泡沫混凝土中发泡剂的研究与应用进展

钱雯艳，杜林 (宿迁学院建筑工程学院,江苏 宿迁 223800)

1 引言

随着现代化发展，环境污染日益加剧，绿色环保已然成为全人类的共同话题。

在建筑行业中，建筑材料是建筑的物质基础，而墙体材料在建筑总体材料中占比较大。国家不断发展,各地区的可用地面积逐渐减少，房屋高度不断增加，因此，墙体材料在绿色、节能、轻质上的要求随之提高。2018年全国建筑全过程能耗总量在全国能耗总量中占比46.5%，建材生产阶段占比46.8%。

泡沫混凝土作为一种轻质混凝土材料，其保温、隔热，对废料重复利用等优点尤为突出，在建筑、道路、桥梁等多个领域，墙体填充、回填、补偿地基等多个方面皆有广泛应用。

2 泡沫混凝土

2.1 泡沫混凝土的制备

泡沫混凝土是利用化学或物理原理，在水泥中通过起泡剂水溶液制成泡沫，使混凝土内部呈现大量封闭孔隙的绿色轻质混凝土。

泡沫混凝土的组成主要包括水、水泥、气泡等，通过各种掺合料原料加工而成。砂、粉煤灰、陶粒等为常用骨料，减水剂、促凝剂、缓凝剂为常用外加剂，与普通混凝土一致。生产泡沫混凝土首先将水泥、骨料、外加剂等按适当比例均匀搅拌，然后加入气泡继续搅拌，再密实养护，得到成品。

2.2 泡沫混凝土的优势

泡沫混凝土的质量轻、密度低，同时又具有较好的防水和耐火性能。与普通混凝土相比，泡沫混凝土的保温性能及隔音能力良好，并且易于加工，能适应各领域的使用要求。

此外，泡沫混凝土可以将大量的工业废渣作为原材料，对建筑垃圾进行重复利用，既可以减少工程造价成本，又符合国家的可持续发展战略和绿色发展要求。

3 发泡剂的品种及发泡机理

3.1 发泡剂的品种

泡沫混凝土的发泡剂种类繁多，最主要的是物理和化学两种。

物理发泡剂是指在混凝土搅拌过程中加入预制的泡沫，这样会在混凝土中形成大量均匀、稳定、封闭的微小气泡，从而制备成泡沫混凝土。物理发泡剂主要有松香类、蛋白类、合成表面活性剂和复合类这四种类别。蛋白类发泡剂有动物蛋白和植物蛋白两种，目前国内外应用较多的是动物蛋白类发泡剂。

化学发泡剂是通过化学反应导致的气体膨胀产生气孔，形成泡沫混凝土。化学发泡剂仅通过自身性能与材料产生化学反应进行发泡，不再利用外部机器作用。目前常用的化学发泡剂有铝粉发泡、双氧水发泡和引气剂发泡。

3.2 发泡剂的发泡方式及发泡机理

不同的发泡材料使用的发泡方式与机理各不相同，也有各自的优缺点，表2列举了常见的四种发泡材料。

泡沫混凝土与普通混凝土部分特性对比 表1

不同发泡剂材料对比 表2

4 发泡剂及泡沫混凝土的应用现状和进展

4.1 发泡剂

经过多年的研究改良，物理发泡剂已从第一代（松香类发泡剂）发展至第四代（复合型发泡剂）。目前，我国不少企业生产的发泡剂已向第四代高性能发泡剂迈进，开始研究生产多元复合型发泡剂。专家学者对高性能发泡剂的不断改良研究也从未停止。

王翠花等对合成蛋白类发泡剂提出研究，在适量Ca(OH)和少量NaHSO中以牛蹄角为原料合成发泡剂。马志珺等对表面活性物质对发泡剂性能的影响进行了复配研究，尤其在稳泡中，发现复配后的性能提升显著。白应华等对加入两种表面活性剂粉末的双掺改性动物蛋白发泡剂展开研究，发现在掺入浓度都为1.0g/L时导热及保温性能最好，在双掺α烯基磺酸钠和十二烷基苯磺酸浓度0.8g/L的情况下，抗压强度达到最大接近3.5MPa。

