張中玲

【摘 要】 在全世界日益增長(zhǎng)的能源消耗中，無(wú)論是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，建筑能耗在國(guó)家總能耗中都占據(jù)著相當(dāng)大的比例。建筑保溫體系即將進(jìn)入由有機(jī)保溫到無(wú)機(jī)保溫的重大轉(zhuǎn)折期，泡沫混凝土憑借其良好的性能及綜合優(yōu)勢(shì)，有望成為建筑保溫的主體材料，助力建筑保溫體系的升級(jí)換代。鑒于此，本文就結(jié)合筆者相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，就泡沫混凝土的制備與性能方面展開(kāi)簡(jiǎn)要的研究。

【關(guān)鍵詞】 泡沫混凝土；建筑工程；試驗(yàn)

前言：

在全世界日益增長(zhǎng)的能源消耗中，無(wú)論是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，建筑能耗在國(guó)家總能耗中都占據(jù)著相當(dāng)大的比例。因此，建筑節(jié)能是人類(lèi)社會(huì)面臨的共同課題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)能源消費(fèi)總量為37.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，僅建筑能耗就達(dá)到10.5億噸～11.28億噸，約占全社會(huì)能源消費(fèi)的28%～30%；預(yù)計(jì)到2030年左右，我國(guó)建筑能耗將占總能耗的30%～40%，成為全社會(huì)第一能耗大戶。在此形勢(shì)下，國(guó)家對(duì)建筑節(jié)能的要求日益緊迫。在建筑領(lǐng)域加強(qiáng)研發(fā)并推廣應(yīng)用新型節(jié)能環(huán)保材料，對(duì)于提高我國(guó)資源利用率、改善環(huán)境、節(jié)能減排、走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，我國(guó)聚苯泡沫板、擠塑板、聚氨酯等易燃材料占整個(gè)保溫材料市場(chǎng)的90%以上，這些有機(jī)保溫材料普遍具有容重低、保溫性能好、施工操作簡(jiǎn)單、吸水率小等優(yōu)點(diǎn)，用于建筑外墻能取得良好的保溫效果。但同時(shí)它們又具有不可忽視的缺陷，如易燃、易老化、耐久性差等。在火災(zāi)中，有機(jī)材料會(huì)極速熔融，產(chǎn)生大量有毒氣體及煙霧。而且，有機(jī)保溫材料不能與建筑物同壽命，在建筑物使用期內(nèi)需要多次更換，不僅浪費(fèi)大量的人力、財(cái)力和物力，還會(huì)帶來(lái)因材料更換造成的白色污染等環(huán)境災(zāi)害。因此，以無(wú)機(jī)保溫材料取代有機(jī)保溫材料進(jìn)行建筑保溫是歷史發(fā)展及科技進(jìn)步的必然趨勢(shì)。

在現(xiàn)有的無(wú)機(jī)保溫材料中，泡沫玻璃、泡沫鋁、泡沫陶瓷的價(jià)格高，缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；而巖棉礦棉等纖維保溫材料雖然價(jià)格略低，但危害身體健康；而且它們不是硬質(zhì)塊狀材料，應(yīng)用起來(lái)比較困難，巖棉建廠周期長(zhǎng)，從建廠到可生產(chǎn)大約需要2年的時(shí)間，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)巖棉的供應(yīng)量也達(dá)不到使用的要求，這就決定了它們不會(huì)成為建筑保溫的主導(dǎo)材料；膨脹珍珠巖、膨脹蛭石等顆粒狀松散保溫材料，吸水率高，制品不抗凍融，松散不易使用，因此在應(yīng)用上也受到限制。而泡沫混凝土原料易得，價(jià)格低廉，既可實(shí)現(xiàn)快速現(xiàn)澆施工，制成各種制品，同時(shí)又具有優(yōu)異的防火性、隔聲性、抗震性、耐侯性，用其取代有機(jī)泡沫塑料是最合適的材料。隨著建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《屋面保溫隔熱用泡沫混凝土》（JC/T2125-2012）的實(shí)施，泡沫混凝土保溫材料日益受到行業(yè)的關(guān)注。

一、泡沫混凝土的優(yōu)點(diǎn)

