泡沫混凝土的研究进展及应用

牛振华，刘永德，万东锦，马 闯，刘 楠

（1.河南工业大学化学化工与环境学院；2.郑州轻工业学院环境污染治理与生态修复河南省协同创新中心，郑州 450001）

泡沫混凝土的研究进展及应用

牛振华1，刘永德1，万东锦1，马 闯2，刘 楠2

（1.河南工业大学化学化工与环境学院；2.郑州轻工业学院环境污染治理与生态修复河南省协同创新中心，郑州 450001）

近年来，泡沫混凝土在工程上的应用范围越来越广。它是一种多孔材料，具有轻质、保温隔热、吸音、不燃、抗震等优良特性，可较好地满足建筑节能和提高建筑安全性的要求。因此，诸多学者针对掺和料、发泡剂、骨料、外加剂、纤维、微孔结构等因素对泡沫混凝土的影响展开研究。目前，泡沫混凝土已广泛应用于建筑节能、结构减荷及基础回填等方面。本文综述了泡沫混凝土的研究进展和应用现状。

泡沫混凝土；建筑节能；结构减荷；基础回填

泡沫混凝土是指将发泡剂产生的泡沫引入砂浆、水泥净浆或水泥-粉煤灰净浆等水泥基材料中，经成型及养护形成含大量封闭气孔的轻质混凝土。泡沫混凝土具有诸多优点，相比于普通建材，它采用了发泡剂、水泥、沙子等轻质材料，较大程度地减少了砂石使用量；此外，泡沫混凝土能够满足施工质量要求，同时保证施工进度。因此，建筑业成为泡沫混凝土应用最多的领域。此外，泡沫混凝土还符合低碳经济、低碳生活的设计理念[1]。

1 泡沫混凝土的研究进展

1.1 掺合料对泡沫混凝土性能的影响

在泡沫混凝土研究中，掺和料的种类、掺加量对泡沫混凝土的自重和抗压强度等性能均有较大的影响。Kearsley等研究发现，泡沫混凝土中粉煤灰加入越多，强度越低[2]。张鑫等采用正交试验研究了水灰比、粉煤灰掺量对泡沫混凝土强度的影响，确定出泡沫混凝土的最佳配合比为：水灰比为45%，粉煤灰渗量为50%，发泡剂掺量为1.0%，砂的掺量为15%[3]。

1.2 发泡剂对泡沫混凝土性能的影响

搅拌或者注入压缩空气使得发泡剂在泡沫混凝土中形成大量气泡，经过后期的干燥养护留下大量的孔洞。因此，发泡剂的种类及发泡技术直接影响最终泡沫混凝土的孔隙特性。史星祥等以鸡毛为原料制备了蛋白质型发泡剂，结果表明发泡剂稳定性直接影响泡沫混凝土空隙结构的均匀性，稳定性好的泡沫混凝土其孔结构均匀性好、强度高[4]。牛云辉等以泌水率、沉降距、发泡倍数、泡沫壁厚为评价指标，评价市售动物蛋白发泡剂、植物蛋白发泡剂及合成类发泡剂等实际性能，研究其对抗压强度、吸水率及气孔结构的影响[5]。结果表明，植物蛋白发泡剂制成的泡沫稳定性和发泡倍数居于其余两种之间，动物发泡剂制备的泡沫尺寸相对较大，封闭程度较高；合成类发泡剂制备的泡沫泡径小，难以在水泥浆体中分散，导致泡沫混凝土气孔连通程度较高，气孔均匀性较差。

1.3 骨料对泡沫混凝土性能的影响

骨料是指在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。骨料的种类、粒径、掺杂量会直接影响最终泡沫混凝土的性能。张伟等利用废弃粘土砖为骨料制备泡沫混凝土，制备出了符合泡沫混凝土行业标准的废砖泡沫混凝土[6]。

1.4 外加剂对泡沫混凝土性能的影响

加入不同种类的外加剂可以改变泡沫混凝土的某些特殊性能，如掺早强剂和速凝剂以加快泡沫混凝土强度发展；掺憎水剂以降低泡沫混凝土吸水率；掺膨胀剂以减少收缩裂缝等。赵怀霞等以水泥和双氧水为基本原料，研究不同掺量稳定剂、稳泡剂、减水剂和催化剂对泡沫混凝土干密度、抗压强度、吸水率的影响[7]。结果表明，最佳掺量为：稳定剂0.6%、稳泡剂1.1%、减水剂1.1%、催化剂0.9%，此时制备的泡沫混凝土的干密度为 271.3 kg/m3、抗压强度为0.73 MPa。

1.5 纤维对泡沫混凝土性能的影响

近年来，随着对泡沫混凝土的研究不断深入，人们发现在水泥基中加入纤维可促使泡沫混凝土具有增强、阻裂和增韧的作用。王朝强等利用聚丙烯纤维或耐碱玻璃纤维对泡沫混凝土进行改性，研究了不同掺量的纤维对泡沫混凝土的影响，研究发现纤维的掺入对泡沫混凝土的吸水率、导热系数影响不大，但可较好地抑制干燥收缩性[8]。当干密度相同时，纤维的掺入可明显增加泡沫混凝土的抗压强度和抗弯强度。

1.6 微观结构对泡沫混凝土性能的影响

石川等建立了气孔直径和孔壁厚度的计算模型，研究了泡沫混凝土力学性能和微观结构，并通过IPP软件分析泡沫混凝土的孔结构[9]。熊清清对泡沫混凝土墙体材料性能及其微观结构进行了研究[10]。结果表明，粉煤灰可增加泡沫混凝土内部的孔隙，粉煤灰用量越大，泡沫混凝土内部空隙分布越均匀，分形维数增大。

