淺談發泡混凝土特性優勢和應用

譚孝源

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

所謂的發泡混凝土就是一種利用膠凝材料配合外加劑、水制作的膠凝材料漿體，這種漿體在發泡劑的作用下轉變成泡沫漿料。通過和常規混凝土的攪拌與澆筑，最后在蒸汽養護以及自然養護下變成成品。發泡混凝土內部有著非常多的密閉氣孔，是一種輕質類型的混凝土。發泡混凝土保溫隔熱好，具備降噪、環保、耐火、自重輕的優勢是備受人們青睞的根本原因。

1 發泡混凝土發展

發泡混凝土在建筑物中的應用可以很好地控制建筑物自重，通常能夠控制20%左右質量。正因如此發泡混凝土才體現出了極好的經濟效益。

1.1 國外發展

19世紀末Hofman使用碳酸鈉和鹽酸制成氣泡混凝土成功申請到專利[1]。而到了20世紀北歐一些科學家則開啟了對發泡混凝土技術的深度研究和開發。瑞典科學家Axel Eriksson憑借著對發泡混凝土的研究獲得了一系列專利，并在隨后開發出了許多產品。北歐科學家取得成果以后一些蘇聯科學家也不甘落后的展開了對發泡混凝土技術的深度研究。這些蘇聯科學家在不斷嘗試、不斷實踐中終于獲得了重大科技成果。蘇聯科學家僅僅用了4年的時間就已經實現了發泡混凝土工業化普及，在1946年制定了生產標準、使用規范[2]。這意味著蘇聯在標準化發泡混凝土方面已經走在了世界前端。

在1979年，美國科學家Yamads在油田固井中使用了發泡混凝土這項技術，這項技術在油田固井中的出現意味著原本單一化使用領域的發泡混凝土實現了多領域擴展延伸。C.Pickford隨后在橋梁施工中展開了發泡混凝土技術的使用研究。J.m.Durack則編制了關于發泡混凝土砌體的生產報告。在大量科學家的共同努力下，發泡混凝土具備了防火、高強度、輕質等優勢，從而被人們廣泛用于工程當中。

1.2 國內發展

在1952年我國有關專家開始對發泡混凝土這種技術與材料進行研發與試制，就在同年，國內的一些工業管道工程開始在保溫體系中采用發泡混凝土技術，并初見成效。我國在1954年成功生產出可以被用在建筑物保溫的蒸壓發泡混凝土板，隨后在1955年研制出了能夠應對與抵抗250～510 ℃發泡混凝土管殼。在1956年粉煤灰發泡混凝土成為了重點研究對象[3]，這也對實踐工程中發泡混凝土生產成本的控制起到了很大的作用[4]。

20世紀90年代，發泡混凝土現澆技術被廣泛應用于我國的巖土工程回填以及建筑工程回填。在2000年開始我國交通工程廣泛使用發泡混凝土，我國的工程協會相繼制定了技術規程、技術標準，這意味著我國在填充工程當中正式啟用了標準的發泡混凝土，在2005年步入高速發展期[5]。我國發泡混凝土發展歷程如表1所示。

表1 我國發泡混凝土發展歷程

2 發泡混凝土的特性優勢

作為多孔混凝土，發泡混凝土和普通混凝土有著非常顯著的區別。發泡混凝土和普通混凝土最大的區別就是發泡混凝土當中沒有粗骨料，其內部存在大量密閉氣泡。發泡混凝土的主要物理指標如表2所示。

表2 發泡混凝土的主要物理指標

從發泡混凝土的主要物理指標當中可以看出，之所以人們青睞于發泡混凝土，是因為發泡混凝土有其自身的幾個優勢。

首先是第一個優勢是自身質量比較輕，因為發泡混凝土在體積與密度上比普通混凝土小，內部沒有粗骨料，所以發泡混凝土的使用，能夠幫助高層建筑獲得更輕的建筑質量。施工中只需要將發泡混凝土應用在非承重結構就能夠很好地控制建筑物自重問題。

