泡沫混凝土存在的问题及解决途径

近年来，我国越来越重视建筑节能工作，随着与建筑节能有关政策的实施，墙体材料改革取得了显著的成就，节能材料备受欢迎。我国在多孔混凝土研制和应用方面起步晚，上世纪60年代初研制成功蒸压泡沫混凝土制品，但对生产工艺和设备研究不够，发展受到很大阻碍。以下主要泡沫混凝土的特点以及目前存在的问题和解决的途径进行论述。

1 泡沫混凝土的特点

泡沫混凝土早在美国、英国、荷兰等欧美国家得到了广泛应用，而我国也越来越重视建筑节能工作，随着建筑施工领域与国际的接轨，轻质建筑节能材料备受欢迎,泡沫混凝土以其良好的性能，在我国迅速得到了广泛的应用。近年来，国内外都非常重视泡沫混凝土的研究与开发，使其在建筑领域的应用越来越广。泡沫混凝土的性能特点主要有以下几个方面：

1.1质量轻、密度小：

泡沫混凝土的密度一般为300～1200 kg/m3 ，比常规的建筑材料降低自重30%左右,可降低结构和基础的造价,具有很好的抗震性能。

1.2 保温隔热性好

泡沫混凝土是一种轻质材料，内含有众多独立、不贯通的细小孔洞,容重在180-1400kg/m3时，其导热系数一般在0.047-0.355w/（m·k）之间，是很好的无机保温隔热材料。

1.3 可泵性好、防水能力强

由于掺入的泡沫是水膜性的，在与水泥（砂）浆混合搅拌时，部分泡沫会破裂变成水，因此泡沫混凝土是一种大水灰比的材料，一般均在0.6以上，具有很高的流动性，具有自密实的特点。

1.4 可大量利用工业废渣

很多工业废弃物如粉煤灰、煤矸石和钢渣等已被证明可以作为掺合料有效用于水泥基泡沫混凝土的制备，它的应用对建筑节能以及环境保护都具有重要意义， 因而在国内外建筑业受到高度重视并得到广泛应用。

2 存在问题及解决方法

由于泡沫混凝土及其应用技术的研究成果国内外大多以专利形式体现出来,国内在泡沫混凝土生产上,既缺乏成套的设备也没有完整的数据和经验积累,施工又缺乏理论指导,因此,泡沫混凝土的优越性能并没有完全体现,经常出现诸如强度偏低、混凝土开裂或吸水等问题，严重影响了它在建筑业中的广泛使用。

泡沫混凝土的性能受很多因素的影响，诸如作为原材料的水泥、发泡剂和其他辅助材料的性能，还有泡沫混凝土的配合比。

2.1.强度偏低问题

泡沫混凝土在大泡沫量的情况下，虽孔隙率非常高，但仍有比较理想的使用强度，可满足各种需要。它的强度主要来自胶凝材料自身产生的胶凝作用。它所用的胶凝材料一般要求胶凝作用要强，特别是高孔隙率产品。所以它一般以大掺量的高标号水泥，含量 80%～85%的镁水泥为胶凝材料，在低泡沫掺量时也可使用高强石膏。如果胶凝材料的胶凝作用不强，泡沫混凝土的强度就无法保证。因此，它在这方面的技术特征有三个：胶凝材料的大掺量，一般要大于50%；高胶凝力；早强性好，凝结快。

泡沫混凝土的强度随着引入泡沫而产生的孔隙率的增加而降低，一些泡沫混凝土工程抗压强度一般低于2.0mpa，但目前国内泡沫混凝土技术发展迅猛，北京有企业（如北京中科筑诚）已经将500kg每立方的泡沫混凝土强度提高到2.5mpa。硬化表面开裂、吸收大量外来水分。泡沫混凝土中引入的泡沫越多，硬化后孔隙率也越大，容重也就越小，其轻质、保温、隔音等性能也就越明显，但是强度下降幅度很大，所以泡沫混凝土的特性是以强度降低为代价的。要使得其强度与其特殊性能之间平衡，也就是说降低容重的前提下小程度地降低泡沫混凝土的强度。

根据很多工作者以往的研究[1,2]，随着粉煤灰掺量增加，混凝土抗压强度大幅下降。因为随着粉煤灰掺量增加，水泥用量不断减少，势必造成混凝土强度下降，但粉煤灰具有潜在的活性，在碱性环境下，随着龄期增长，高掺量粉煤灰泡沫混凝土的抗压强度会明显增加。泡沫混凝土的抗压强度主要受密度的影响，用大掺量粉煤灰代替水泥(可达到水泥67%)，不会影响养护较好的泡沫混凝土的长期抗压强度；对于粉煤灰分级与否，粉煤灰泡沫混凝土的抗压强度也不会减少。

