發泡水泥簡論

王爽，陳藝通，楊奕，游勝勇，翁雅青，王慧賓，崔紅敏，何國情，陳衍華，王云敏

（1.江西省科學院應用化學研究所，江西南昌330096；2.廣州輕能化工建材機械科技公司，廣東廣州511400；3.江西中科新建材有限公司，江西南昌330000）

發泡水泥簡論

王爽1，3，陳藝通2，楊奕1，游勝勇1，翁雅青1，王慧賓1，崔紅敏1，何國情3，陳衍華1，王云敏3

（1.江西省科學院應用化學研究所，江西南昌330096；2.廣州輕能化工建材機械科技公司，廣東廣州511400；3.江西中科新建材有限公司，江西南昌330000）

作為新型綠色建材，發泡水泥有望取代有機保溫材料在建筑保溫行業中得到廣泛應用。本文詳細介紹發泡水泥的定義、發泡的物理化學原理及其主要特點，最后介紹發泡水泥在建材領域的具體應用。

發泡水泥；發泡劑；保溫材料

建筑保溫材料是指在建筑墻體的內墻或外墻施加的一層特殊材料，既能夠在冬季減少室內熱量向建筑外擴散，又能夠在夏季阻止外部熱量過快地傳導至室內。保溫材料目前主要可以分為兩大類，即有機類和無機類。其中，有機類保溫材料的市場占有率目前高達90%。

雖然有機類保溫材料保溫效果好、成本低，但其固有的耐火性差成為其進一步發展的瓶頸。一旦建筑發生火災，有機保溫材料會迅速引發二次燃燒，還會在高溫下產生有毒有害氣體，嚴重污染環境和威脅人民健康[1]。近年來，無機類建筑保溫材料的發展越來越快，其中發泡水泥的研發越來越受到建筑行業的青睞。

1 發泡水泥概述

19世紀20年代，歐洲開始有研究人員生產發泡水泥。后來前蘇聯有技術人員對此進行持續研究，并取得了較大進展。50年代初期，我國從前蘇聯引進了該技術，并且組建了以國內科學家為主的研究團隊。到了1990年以后，我國又引進了現澆工藝技術，研究泡沫混凝土的團隊和科研力量越來越強大，技術也越來越成熟[2]。泡沫混凝土目前不僅用于建筑保溫隔熱材料，而且還可以作為補償地基材料、地暖材料，或者作為輕質墻板使用。

2 發泡水泥的定義

發泡水泥，也稱泡沫混凝土，是我國目前繼聚苯乙烯泡沫、聚氨酯保溫板外墻、聚苯顆粒、玻化微珠、現場噴涂聚氨酯墻體保溫體系后的新型節能保溫墻體材料的研究熱點，在無機類建筑保溫材料中獨樹一幟，發展迅速。和有機類材料相比，泡沫混凝土無可燃性，具有優異的尺寸穩定性、和建筑本體粘合性好。無機類保溫材料也有許多材料類型，如泡沫混凝土、玻化微珠、膨脹珍珠巖、閉孔珍珠巖和巖棉等。其中，泡沫混凝土具有強度高、工藝簡單、可塑性強、成本低廉的特點，在無機保溫材料的發展中備受青睞。

發泡水泥工藝中最重要的一環是氣泡的發生方式，經過多年的發展，目前開發有物理法發泡和化學法發泡2種方式。

2.1 物理發泡

物理發泡是通過發泡機的發泡系統將發泡劑用機械方式充分發泡，隨后將泡沫與拌好的水泥漿用低速攪拌攪均勻，經自然養護或放入養護箱形成的一種含有大量氣孔的水泥保溫材料。目前，國內物理發泡劑品種主要有四類：松香皂發泡劑、動植物型發泡劑、表面活性劑發泡劑及復合型發泡劑[3]。

2.2 化學發泡

化學發泡是指將化學發泡劑加入到由水泥基膠凝材料、摻合料、穩泡劑和水等制成的料漿中，經混合攪拌、澆注成型、靜停發泡（利用雙氧水化學反應產生氣泡使料漿膨脹，膨脹效果達到預先配方設定狀態）養護而成的輕質多孔材料[4]。