第二個優勢是發泡混凝土有著良好的保溫與隔熱性能。因為發泡混凝土當中存在大量微氣孔與密閉氣泡，而這些條件能夠讓混凝土獲得與具備非常好的保溫與隔熱效果。據統計，因為發泡混凝土具有非常好的保溫隔熱效果，在240 mm 厚發泡混凝土墻和490 mm厚黏土磚墻的保溫效果基本一樣。

第三個優勢發泡混凝土有著較強的降噪能力。該優勢的原因和前面的一樣，都是因為內部存在大量密閉氣孔，所以才讓建筑物具備了良好降噪、隔音能力。

第四個優勢，發泡混凝土的抗震性十優秀。因為發泡混凝土本身內部封閉氣孔較多，彈性模量較低，使得發泡混凝土能夠消耗大量地震波帶來的沖擊能量[6]。再由于發泡混凝土質量比較輕，使用發泡混凝土這種密度小的建筑結構構件可以減少工程地基荷載，從而提高了建筑物抗震能力、抗震性能。

最后是其他方面的優勢，比如發泡混凝土自身可泵性良好，施工速度快等，所以才會被廣泛使用在地下采空區以及大面積現場澆筑。

3 發泡混凝土的應用發展

作為一種以發泡劑和膠凝材料為主要成分的混凝土，發泡混凝土的優點正如同前面所說的一樣，有著極好的降噪能力、隔熱水平、保溫效果、輕質優勢。憑借著以上這些優點，發泡混凝土進入了工程被廣泛應用，特別是在環保節能高要求的社會背景下，發泡混凝土材料展現出了巨大優勢，已經在逐步在建筑行業領域發揮了重要作用。下面略述幾種應用。

第一種是發泡混凝土在建筑行業中被用作擋土墻及邊坡保護。比如各種港口中的岸墻就有使用發泡混凝土，發泡混凝土憑借著出眾的質量輕的優勢，能夠很好的控制岸墻側向荷載。近些年，在很多路基邊坡都有在使用發泡混凝土，能夠提高邊坡的整體穩定性，有些沙區的蓄水覆蓋也在使用發泡混凝土，效果也比較好。

第二種是為建筑物地基減荷載。在建筑行業快速發展的今天，絕大多數建筑物都有著大群組、大高度的問題，而這些因素勢必會加重建筑物自重。很多高層建筑都有著十分明顯的沉降問題，對此人們不得不重視建筑物自重帶來的各種不利影響。建筑物設計環節必須要保障建筑物足夠穩定，發泡混凝土憑借著其質量輕的優勢被作為軟材料填充，為地基減少上部荷載。發泡混凝土的出現提高了地基的整體穩定性。

第三種是發泡混凝土砌塊。現如今國內使用最多、最廣泛的砌塊材料就是發泡混凝土。發泡混凝土能夠被當作墻體的填充材料，使用中能夠很好地控制建筑結構自重問題，同時也起到保溫、隔熱、隔聲降噪的效果。

第四種是發泡混凝土用作保溫層。現如今很多工程項目采用發泡混凝土板做外墻保溫，也有現澆發泡混凝土做樓地面保溫的。由于發泡混凝土本身含封閉氣孔較多，保溫效果非常明顯。

第五種是發泡混凝土用作輕質隔墻板。我國科學院專家通過對GRC隔墻板、發泡水泥、固體發泡劑的研究最終研制出了輕質粉煤灰發泡水泥墻板技術，這種材料大大提高了漿體的流動性，給施工作業帶了便利。同時由于原材料來源廣泛，造價不高，減少了工程成本。使用輕質粉煤灰發泡水泥墻板能夠給工程項目創造很大的經濟效益、環境效益、技術效益，發泡水泥墻板如圖1所示。

