泡沫混凝土技术在英国的发展状况

黄乐平，佘伟

（1.浙江建设职业技术学院工程造价学院,浙江杭州311231；2.东南大学材料科学与工程学院,江苏南京211189）

0 引言

1920年英国开始了泡沫混凝土的研究， 并在小范围内得到应用。随生产设备升级和高性能发泡剂的发明，泡沫混凝土得到大范围的推广应用。 20世纪80年代，英国天然气公司和亨伯赛德郡将泡沫混凝土尝试用于沟渠修复。 1991年英国公路管理局使用泡沫混凝土作为地基换填材料， 充分利用了泡沫混凝土自流平、 抑制沉降和有效分布荷载等特点。 此后，泡沫混凝土在沟渠工程、地基工程和其它领域得到极大的推广应用。2000年左右，英国泡沫混凝土每年用量达到100 万m3左右。 我国在泡沫混凝土领域的研究应用稍有落后，20 世纪50年代末，泡沫混凝土技术和应用实例从前苏联传到我国，因其具有质轻、保温、隔热、隔声、环保、成本低等特性，在我国得到广泛推广。

随着泡沫混凝土在英国多领域内应用提高，大量学者对泡沫混凝土的性能进行研究。 目前研究方向主要集中在轻质高强、多功能化、稳定性和耐久性等方面。 泡沫混凝土还具有大量吸纳工业废弃物的功能， 使用粉煤灰和矿渣等工业废渣不仅可以降低生产成本，而且可以提高泡沫混凝土的性能。研究发现在泡沫混凝土中利用低钙粉煤灰可提高其流动性和强度。 30%粉煤灰取代水泥后泡沫混凝土强度并没有降低。 泡沫混凝土的抗冲击性能可在“吸能、防撞和防爆” 工程上运用。 通过对比300 kg/m3和600 kg/m3不同密度等级泡沫混凝土的气泡大小的变化，指出气泡表面的残余表面能和浆体用量是控制稳定性的两个关键指标。 低密度等级下，浆体用量少，对气泡运动的限制作用不明显，气泡易融合长大，造成早期塌模，使用CSA 水泥可有效防止塌模的产生。

1 应用领域

英国泡沫混凝土被广泛应用于回填工程，包括住房、道路、桥梁、空洞填充和地面工作。

1.1 空洞填充

泡沫混凝土的流动性意味着它可以在重力或普通混凝土泵作用下达到任何狭窄的空间。在表面没有太多干扰的情况下，泡沫混凝土可以填充任何空洞。 当泡沫混凝土填充缝隙后，它不会崩塌或倒缩，也不会施加巨大的横向负载。 一般用于空洞填充的泡沫混凝土密度为500～1 000 kg/m3。

1.2 道路回填

泡沫混凝土应用在道路回填工程能够减少施工用地，减少工程投资，且在保证强度的同时能够减小承载负重，避免了由于沉降带来的一系列工程问题，减少了道路维修养护的费用。另外，在工程施工过程中，不需要额外振捣和碾压，直接泵送泡沫混凝土，工作面小，对交通的影响很小。

1.3 挡土墙工程

泡沫混凝土在岸墙工程中作为轻质回填材料不但可减少垂直截荷，也可减少对岸墙的侧向载荷。 因为泡沫混凝土是一种粘结性能良好的刚性体， 它并不沿周边对岸墙施加侧向压力。 泡沫混凝土也可用来增进路堤边坡的稳定性， 用它取代边坡的部分土壤，减轻了自重，从而就增加了边坡的稳定性。

1.4 地面地基处理

当结构置于泡沫混凝土基础上总负荷匹配时，这样就类似于软地基的移除。有效避免了由于建筑的不均匀沉降导致大量裂缝产生。 目前，泡沫混凝土在英国已成功应用于大型港口填筑。 此外，泡沫混凝土还可用于斜坡路基代土填筑和冻土地带地基填筑等。

1.5 房屋建筑保温防火

轻质泡沫混凝土具有优良的隔热性能使它成为一种理想的保温材料，可以在现代建筑的服务管道铺设或在老旧建筑的石膏天花板和旧式板条上方空间建造防火门从而在火灾发生时切断火灾蔓延。泡沫混凝土也可以喷在钢结构周围的模板达到防火的目的。一般用于防火工程的泡沫混凝土密度为400～1000 kg/m3。

2 行业标准

经过几十年的研究和运用，英国水泥混凝土协会和工业界陆续颁布了泡沫混凝土发泡剂、制备工艺和性能测试的各项标准如：BS EN 14371:2004、BS EN 13996:2002、BS8500、BS EN 1366-2:2015。

英国BS8500 标准， 从泡沫混凝土的总类、组成和具体工程参数对泡沫混凝土的应该给出了较为详细的说明。

3 发展方向

3.1 绿色化

英国每年产生大量的工业废弃物， 数量庞大，种类繁多。如果随意堆放，不仅占用土地，而且造成土壤、水源和大气污染，影响农作物生长，危害人体健康。将工业废弃物添加至泡沫混凝土中是一种有效的处理措施。 泡沫混凝土自身具有较大的孔隙率，掺加废弃物后对其性能影响不大，甚至稍有提高， 在消纳工业废弃物方面具有较大的应用前景。英国目前已成功将再生骨料和焚烧炉底灰、 废玻璃、橡胶轮胎（橡胶）、铸造粉砂等工业废弃物应用于泡沫混凝土中，有效的利用了工业废弃物。

3.2 轻质高强

一般而言，泡沫混凝土的隔热性能随密度的降低而提高，但由于其本身的不稳定性，在制备超低密度泡沫混凝土(＜300 kg/m3)时极易消泡、塌陷。 常规使用的促凝剂和快硬水泥的方法不但影响气泡均匀分布，而且是以牺牲后期强度为代价，因此，制备稳定性好的泡沫对于降低泡沫混凝土的密度尤为重要。合成酶类发泡剂是近年来发展起来的一种新型的发泡剂技术。 它是由高活性的生物蛋白组成，与传统蛋白类发泡剂水解发泡原理不同。 合成酶类发泡剂中的成分可有效提高泡沫和泡沫混凝土的稳定性，进而提高强度。基于这种技术，英国某家公司发明了一种稳定性良好的泡沫， 可24 h 不泌水、不塌陷，并且可制备出75 kg/m3的超轻泡沫混凝土；另外通过纳米改性提高泡沫的稳定性也是目前研究的一个新的方向。

3.3 多功能化

一直以来，由于泡沫混凝土强度低，收缩大，应用仅限于非承重领域。随着人们对泡沫混凝土材料特性的认识加深，泡沫混凝土的优势愈加凸显。 而如何提高其强度也是学者研究的重点。提高其强度不仅可以拓宽泡沫混凝土在承重领域的应用，并且可推广至其它领域作为一种替代材料，如军事领域的防爆吸能等；另外，通过表面活性剂调控技术，可以实现连通孔， 赋予泡沫混凝土良好的吸声性能。泡沫混凝土与其它材料的复合也具有极大的应用前景，如与高强混凝土，复合成夹心结构，具备防护与隔热一体化性能。

4 结语

泡沫混凝土无论从科学研究上，还是工程应用上都具有广阔的前景。为了生产出大量高质量的泡沫混凝土，大型化、自动化、加工精良化的制备泡沫设备是必不可少的；利用废料生产泡沫混凝土是发展和推广泡沫混凝土的有效方式之一；发展和推广泡沫混凝土需要加强稳定性良好的泡沫研究；将泡沫混凝土制备成多功能材料是推广其运用的重要方式之一。