泡沫混凝土具有輕質(zhì)、保溫隔熱性能好、隔音耐火性能好、施工簡(jiǎn)捷、造價(jià)低、環(huán)保性能等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，泡沫混凝土一般是由用機(jī)械方法將泡沫劑水溶液制備成泡沫，再將泡沫加入到含硅質(zhì)材料、鈣質(zhì)材料、水及各種外加劑等組成的料漿中，經(jīng)混合攪拌、澆注成型、養(yǎng)護(hù)而成的一種多孔材料。由于泡沫混凝土中含有大量封閉的孔隙，因此其具有良好的物理力學(xué)性能。

二、試驗(yàn)方案

（1）試驗(yàn)材料

考慮普通硅酸水泥的價(jià)格低廉、強(qiáng)度高、耐久性能好，本試驗(yàn)主要使用P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。但由于普硅水泥的漿體稠度小，使得制備的泡沫混凝土凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)、漿體容易塌陷，而鋁酸鹽水泥是一種快硬、高強(qiáng)水泥，因此在本試驗(yàn)中，通過(guò)在普通硅酸鹽水泥中摻加適量的鋁酸鹽水泥來(lái)縮短泡沫混凝土的凝結(jié)時(shí)間。本試驗(yàn)所采用的是CA50級(jí)鋁酸鹽水泥。

發(fā)泡劑采用復(fù)合型JZ-1泡沫混凝土發(fā)泡劑，基本發(fā)氣量為240ml/g，此發(fā)泡劑發(fā)泡量較大，泡沫優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定性好。

為了有效改善泡沫混凝土的早期抗裂性及韌性，在試驗(yàn)中在泡沫混凝土制備中加入聚丙烯纖維（PP），其主要強(qiáng)度值為350～700MPa，比重約為0.91g/cm3，極限伸長(zhǎng)率可達(dá)25%，且吸濕性極小。

減水劑選用哈爾濱生產(chǎn)的天嘉牌聚羧酸減水劑，其減水率達(dá)40%以上，摻量低，流動(dòng)性好，凈漿流動(dòng)度≥280mm，塌落度經(jīng)時(shí)損失小。

試驗(yàn)中采用的細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.7的中砂，粗骨料為粒徑范圍5～10mm的天然碎石及再生混凝土骨料，級(jí)配良好。使用時(shí)，粗骨料均為飽和面干狀態(tài)。

（2）泡沫混凝土的制作與養(yǎng)護(hù)

本試驗(yàn)采用預(yù)制泡沫混合法制備泡沫混凝土。首先根據(jù)試驗(yàn)配合比，將混凝土發(fā)泡劑按1：25的比例稀釋成水溶液，然后投入到乳化機(jī)制泡機(jī)中，逐步調(diào)整轉(zhuǎn)速至7000r/min左右，發(fā)泡過(guò)程隨時(shí)觀察發(fā)泡情況，隨時(shí)調(diào)整，直至制均勻穩(wěn)定的泡沫。在制備泡沫的同時(shí)，將配合好的水泥、細(xì)骨料、水、外加劑等按著順序投入混凝土攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。待泡沫準(zhǔn)備好后，將泡沫逐漸加入攪拌機(jī)中，且每攪拌60s進(jìn)行人工翻拌一次，這樣可使泡沫能與水泥漿體更好的混合，攪拌約180s，即可形成均勻的泡沫混凝土。

采用人工澆注的方式，將泡沫混凝土投入100mm×100mm×100mm立方體試模內(nèi)，編號(hào)后用塑料布覆蓋，在室內(nèi)密封條件下進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，3～5d脫模后，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)達(dá)規(guī)定時(shí)間即可進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。

（3）試驗(yàn)方法

首先用壓縮空氣發(fā)泡機(jī)將發(fā)泡劑液體制成泡沫，并按一定比例將泡沫與攪拌好的水泥凈漿（水泥質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為85%，粉煤灰質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為15%）混合均勻，然后成型為立方體試件，其棱長(zhǎng)為70.7mm，待48h拆模后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至28d，最后參照J(rèn)G/T266-2011中泡沫混凝土測(cè)試方法，測(cè)定試樣的抗壓強(qiáng)度、干密度及吸水率。

