发泡水泥简论

王爽，陈艺通，杨奕，游胜勇，翁雅青，王慧宾，崔红敏，何国情，陈衍华，王云敏

（1.江西省科学院应用化学研究所，江西南昌330096；2.广州轻能化工建材机械科技公司，广东广州511400；3.江西中科新建材有限公司，江西南昌330000）

发泡水泥简论

王爽1，3，陈艺通2，杨奕1，游胜勇1，翁雅青1，王慧宾1，崔红敏1，何国情3，陈衍华1，王云敏3

（1.江西省科学院应用化学研究所，江西南昌330096；2.广州轻能化工建材机械科技公司，广东广州511400；3.江西中科新建材有限公司，江西南昌330000）

作为新型绿色建材，发泡水泥有望取代有机保温材料在建筑保温行业中得到广泛应用。本文详细介绍发泡水泥的定义、发泡的物理化学原理及其主要特点，最后介绍发泡水泥在建材领域的具体应用。

发泡水泥；发泡剂；保温材料

建筑保温材料是指在建筑墙体的内墙或外墙施加的一层特殊材料，既能够在冬季减少室内热量向建筑外扩散，又能够在夏季阻止外部热量过快地传导至室内。保温材料目前主要可以分为两大类，即有机类和无机类。其中，有机类保温材料的市场占有率目前高达90%。

虽然有机类保温材料保温效果好、成本低，但其固有的耐火性差成为其进一步发展的瓶颈。一旦建筑发生火灾，有机保温材料会迅速引发二次燃烧，还会在高温下产生有毒有害气体，严重污染环境和威胁人民健康[1]。近年来，无机类建筑保温材料的发展越来越快，其中发泡水泥的研发越来越受到建筑行业的青睐。

1 发泡水泥概述

19世纪20年代，欧洲开始有研究人员生产发泡水泥。后来前苏联有技术人员对此进行持续研究，并取得了较大进展。50年代初期，我国从前苏联引进了该技术，并且组建了以国内科学家为主的研究团队。到了1990年以后，我国又引进了现浇工艺技术，研究泡沫混凝土的团队和科研力量越来越强大，技术也越来越成熟[2]。泡沫混凝土目前不仅用于建筑保温隔热材料，而且还可以作为补偿地基材料、地暖材料，或者作为轻质墙板使用。

2 发泡水泥的定义

发泡水泥，也称泡沫混凝土，是我国目前继聚苯乙烯泡沫、聚氨酯保温板外墙、聚苯颗粒、玻化微珠、现场喷涂聚氨酯墙体保温体系后的新型节能保温墙体材料的研究热点，在无机类建筑保温材料中独树一帜，发展迅速。和有机类材料相比，泡沫混凝土无可燃性，具有优异的尺寸稳定性、和建筑本体粘合性好。无机类保温材料也有许多材料类型，如泡沫混凝土、玻化微珠、膨胀珍珠岩、闭孔珍珠岩和岩棉等。其中，泡沫混凝土具有强度高、工艺简单、可塑性强、成本低廉的特点，在无机保温材料的发展中备受青睐。

发泡水泥工艺中最重要的一环是气泡的发生方式，经过多年的发展，目前开发有物理法发泡和化学法发泡2种方式。

2.1 物理发泡

物理发泡是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，随后将泡沫与拌好的水泥浆用低速搅拌搅均匀，经自然养护或放入养护箱形成的一种含有大量气孔的水泥保温材料。目前，国内物理发泡剂品种主要有四类：松香皂发泡剂、动植物型发泡剂、表面活性剂发泡剂及复合型发泡剂[3]。

2.2 化学发泡

化学发泡是指将化学发泡剂加入到由水泥基胶凝材料、掺合料、稳泡剂和水等制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、静停发泡（利用双氧水化学反应产生气泡使料浆膨胀，膨胀效果达到预先配方设定状态）养护而成的轻质多孔材料[4]。

常见的化学发泡剂中使用较多的有铝粉和双氧水等。其中，铝粉发泡剂的原理是利用铝粉和碱性物质发生化学反应生成的氢气制造发泡效果，但由于氢气是易燃易爆气体，具有安全隐患［5］。双氧水发泡剂可在催化剂作用下产生氧气气泡，双氧水为液体，具有分散均匀、可控的优点。（NH4）2CO3在碱性条件下产生氨气气泡，也可作为发泡剂使用［6］。但氨气的产生速率缓慢、效率较低[7]。