国际上对发泡剂的研究发展时间远超于国内，在发泡剂的性能上也超出国内的产品较大距离。国外研制以蛋白类发泡剂为主，产品质量好，发泡稳定。例如美国研制的由烷基磺酸碱金属盐和水解蛋白质复合组成的液体发泡剂和日本采用蛋白质物添加适量的阳离子表面活性剂配成的混合发泡剂等。

物理发泡剂已广泛应用于发泡菱镁制品并在其中起关键性作用，例如防火板、轻质隔墙板等。阴离子型表面活性剂在表面活性部分带负电，工艺成熟，在纸面石膏板、泡沫混凝土等领域大量应用。除此之外，发泡剂常用于地面辐射采暖的绝热层和屋顶的隔热保温层，植物温室和输油管道的保温、防潮，填充建筑物缝隙。

4.2 泡沫混凝土

新中国成立之初，苏联专家将泡沫混凝土的先进技术推广到了中国，泡沫混凝土开始在国内发展。目前，我国新时代、新阶段的发展以“创新、协调、绿色、开放、共享”为理念。泡沫混凝土作为绿色建筑材料，其特性与理念高度吻合。

4.2.1 泡沫混凝土砌块

泡沫混凝土砌块的保温功能优于普通混凝土砌块。与常见的砖砌块材料作比较，泡沫混凝土的工艺绿色简单，污染非常小，在原材料上的选用上大多为“废物利用”，来源不受限且成本低廉。在内外墙中都可以使用，由于本身含有的封闭气孔，材料透气但防水防潮，使用寿命也长，十分适合在住宅中使用。

4.2.2 泡沫混凝土回填

泡沫混凝土用作软土路基的主要回填材料。其自身重量很轻，在软土路基中附加应力和沉降系数都相对较小，抗变能力又相对较强，因此不仅能有效地改善工后沉降，还大大地减少了维护的费用。与一般的混凝土相比，泡沫混凝土的回填技术更加的方便简洁，而且充实度高，回填的速度快，不用担心管道上浮力过大等一些问题。

相较于其他材料，泡沫混凝土回填不仅能缩短工期，降低劳动率，同时还大幅减少了施工预算，综合效益极佳。

4.2.3 补偿地基

在现代建筑工程设计与施工中，建筑物在施工过程中因墙体不同的自重导致自由沉降差。根据建筑施工要求，建筑物自重较低的地方需要在基础部位填充软材料来补偿地基使用。泡沫混凝土密度小，能够有效降低建筑物自重，满足补偿地基材料的要求。

5 存在的问题及展望

泡沫混凝土作为目前火热的环保建筑材料，优点显著，在国内外都有着非常好的发展前景。但该种材料也仍然存在一系列的问题和很大的优化空间。

目前泡沫混凝土尚存在以下一些问题：①抗压强度低；②浇筑后由于结构多孔疏松导致表面开裂渗水，抗冻性能差，在抗冻要求高的地区无法使用；③较好的流动性导致浇筑时漏浆；④国家对泡沫混凝土的工程和实验规范标准缺失；⑤生产企业和设备没有统一标准和自动化流程；⑥当前泡沫混凝土的表观密度一般为 300kg/m～1200kg/m，对于更高性能的表观密度低于300kg/m的泡沫混凝土研究较少。

泡沫混凝土的环保性和经济性以及国家在绿色节能上的大力支持是泡沫混凝土快速向前发展的动力。该如何在保持保温、轻质、隔音等优良性能的同时不断改进，让发泡剂价格低廉、性能稳定、生产简便，进而使泡沫混凝土的技术创新，性能优化。

在未来建筑节能行业中，泡沫混凝土一定会发光发热。