常見的化學發泡劑中使用較多的有鋁粉和雙氧水等。其中，鋁粉發泡劑的原理是利用鋁粉和堿性物質發生化學反應生成的氫氣制造發泡效果，但由于氫氣是易燃易爆氣體，具有安全隱患［5］。雙氧水發泡劑可在催化劑作用下產生氧氣氣泡，雙氧水為液體，具有分散均勻、可控的優點。（NH4）2CO3在堿性條件下產生氨氣氣泡，也可作為發泡劑使用［6］。但氨氣的產生速率緩慢、效率較低[7]。

2.3 物理發泡和化學發泡的優缺點

物理發泡具有發泡容易掌握并可現場施工的優點，但容重較重，一般容重在400kg/m3，強度較同密度的化學發泡低，因此其應用范圍主要在地暖隔熱、現澆墻體和屋頂保溫現澆，不適用于保溫板和對強度要求比較高的、比較輕的產品上。

化學發泡具有容重比較輕，一般在200kg/m3左右；強度比較高、性能比較好的優點。缺點是不方便在現場施工，生產技術要求比較高而不容易被掌握。由于化學發泡的產品具有比物理發泡的產品更輕的優勢，其應用范圍越來越廣，是今后發泡水泥走向深加工和精加工的最佳途徑。

3 發泡水泥的特點

發泡水泥作為無機保溫材料[8]的一種，由于其獨特的結構特性賦予其優異的熱工性能及使用功能，除具有不燃、質量輕、保溫隔熱性能好、導熱系數小的優點外，還具有吸音隔音性能優異、吸能減震性能好、使用壽命長、無毒無害及經濟性［9］等優點，適用于外墻外保溫、防火隔離帶等。因此，發泡水泥有望在建筑保溫行業中得到廣泛應用。

4 發泡水泥與泡沫塑料相比的優缺點

4.1 成本低廉，堅固耐用

發泡水泥的堅固耐用性比泡沫塑料的堅固耐用性要高出千百倍以上，做得好的發泡水泥的強度可達0.6～15MPa以上，人可以踩在上面活動行走，并且其壽命很長，一百幾十年內任憑風吹日曬雨淋不會壞，不會老化風化。而泡沫塑料的強度只有0.012MPa，不能承受任何壓力，壽命短，容易老化和風化。

4.2 保溫隔熱

發泡水泥的保溫隔熱效果與泡沫塑料的保溫隔熱效果相比不差多少，泡沫塑料的導熱系數為0.039W/（m·k），與發泡水泥的導熱系數0.05～0.08W/（m·k）相差0.01～0.04W/（m·k），即隔熱效果相差不大，相差約50%左右。雖然發泡水泥的保溫隔熱效果與泡沫塑料相比稍差小半多，但由于其強度、壽命、防火、成本、施工方便性等，占有相當明顯的優勢，在歐美等發達國家已得到普遍的應用。

4.3 防火耐高溫

發泡水泥是完全不燃的防火材料，不怕火、耐高溫，連續用火燒2h不損壞，可耐1 200℃的高溫。而泡沫塑料是易燃材料，怕火不耐高溫，超過80℃的溫度就會軟化損壞。

4.4 無毒環保

發泡水泥無毒無味，綠色環保；而泡沫塑料燃燒時釋放有毒物質。

4.5 輕質

發泡水泥與同體積的泡沫塑料相比要重一些，但實際應用中，特別是建筑建材應用中，泡沫塑料由于太輕不容易施工，發泡水泥的輕質性和具有一定的強度性剛好適應建筑建材的應用。所以，若用于建筑建材方面的保溫、隔熱、防火、防水、隔斷、填充、長壽耐用和降低成本等，還是選用發泡水泥為最好。

5 發泡水泥的應用

5.1 建筑材料領域

發泡水泥在建材領域應用最為廣泛，如樓面隔熱磚、墻面保溫隔熱板、保溫墻板、地暖保溫磚、輕質墻磚、輕質磚、防水磚、防火板、節能磚、房間隔斷、輕質土、各種輕質建材板、人造木材、輕質石材和填充等。