2 泡沫混凝土的应用现状

随着社会的发展，国家大力推进建筑节能，泡沫混凝土逐渐成为研究应用的热点。近年来，相较于国外发达国家，国内泡沫混凝土的研究和应用均略显滞后，目前，国内外的应用主要在以下几个方面。

2.1 泡沫混凝土制品

泡沫混凝土制品包括泡沫混凝土砌块以及轻质板材。由于独特的理化特性，泡沫混凝土制成的砌块具有轻质、防火隔热、防冻、施工简便的优点。因而，其广泛用作建筑结构的填充墙体。此外，泡沫混凝土与薄钢板制成的复合墙体可以显著提高墙体的抗弯、抗拉强度。

泡沫混凝土制品具有优良的保温隔热性能，其在屋面保温隔热、充填式自保温砌块和地板采暖绝热层等领域应用也非常广泛。

2.2 填充与回填

泡沫混凝土自重较轻，使用泡沫混凝土进行填充和回填时，施工较为简便、快速，综合成本较低。我国已有成功应用的案例，与此类似的还有管线填充、屋面边坡以及港口的岸墙等。

2.3 轻质垫层

泡沫混凝土具有较好的压缩性，因而将其作为建筑整体的补偿地基材料，可以有效避免建筑物的不均匀沉降。此外，泡沫混凝土具有良好的吸能作用且质量轻，强度可控，在修建运动广场和田径跑道时可以使用泡沫混凝土作为轻质基础。

2.4 其他

除建筑、道路建设等领域应用之外，泡沫混凝土凭借较好的吸音功能，还应用于声屏障工程。例如，我国武广高速使用特制陶瓷泡沫混凝土作为声屏障。

军事上，泡沫混凝土可应用于射击靶场的地下抗爆坑道。由于高耗能和受力的高形变性，泡沫混凝土可有效缓解爆炸对下部结构的冲击，所以可应用于抗爆坑道结构建设中。国外还利用泡沫混凝土吸收钻井平台钻井作业时产生的高频振动。

未来，泡沫混凝土除了应用于功能材料的制造，如用于防电磁辐射、抗爆吸能等方面，还将应用于生态覆盖，包括道路边坡防滑坡植草覆盖、沙土地防沙植草覆盖、垃圾场植草覆盖、岩石裸露区植草覆盖等。

3 结语

目前，人们对泡沫混凝土的性能、生产设备、生产工艺等方面的研究还不够成熟，因此泡沫混凝土的生产、应用在一定程度上受到了阻碍。但随着建筑节能减排政策的实施和国内外对其性能研究的不断深入，泡沫混凝土必将以其质轻、环保、保温隔热、降噪隔音等优越性能在众多领域得到越来越广泛的应用。

1 王明轩，李应权，迟碧川.2015泡沫混凝土行业发展报告[J].混凝土世界，2016，（4）：18-23.

2 Kearsley E P，Wainwright P J. Ash content for optimum strength of foamed concrete[J].Cement &Concrete Research，2002，32（2）：241-246.

3 张 鑫.粉煤灰水泥基泡沫混凝土的配合比试验研究[D].淮南：安徽理工大学，2016.

4 史星祥.蛋白质型发泡剂的制备及其对泡沫混凝土性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2013，（11）：23-28.

5 牛云辉，张玉苹，蒋 俊.发泡剂对泡沫混凝土气孔结构及性能的影响[J].混凝土世界，2016，（9）：60-63.

6 张 伟.利用废弃粘土砖制备泡沫混凝土的试验研究[D].包头：内蒙古科技大学，2014.

7 赵怀霞，杨 雷，罗树琼，等.外加剂对超轻质泡沫混凝土性能的影响[J].新型建筑材料，2015，42（1）：52-55.

8 王朝强，谭克锋，徐秀霞.纤维对泡沫混凝土性能的影响[J].西南科技大学学报，2013，28（3）：11-15.

9 石 川.泡沫混凝土及其复合墙板的研究[D].广州：华南理工大学，2013.

10 熊清清.泡沫混凝土墙体材料性能及其微观结构研究[D].天津：河北工业大学，2014.

Study Progress and Applications of Foamed Concrete

Niu Zhenhua1, Liu Yongde1, Wan Dongjin1, Ma Chuang2, Liu Nan2
(1. College of Chemistry, Chemical and Environmental Engineering, Henan University of Technology; 2. Collaborative Innovation Center of Environmental Pollution Control and Ecological restoration, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450001, China)

In recent years, the application of foam concrete in the engineering more and more widely. It is a kind of porous material, with light, thermal insulation, sound absorption, non-combustible, earthquake and other excellent features, can better meet the building energy efficiency and improve building safety requirements. Therefore, many scholars have studied the effect of blending agent, foaming agent, aggregate, admixture, fiber and microporous structure on foam concrete. At present, the foam concrete has been widely used in building energy efficiency, structural reduction and basic backfill and so on. This paper reviews the progress and application of foam concrete.

foam concrete; building energy efficiency; structural reduction; basic backfill

TU528.2

A

1008-9500(2017)09-0093-03

2017-07-19

本文系河南省协同创新中心“环境污染治理与生态修复”开放基金课题（项目编号：XTCX-022）的阶段性研究成果之一。

牛振华（1991-），男，河南平顶山人，硕士研究生，从事环境工程技术及其应用工作。