泡沫混凝土的問題研究與探索

張彥鵬，加志勇，滕朝暉

（1. 山西大地華基建材科技有限公司，山西 臨汾 041500；2. 山西省建筑材料工業設計研究院有限公司，山西 太原 030013）

泡沫混凝土是一種能滿足節能設計標準的新型建筑材料，具有節能、隔熱、隔聲、質輕、保溫、環保、利廢、施工方式靈活多樣、應用范圍廣、適應性強等優異性能；生產時大量利用工業廢渣，可有效緩解經濟發展與資源之間的矛盾，對我國深化供給側改革、綠色循環經濟加速發展有著重要意義。目前，泡沫混凝土得到了越來越多的關注、重視和應用，成熟應用方式有：現場澆筑和預制成各種制品。據不完全統計我國泡沫混凝土企業總數超過 1000 家，其中以現澆為主的企業約占60% 以上，澆筑產品有地暖絕熱層、屋面保溫隔熱層、地面墊層、各類回填、特種功能產品等。

但是，在實踐中泡沫混凝土的生產和施工過程中存在一些問題，比如：現澆泡沫混凝土屋面、地暖回填工程存在著空鼓、開裂、疏松、起灰、強度低、密度波動大等問題；現澆泡沫混凝土墻體出現塌模、開裂、分層離析、上部泡沫、下部水泥漿等現象。

如何把這種向水泥（砂）中摻入預制的水膜性泡沫而引入大量氣泡，經混合攪拌、澆筑成型、養護硬化而得到的一種多孔輕質混凝土（干密度通常在 1100～1500kg/m3之間）暴露出的諸多問題研究清楚、有效改進，探索新的應用領域是促進泡沫混凝土應用快速發展的必由之路。

本文就泡沫混凝土的施工狀態和硬化后的力學性能進行了初步試驗，以常用的水泥—粉煤灰—泡沫—水為原料體系，對其相關性能進行了深入分析。以期對泡沫混凝土的應用有所啟發。

1 原材料和試驗方法

1.1 原材料

水泥：泡沫混凝土的性能特點需要摻入大量泡沫劑，在其降低干密度、提升隔熱隔聲性能的同時延緩了水泥正常的水化進程。為了調整硬化時間，可以使用凝結時間較快的硫鋁酸鹽水泥、高鋁水泥、早強型硅酸鹽水泥、石膏等材料。如果基于耐久性考慮，一般選用普通硅酸鹽水泥。本試驗采用中聯 P·O425R 水泥，密度 3.1g/cm3，比表面積 365kg/m3，28d 抗壓強度49.2MPa。

摻合料：一般生產泡沫混凝土使用的摻合料應具有如下特性：一是細度要求細，這樣對泡沫的包裹性好、同時不影響表觀；二是摻合料吸水性不宜過大，因為這將對泡沫的保水性是個考驗，吸收泡沫中水分，造成破泡，出現塌模問題。本試驗采用大唐電廠Ⅱ級粉煤灰，細度 21.2%，需水量 101%，燒失量 3.45%；S95 礦渣，比表面積 410m2/kg，流動度比 99%。

集料：一般不會使用石子粗集料，可根據實際情況加入河砂。本試驗采用 Mx=2.2 的中砂，表觀密度2720kg/m3，含粉量 8%。特殊用途會使用陶粒、微珠。

外加劑：是生產高性能泡沫混凝土的必要組分，需要優選外加劑品種和經過大量試驗確定最佳摻量。泡沫劑決定泡沫混凝土性能的關鍵組分，它影響著泡沫混凝土的孔徑大小、均一性、泡孔的封閉性、硬化體抗壓強度等指標；減水劑降低水膠比，提高施工性，可以極大提高基材強度，本試驗采用脂肪族類減水劑，固含量26%，密度 1.13g/cm3；AY02 引氣劑，用來輔助細微氣泡的補充，有利于干密度的控制；U4 萬穩泡劑，用來支撐其泡沫不易破泡，提高漿體結構穩定性。

水：自來水。

1.2 試驗方法

抗壓強度試驗參照 JG/T 266—2011《泡沫混凝土》，干密度試驗參照 GB/T 11970—1997《加氣混凝土體積密度、含水率和吸水率試驗方法》及 JG/T 266—2011《泡沫混凝土》。混凝土的試驗用配合比見表 1。

2 試驗結果與討論

2.1 新拌泡沫混凝土的工作性能

參考預拌砂漿的穩定性判斷方法，對于預拌泡沫混凝土的穩定性通過濕容重變化來表征，如在泡沫混凝土加水拌合后隨時間變化容重變化量小，可以認為體系中

氣泡穩定性好，有利于材料的使用；由于泵送泡沫混凝土的流動性有要求，借用稠度經時變化率表示，用以判斷在泵送過程中有無泌水情況、泵送連續性優劣等問題。混凝土的工作性能見表 2。

表 1 試驗配合比 kg/m3

表 2 工作性能檢測結果

從表 2 可以得出：泡沫混凝土加水拌合后濕容重在靜置 1h 以后，容重有變小的趨勢；在 1～2h 之間容重沒有發生變化。可以認為在這段時間范圍內，發泡劑所發泡沫穩定，滿足了其泵送機械施工要求，稠度變化認為只有部分未浸潤，經過 1～2h 得到了充分的浸潤，使得對其流動性有所改善。

本文中泡沫混凝土的凝結時間在 10h 左右，與外加劑的影響相關。

2.2 硬化泡沫混凝土力學性能

泡沫混凝土硬化體是集承重和保溫墻材一體化的工程材料，要求具有防熱、隔音、防潮性能，同時對于抗壓強度要求指標是一項關系到使用性能的重要指標。混凝土的抗壓強度檢測結果見表 3。

表 3 泡沫混凝土抗壓強度

從表 3 可以得出：對于加入礦粉的泡沫混凝土而言，由于其水化活性使得泡沫混凝土容重、強度下降不太明顯，但對于粉煤灰材料而言，由于其活性需要激發，強度和容重下降較為明顯。

基于以上基礎研究，對于泡沫混凝土在水化過程和使用過程中體積變形現象，就如何減少問題出現，提出可以按以下思路進行深入研究：（1）選用經濟性能型快速硬化低放熱水泥作為膠凝材料提高其早期強度；（2）添加適量細集料來提高抗壓強度；（3）通過一定手段加強早期養護和及時散熱，減少人為非正常外來機械沖擊；（4）選用適宜和適量的塑性膨脹組份，以彌補體積收縮；（5）改進模具減少空間約束，增加自由變形成分，降低收縮開裂幾率。

3 現階段泡沫混凝土應用優點

針對其在層面找平應用情況，相對于傳統層面保溫材料（陶粒混凝土、爐渣鋪墊層），具有輕質、保溫、隔熱、耐久等優勢。同時有著與基層結合力強、整體性能好的特點；在施工方面，將保溫層、找坡層、找平層分為三合為一，優化了工程做法，提升了施工效率，解決了傳統找坡、找平工序無法解決的問題。

應用于保溫防熱時，其作為單一墻體材料就可以滿足節能設計要求，具有可靠性高、綜合造價低等優點。比如：硬化后的泡沫混凝土牢固鑲嵌基層，由于其閉孔率達到 70%～80%，可以有效隔絕熱量的出入，從而達到節能、保溫、隔音、隔熱的效果，使得建筑物對于人類居住的舒適度大大提高。從建筑學方面來說，在保證建筑墻體結構強度的前提下，簡化了建筑工序，提高了墻體自身的保溫性能和隔音性能，整體澆筑與基礎結構形成一體化，避免了空鼓問題。