2.3 物理发泡和化学发泡的优缺点

物理发泡具有发泡容易掌握并可现场施工的优点，但容重较重，一般容重在400kg/m3，强度较同密度的化学发泡低，因此其应用范围主要在地暖隔热、现浇墙体和屋顶保温现浇，不适用于保温板和对强度要求比较高的、比较轻的产品上。

化学发泡具有容重比较轻，一般在200kg/m3左右；强度比较高、性能比较好的优点。缺点是不方便在现场施工，生产技术要求比较高而不容易被掌握。由于化学发泡的产品具有比物理发泡的产品更轻的优势，其应用范围越来越广，是今后发泡水泥走向深加工和精加工的最佳途径。

3 发泡水泥的特点

发泡水泥作为无机保温材料[8]的一种，由于其独特的结构特性赋予其优异的热工性能及使用功能，除具有不燃、质量轻、保温隔热性能好、导热系数小的优点外，还具有吸音隔音性能优异、吸能减震性能好、使用寿命长、无毒无害及经济性［9］等优点，适用于外墙外保温、防火隔离带等。因此，发泡水泥有望在建筑保温行业中得到广泛应用。

4 发泡水泥与泡沫塑料相比的优缺点

4.1 成本低廉，坚固耐用

发泡水泥的坚固耐用性比泡沫塑料的坚固耐用性要高出千百倍以上，做得好的发泡水泥的强度可达0.6～15MPa以上，人可以踩在上面活动行走，并且其寿命很长，一百几十年内任凭风吹日晒雨淋不会坏，不会老化风化。而泡沫塑料的强度只有0.012MPa，不能承受任何压力，寿命短，容易老化和风化。

4.2 保温隔热

发泡水泥的保温隔热效果与泡沫塑料的保温隔热效果相比不差多少，泡沫塑料的导热系数为0.039W/（m·k），与发泡水泥的导热系数0.05～0.08W/（m·k）相差0.01～0.04W/（m·k），即隔热效果相差不大，相差约50%左右。虽然发泡水泥的保温隔热效果与泡沫塑料相比稍差小半多，但由于其强度、寿命、防火、成本、施工方便性等，占有相当明显的优势，在欧美等发达国家已得到普遍的应用。

4.3 防火耐高温

发泡水泥是完全不燃的防火材料，不怕火、耐高温，连续用火烧2h不损坏，可耐1 200℃的高温。而泡沫塑料是易燃材料，怕火不耐高温，超过80℃的温度就会软化损坏。

4.4 无毒环保

发泡水泥无毒无味，绿色环保；而泡沫塑料燃烧时释放有毒物质。

4.5 轻质

发泡水泥与同体积的泡沫塑料相比要重一些，但实际应用中，特别是建筑建材应用中，泡沫塑料由于太轻不容易施工，发泡水泥的轻质性和具有一定的强度性刚好适应建筑建材的应用。所以，若用于建筑建材方面的保温、隔热、防火、防水、隔断、填充、长寿耐用和降低成本等，还是选用发泡水泥为最好。

5 发泡水泥的应用

5.1 建筑材料领域

发泡水泥在建材领域应用最为广泛，如楼面隔热砖、墙面保温隔热板、保温墙板、地暖保温砖、轻质墙砖、轻质砖、防水砖、防火板、节能砖、房间隔断、轻质土、各种轻质建材板、人造木材、轻质石材和填充等。

一是轻质水泥砖或称轻质水泥砌块，轻质混凝土砌块，简称免蒸加气砖，俗称发泡砖。此项应用最为广泛，是今后楼房建筑墙砖的发展方向和趋势，完全符合和满足现代建筑对轻质、保温、隔热、隔音、隔振、防水、防火、价格低廉、强度适中耐用、不脆抗震和环保节能等诸多要求。现在做出来的轻质砖通常容重在400～800kg，抗压强度为3.0～7.5MPa，可打膨胀螺丝。虽然发泡砖的成本比较高，不易被市场接受，但其综合建筑成本实际上比红砖还低，设备投资在20万～200万，可大可小，因此这是其优势之一。另外，令人可喜的是用发泡砖来砌墙，具有优异的保温性能，因此不需要再贴什么保温板之类的东西进行保温，就可具有保温效果远远超过用其他砖来砌墙再贴保温板的保温效果，完全能达到和超过65%的建筑节能要求，是一种既砌好墙又不需要再贴保温板的产品，不但大幅度降低了成本，同时又提高了保温效果，应用前景广阔，是一种非常优秀的节能砖。

