及吸水率等。作为一种绿色环保的建筑节能保温材料，泡沫混凝土已经越来越多地应用在建筑工程中。

今后几年，将是泡沫混凝土飞速发展的时期。积极探索更好的技术，突破发展瓶颈，将会促使泡沫混凝土工业更加健康地向前发展。

［1］关博文，刘开平.混凝土研究及应用新进展［J］.广东建材，2008(2):19-21.

［2］张 磊，杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状［J］.混凝土，2005(8):44-48.

［3］任先艳，张玉荣.泡沫混凝土的研究现状与展望［J］.混凝土，2011(2):139-141.

［4］王丽枚，皮凤梅.泡沫混凝土及其在现浇墙体中应用展望［J］.新型建筑材料，2011(10):77-78.

［5］于占泉.空气泡沫混凝土夹心双孔砌块［P］.2011-08-17.

［6］刘文波，连海瑛.尾砂泡沫混凝土在地下矿山工程中的应用探析［J］.采矿工程，2012(1):24-27.

［7］张景飞，冯明德，陈金刚.泡沫混凝土抗爆性能的试验研究［J］.混凝土，2010(10):10-12.

［8］贾兴文，张亚杰.石墨泡沫混凝土的吸波性能研究［J］.功能材料，2012，17(43):2397-2400.

［9］李应权，徐洛屹.A级防火泡沫混凝土保温板［J］.新型建筑材料，2012(2):69-71.

［10］张丕华.建筑防火保温板［P］.2011-08-17.

［11］付秀新，潘志华，王冬冬.泡沫混凝土用作防火型保险柜壁隔热填充材料［J］.南京工业大学学报(自然科学版)，2009，31(3):106-110.

［12］刘小艳，王新瑞.泡沫混凝土的研究进展及应用［J］.混凝土，2012(6):34-36.