圖1 發泡水泥墻板

第六種是發泡混凝土用作回填管線洞穴。使用600～1 100 kg/m3發泡混凝土可以回填因廢棄管線、廢棄油柜、廢棄污水管以及其他容易引發爆炸、火災、坍塌的空穴，這樣既能保證安全，費用又低。

第七種是發泡混凝土用作運動場的修建。施工中使用密度在800～900 kg/m3區間的發泡混凝土為基礎，在上層覆蓋人造草皮或是礫石，便能夠用作網球、足球、曲棍球活動場地。當然也可以在發泡混凝土的上部覆蓋塑料層、多孔瀝青，這樣就能夠用于田徑跑道使用。

第八種是發泡混凝土用作軍事項目。軍事項目中同樣可以使用發泡混凝土，由于發泡混凝土彈性模量低，有著良好減振能力，包括抗暴坑道、射擊靶場建設都可以使用發泡混凝土。

第九種是發泡混凝土用作耐火層。因為發泡混凝土有著良好的耐火性能，所以有防火要求的工廠可以使用這種材料，現在很多時候在保溫管道的外殼采用發泡混凝土做耐火層，效果也比較好。

第十種是發泡混凝土用作園林景觀項目。園林景觀施工對于發泡混凝土的應用是比較新興的話題，主要包括用發泡混凝土制成的仿木材料、假山石等。當然有些時候也會被作為基質進行無土種植。

除了上面十種應用方面以外，發泡混凝土還被廣泛應用在裝飾材料、塊狀隔音樓板、防火墻絕緣、貧混凝土填層、儲罐底腳支撐、屋面邊坡、復合墻板、夾芯構件、隧道減荷、回填灌漿等。

4 現階段發泡混凝土的質量缺陷

當前國外憑借著多年的發展和研究經驗已經具備了十分成熟、先進的發泡混凝土技術，有著廣泛的適用領域。因為發泡混凝土的經濟性能、物理特性十分出眾，所以才會被廣泛使用在各種工程項目。雖然發泡混凝土有著以上非常多的優勢，但也需要意識到的是發泡混凝土本身也存在很多的缺陷與問題需要處理。

首先發泡混凝土在強度上相對來說較低，通常不到2.0 MPa，甚至有些廠家的發泡混凝土不足1.0 MPa。不過這種問題正漸漸得到改善，比如北京某企業如今所研發的發泡混凝土強度已經可以達到2.5 MPa。在科技的推動下，今后將會出現更多高強度混凝土為我國建筑行業提供助力。

其次開孔率較高。因為發泡混凝土當中充滿了K、Na這些元素，會破壞氣泡。所以很多氣泡都以開孔形式呈現，這些問題影響了發泡混凝土保溫性。該問題需要得到解決才能夠讓我國發泡混凝土獲得更好的應用環境與條件。

此外是吸水與開裂問題。很多硬化后的發泡混凝土都會出現表面開裂情況，隨后吸收大量外界水分。對于開裂問題通常可以用添加纖維的方式解決，而吸水問題則用添加憎水劑途徑處理。

最后就是發泡技術問題。當前國內大部分的發泡混凝土與發泡劑在技術水平上都是比較落后的。研究出價格合理、成本合理、性能優秀、穩泡性佳、發泡效果好的綠色環保發泡劑才能夠讓我國發泡混凝土獲得更好的發展契機。而當前國內發泡技術存在泡沫不均勻、穩定性差等情況，這些問題嚴重影響了發泡混凝土使用質量。對于發泡混凝土來說發泡劑性能帶來的影響非常突出。只有使得發泡劑的泡沫持久穩定性和發泡效果均勻以后才能夠保障發沫混凝土的強度與密度符合規定要求。

5 結語

本文總結了當前國內外對于發泡混凝土技術的應用思路，并介紹了其應用發展范圍。結合其特征以及行業趨勢分析了未來收益、未來發展價值。希望本文的研究可以幫助更多人、地區了解到發泡混凝土技術。