提高泡沫混凝土的强度主要可以考虑以下几个技术途径：选择适宜的配合比；使用高效减水剂并控制适宜的低水灰比；采用优质高效发泡剂；加强泡沫混凝土的早期养护，优化养护制度、加强早期保水；减小泡沫混凝土收缩、掺加适量膨胀水泥、憎水剂，防止开裂和吸水等。

2.2 发泡技术问题

在我国目前发泡剂及泡沫混凝土的发展水平低下，研制出或者选择发泡效果好、稳泡性佳、综合性能优良、价格成本合理的绿色环保型发泡剂对优质泡沫混凝土的制备以及进一步推广和机理探索都有十分必要和重要的意义。

由于发泡剂在我国刚起步，到目前为止我国还没有发泡剂的统一的国家技术标准及检测方法，研制单位都根据自己的情况，各自采用自己的技术指标及测试方法，这给厂家生产泡沫混凝土和商家购买泡沫混凝土制品造成了不便。泡沫混凝土各种特殊性能的体现主要是因为在混凝土中引进了发泡剂发泡带来一定孔径分布的气孔，而且是封闭均匀的。发泡剂是生产泡沫混凝土的关键。因为发泡剂的种类不同，所制泡沫混凝土的质量相差较大，主要体现在浆体的稳定性、气孔孔径的大小与均匀性、硬化体的力学性能及抗冻性等。选择佳的发泡剂品种和适宜的掺量是制备高质量泡沫混凝土的首要条件。

现有发泡技术制成的泡沫稳定性差，泡沫不均匀，限制了泡沫混凝土的应用，理论分析和大量研究结果比较一致地表明，发泡剂的性能好坏对泡沫混凝土的性能有着很大的限制作用，所谓发泡剂的性能主要指的是其发泡能力和泡沫的持久稳定性，这两方面影响新拌浆体的流动性和浇注体的体积稳定性，终影响硬化体的密度和强度[3]。因此，可以认为，研制和选择性能优越的发泡剂是提高泡沫混凝土性能的关键技术之一。

发泡剂种类很多，但并非都能适用于泡沫混凝土生产。只有在泡沫和料浆混合时，具有足够的稳定性，对胶凝材料的凝结和硬化无有害影响，才能用来生产泡沫混凝土。

目前发泡剂品种主要有松香型发泡剂、表面活性剂类发泡剂、植物类发泡剂、动物类发泡剂和复合类发泡剂。传统松香型发泡剂的优点是价格低廉，方便易得，但由于其稳定性不好，不适应生产700kg/m3级以下低密度制品。蛋白质型发泡剂，由于合成技术要求高，至今都难以达到国外产品的质量，目前只有少量应用，而且成本高，但其发泡性和泡沫的稳定性都较好。表面活性剂类发泡剂的优点是发泡倍数大，易起泡，但其致命不足是泡径大，泡壁薄，消泡快，稳定性不佳，需加入大量稳泡剂，急需改进和更新换代。

总体上，我国发泡剂功能偏少，尽管有些发泡倍数大，但泡沫稳定性、均匀性、分散性都不理想，制品的强度也不理想。所以，应着重于发泡技术的研究，使得制出泡沫的综合性能有所改进，进而促进发泡剂获得大范围应用。

2.3 容重问题

目前泡沫混凝土的容重一般都在300-1200kg/m3，这相对普通混凝土已经有明显的优势。但在一些实际生产生活中，容重低于500kg/m3的泡沫混凝土一般较难搅拌成型，因为引入泡沫多，在浆体中的分散性较差，而且容重过低又将会影响泡沫混凝土的强度。如何使得低容重泡沫混凝土易成型，而且容重能达到300kg/m3甚至更低。所以，在研究制备低容重泡沫混凝土的同时，对水泥浆体与泡沫结合的和易性研究很有必要。

牛宁民[4]研制的轻质发泡剂混凝土保温隔热性良好,容重较高密度硫铝酸盐泡沫混凝土减轻50%。koinuma等[5]利用烃类表面活性剂和蛋白质研制发泡剂，同样制得轻质泡沫混凝土，并且具有较好的耐久力。lewis等[6]研制了低密度的优质泡沫混凝土，其泡沫剂主要成分为多种阴离子表面活性剂的复配。

陆爱萍等[7]对水泥-矿渣-石灰-石膏型的泡沫混凝土进行了试验研究，研究表明常压养护矿渣多孔混凝土是一种较理想的隔热保温材料(密度为910 kg/m3， 28d抗压强度为9.81mpa)，同时在价格上优势明显，具有一定的市场竞争力。