二是A1级墙面保温板，是一种绝对防火的保温板，是取代不防火的苯板、挤塑板等保温板的较好产品，是今后防火保温的主要材料。三是现场浇筑地暖泡沫水泥保温层。四是现场浇筑楼面泡沫水泥隔热层。五是楼面轻质隔热砖或称楼面轻质隔热板。这是目前楼面最好的隔热材料和隔热方式，完全能取代塑料泡沫夹芯隔热砖，是真正有效的楼面隔热材料。六是轻质装饰板。七是防火门芯板。八是防水砖。九是轻质填充块。十是人造木材。采用免烧陶瓷把发泡水泥的表面处理成像木材表面一样的效果，使其看起来像木材，拿起来很轻感觉是木材，但实际不是真的木材，而是人造木材。人造木材与真的木材相比优点更多，其不怕火、不怕水、不怕虫蛀、不怕风吹日晒雨淋，不易开裂变形，比真的木材耐用，是真木材的一种很好的替代材料，目前已成功地应用在人造木材家具和仿木材造形的房屋、别墅、木头房子上。十一是轻质人造石材。在发泡水泥的表面上涂刷一层仿石效果的免烧陶瓷，从而得到表面看是真的石材，而里面却是很轻的发泡水泥的轻质石材。轻质石材目前主要应用在建筑装饰上，如外墙装饰、人造假山等，可在一定程度上减轻重量和方便施工。十二是保温墙板。用保温墙板砌筑的墙壁，具有保温和装饰功能，不需要再贴保温板之类的保温材料，也不需要再抹灰刮腻子等工序，可令到砌筑墙壁非常简单快捷，漂亮耐用。

5.2 防水抗震方面的应用

如地下室、车库、仓库、水渠、水沟、水池、厨房、卫生间、外墙、高速公路、机场跑道和运动场地等。

5.3 防火阻燃方面的应用

如厚层高效防火涂料、防火填料、防火门芯等。

5.4 其他方面的应用

如石油钻井固井、地基路基回填、暖通管、工艺造型和假山等。

6 结语

下一阶段我国的发泡水泥在轻质高强方面可以进一步加强研究，这样无机建筑保温材料完全取代有机建筑保温材料才能成为现实。

[1]李启金.低密度泡沫混凝土保温材料的制备与性能研究[M].济南:济南大学,2014.

[2]闫振甲.泡沫混凝土发展状况与发展趋势[J].混凝土世界,2009,30(5):48-55.

[3]张文斌.蛋白质型水泥发泡剂的制备及其应用[M].大连:大连工业大学,2016.

[4]张磊蕾,丁苏金,王武祥,等.发泡水泥孔结构控制技术研究[J].新型建筑材料,2015,42(1):43-47.

[5]丁益,任启芳,闻超.发泡混凝土研制进展[J].混凝土,2011,32(10):13-15.

[6]徐文,钱冠龙,化子龙.用化学方法制备泡沫混凝土的试验[J].混凝土与水泥制品,2011,38(12):1-4.

[7]张萌,田清波,徐丽娜,等.发泡水泥的研究现状及展望[J].硅酸盐通报,2014,33(10):2547-2551.

[8]周明杰,王娜娜,赵晓艳.泡沫混凝土的研究和应用最新进展[J].混凝土,2009,30(4):105-107.

[9]张福占.发泡混凝土的特点及应用[J].混凝土,2008,29(23):45.

Brief Discussion on Foamed Cement

Wang Shuang1,3,Chen Yi-tong2,Yang Yi1,You Sheng-yong1,Weng Ya-qing1,Wang Hui-bin1,Cui Hong-min1,He Guo-qing3,Chen Yan-hua1,Wang Yun-min3
(1.Institute of Applied Chemistry,Jiangxi Academy of Sciences,Jiangxi Nanchang 330096;2.Guangzhou Light Energy Chemical Building Materials Machinery Technology Co.,Ltd.,Guangdong Guangzhou 511400;3.Jiangxi New Building Materials Limited,Jiangxi Nanchang 330000)

As a new type of green building materials,foam cement is expected to replace the organic insulation materials in the building insulation industry in a large number of applications.In this paper,the definition of foamed cement,the principle of physical chemistry and its main characteristics were introduced in detail.

Foamed cement;Foaming agent;Thermal insulation material

TQ172

A

2096-0387（2017）03-0094-04

王爽（1980-），女，辽宁营口人，硕士，助理研究员，研究方向：节能建材。