三、試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）抗壓強(qiáng)度與抗折強(qiáng)度

圖1為泡沫混凝土試樣在28d齡期的抗壓強(qiáng)度與雙氧水含量的關(guān)系曲線。隨著雙氧水含量增加，泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度迅速降低，在5%以后，隨著雙氧水含量增加，抗壓強(qiáng)度降低趨于緩慢。雙氧水的引入會(huì)釋放氣體，在混凝土中形成氣孔，致使混凝土的抗壓強(qiáng)度下降。雙氧水含量過(guò)高，將形成通孔，使得試樣的孔壁厚度增加，在一定程度上減緩強(qiáng)度的下降。

雙氧含水量（%）

圖1 抗壓強(qiáng)度隨雙氧水含量變化曲線

圖2為28d齡期泡沫混凝土試樣的抗折強(qiáng)度與雙氧水含量的關(guān)系曲線。隨著雙氧水含量增加，泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度也迅速降低，當(dāng)雙氧水的含量增加到5%時(shí)，試樣強(qiáng)度下降趨緩?？拐蹚?qiáng)度隨雙氧水含量增加而下降的趨勢(shì)與抗壓強(qiáng)度一致，都隨著氣孔率的提高而下降。

雙氧含水量（%）

圖2 抗折強(qiáng)度隨雙氧水含量變化曲線

（2）二氧化錳對(duì)性能的影響

二氧化錳在制備發(fā)泡混凝土?xí)r，主要影響工作時(shí)間的長(zhǎng)短和生產(chǎn)效率。二氧化錳加入量少，雙氧水分解緩慢，發(fā)泡速度慢，發(fā)泡效率低，但孔徑較小，結(jié)構(gòu)均勻；反之，雙氧水分解加快，發(fā)泡迅速，生產(chǎn)效率提高，但孔徑較大，結(jié)構(gòu)不均勻。

二氧化錳控制雙氧水分解速度的影響因素很多，如pH值、溫度、添加劑等。應(yīng)綜合各種因素，統(tǒng)籌考慮激發(fā)劑的用量，從而有效控制孔徑的大小和工作時(shí)間。試驗(yàn)確定的二氧化錳合適用量為0.002%。

（3）導(dǎo)熱系數(shù)

圖3是泡沫混凝土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)與雙氧水添加量之間的關(guān)系曲線。

雙氧含水量（%）

圖3 導(dǎo)熱系數(shù)隨雙氧水含量變化曲線

隨著雙氧水含量增加，導(dǎo)熱系數(shù)下降。當(dāng)雙氧水含量達(dá)到5%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)下降趨勢(shì)減緩。當(dāng)雙氧水含量提高到6%～8%時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)又逐漸提高。氣孔率和導(dǎo)熱系數(shù)互為反比例關(guān)系，加入雙氧水后，在泡沫混凝土中產(chǎn)生氣孔，導(dǎo)熱系數(shù)下降；在雙氧水增加到5%時(shí)，氣孔由閉氣孔轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)放氣孔，導(dǎo)熱系數(shù)又逐漸升高。材料的性能與結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷團(tuán)結(jié)，李浩然，耿飛，錢(qián)元弟，謝隆安，王孝平.新型泡沫混凝土發(fā)泡劑的制備與性能研究[J].新型建筑材料，2013，12：93-96.

[2]張磊蕾，王武祥.泡沫混凝土的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2010，01：38-42+15.

[3]蔣曉曙，李莽.泡沫混凝土的制備工藝及研究進(jìn)展[J].混凝土，2012，01：142-144.

[4]潘志華，陳國(guó)瑞，李東旭，程麟.現(xiàn)澆泡沫混凝土常見(jiàn)質(zhì)量問(wèn)題分析及對(duì)策[J].新型建筑材料，2004，01：4-7.

[5]袁俊，徐迅.泡沫混凝土的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].墻材革新與建筑節(jié)能，2007，04：31-33+3.

[6]牛云輝，盧忠遠(yuǎn)，嚴(yán)云，何順愛(ài)，周順鄂.泡沫混凝土整體現(xiàn)澆墻體工程應(yīng)用研究[J].新型建筑材料，2011，03：25-29.