哈尔滨建筑大学[8]研制开发了聚乙烯泡沫混凝土具有质轻，热系数小等优良性能，可用于内、外非承重墙体材料，也可用于屋面保温材料。

vinarov[9]以谷类蛋白发泡剂制得轻质泡沫混凝土，在隔音、保温性能上也取得良好效果。

2.4 泡沫混凝土孔结构问题

目前，泡沫混凝土的应用越来越受到青睐，但是其机理研究还很缺乏，尤其是泡沫混凝土的成孔物质、气孔结构与宏观力学性能的关系探讨很少，给泡沫混凝土的大力推广及性能的进一步改善造成限制。可通过现代分析手段对泡沫混凝土的亚微观结构进行观察，尤其要对孔结构及其分布状况进行研究。

气孔必须是封闭性的，而不是连通性的, 气孔的形状应该接近于球形，变形不能太大, 气孔应大小均匀, 气孔尺寸不能太大, 孔隙率应与强度相适应，只有满足这些条件后才能生产出优质的泡沫混凝土制品。

牛宁民[4]等发明的硫铝酸盐水泥发泡剂和制造泡沫，通过该泡沫将大量的空气引入硫铝酸盐水泥砂浆中，混合成泡沫状混凝土，泡沫气孔基本成封闭圆形，该种泡沫混凝土中空气与水不对流，使得在浇注后不产生收缩、坍塌和变形。

进一步表明孔结构对泡沫混凝土的性能存在一定的影响，需要进一步的开展研究工作。

2.5 吸水率问题

泡沫混凝土在生产时引进了大量气泡，原料以粉料和细颗粒为主，在性能上表现出较高的吸水率和收缩，并且随着容重的降低，引进气泡量的增大，泡沫混凝土的饱和吸水率增幅很大，容易引起冻融现象，严重影响了泡沫混凝土的使用效果，制约了应用领域。降低泡沫混凝土吸水率的技术措施有多种，如掺加憎水剂和在表面涂覆防水材料。另外还可以对掺入材料进行表明处理，对引入的多孔材料进行表面“包裹”，使其中孔隙与浆体“隔绝”，从而减少吸水率。

李娟等[10]研制的容重为600kg/m3的泡沫混凝土72h的饱和吸水率达到53%掺了0.8%的憎水剂后吸水率降为13.7%；容重为1000kg/m3的泡沫混凝土饱和吸水率为38.3%，掺了0.8%的憎水剂后吸水率降为9.8%。

熊传胜等[11]研究了钢渣和粉煤灰为掺合料对水泥基泡沫混凝土性能的影响。结果表明：用优质粉煤灰等质量取代水泥，不仅可降低泡沫混凝土的干体积密度和导热系数，而且在同条件下可提高低泡沫混凝土的强度；钢渣粉对泡沫混凝土的干体积密度影响不大，但会降低泡沫混凝土的强度，而钢渣粉与粉煤灰复合取代水泥时可以得到良好的效果；泡沫用量是影响泡沫混凝土的干体积密度、抗压强度和导热系数的主要因素，泡沫量增加会导致泡沫混凝土的密度降低，强度也减小，导热系数减小；泡沫混凝土的导热系数与干体积密度近似呈指数函数关系。

孙海燕等[12]研究了不同水胶比、不同粉煤灰掺量、膨胀珍珠岩、泡沫剂、聚羧酸减水剂以及聚丙烯纤维等对泡沫混凝土容重、抗压强度、吸水性、变形、热工以及孔结构等性能的影响，研究结果表明，采用稳泡性好的动物蛋白发泡剂时，可以在较低水胶比的情况下，研制出具有轻质、高强、优良保温隔热、干燥收缩小、防水等功能一体化的泡沫混凝土。

综合以上研究可见，防止泡沫混凝土收缩开裂从而引发大的吸水性的主要技术措施有：选用适当的水泥品种及用量；成型时采用低水灰比；优化养护，加强保水措施。

2.6 价格问题

在现有市场经济条件下，价格是备受关注的重要因素。合理的价格是发泡剂大量生产及泡沫混凝土普遍推广的前提。传统发泡剂价格大约7000元/吨，但发泡效果一般，尤其是泡沫稳定性差。目前，蛋白质类的发泡剂具有良好的起泡、稳泡性能，但生产成本较高，而且原料来源有限，应用受到一定的限制。效果好的发泡剂价格达到2.5万元/吨。所以寻找出经济且发泡效果好的发泡剂是当前研究的主要方向。

3 结语

为使得泡沫混凝土的优势得到充分发挥，只能解决好目前存在的问题才能充分发挥其作为新型绿色建材的做国民经济中的重要作用。在充分解决好其强度、容重和吸水率的基础上，要进一步根据泡沫混凝土的微观结构从理论上认识清楚发泡机制，寻找出新型的、高效经济的发泡剂，进一步降低成本。