一是輕質水泥磚或稱輕質水泥砌塊，輕質混凝土砌塊，簡稱免蒸加氣磚，俗稱發泡磚。此項應用最為廣泛，是今后樓房建筑墻磚的發展方向和趨勢，完全符合和滿足現代建筑對輕質、保溫、隔熱、隔音、隔振、防水、防火、價格低廉、強度適中耐用、不脆抗震和環保節能等諸多要求。現在做出來的輕質磚通常容重在400～800kg，抗壓強度為3.0～7.5MPa，可打膨脹螺絲。雖然發泡磚的成本比較高，不易被市場接受，但其綜合建筑成本實際上比紅磚還低，設備投資在20萬～200萬，可大可小，因此這是其優勢之一。另外，令人可喜的是用發泡磚來砌墻，具有優異的保溫性能，因此不需要再貼什么保溫板之類的東西進行保溫，就可具有保溫效果遠遠超過用其他磚來砌墻再貼保溫板的保溫效果，完全能達到和超過65%的建筑節能要求，是一種既砌好墻又不需要再貼保溫板的產品，不但大幅度降低了成本，同時又提高了保溫效果，應用前景廣闊，是一種非常優秀的節能磚。

二是A1級墻面保溫板，是一種絕對防火的保溫板，是取代不防火的苯板、擠塑板等保溫板的較好產品，是今后防火保溫的主要材料。三是現場澆筑地暖泡沫水泥保溫層。四是現場澆筑樓面泡沫水泥隔熱層。五是樓面輕質隔熱磚或稱樓面輕質隔熱板。這是目前樓面最好的隔熱材料和隔熱方式，完全能取代塑料泡沫夾芯隔熱磚，是真正有效的樓面隔熱材料。六是輕質裝飾板。七是防火門芯板。八是防水磚。九是輕質填充塊。十是人造木材。采用免燒陶瓷把發泡水泥的表面處理成像木材表面一樣的效果，使其看起來像木材，拿起來很輕感覺是木材，但實際不是真的木材，而是人造木材。人造木材與真的木材相比優點更多，其不怕火、不怕水、不怕蟲蛀、不怕風吹日曬雨淋，不易開裂變形，比真的木材耐用，是真木材的一種很好的替代材料，目前已成功地應用在人造木材家具和仿木材造形的房屋、別墅、木頭房子上。十一是輕質人造石材。在發泡水泥的表面上涂刷一層仿石效果的免燒陶瓷，從而得到表面看是真的石材，而里面卻是很輕的發泡水泥的輕質石材。輕質石材目前主要應用在建筑裝飾上，如外墻裝飾、人造假山等，可在一定程度上減輕重量和方便施工。十二是保溫墻板。用保溫墻板砌筑的墻壁，具有保溫和裝飾功能，不需要再貼保溫板之類的保溫材料，也不需要再抹灰刮膩子等工序，可令到砌筑墻壁非常簡單快捷，漂亮耐用。

5.2 防水抗震方面的應用

如地下室、車庫、倉庫、水渠、水溝、水池、廚房、衛生間、外墻、高速公路、機場跑道和運動場地等。

5.3 防火阻燃方面的應用

如厚層高效防火涂料、防火填料、防火門芯等。

5.4 其他方面的應用

如石油鉆井固井、地基路基回填、暖通管、工藝造型和假山等。

6 結語

下一階段我國的發泡水泥在輕質高強方面可以進一步加強研究，這樣無機建筑保溫材料完全取代有機建筑保溫材料才能成為現實。

[1]李啟金.低密度泡沫混凝土保溫材料的制備與性能研究[M].濟南:濟南大學,2014.

[2]閆振甲.泡沫混凝土發展狀況與發展趨勢[J].混凝土世界,2009,30(5):48-55.

[3]張文斌.蛋白質型水泥發泡劑的制備及其應用[M].大連:大連工業大學,2016.

[4]張磊蕾,丁蘇金,王武祥,等.發泡水泥孔結構控制技術研究[J].新型建筑材料,2015,42(1):43-47.

[5]丁益,任啟芳,聞超.發泡混凝土研制進展[J].混凝土,2011,32(10):13-15.

[6]徐文,錢冠龍,化子龍.用化學方法制備泡沫混凝土的試驗[J].混凝土與水泥制品,2011,38(12):1-4.

[7]張萌,田清波,徐麗娜,等.發泡水泥的研究現狀及展望[J].硅酸鹽通報,2014,33(10):2547-2551.

[8]周明杰,王娜娜,趙曉艷.泡沫混凝土的研究和應用最新進展[J].混凝土,2009,30(4):105-107.

[9]張福占.發泡混凝土的特點及應用[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，遼寧營口人，碩士，助理研究員，研究方向：節能建材。