泡沫混凝土存在的问题及解决途

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1、泡沫混凝土存在的问题及解决途径摘要：泡沫混凝土以其轻质、保温隔热性能好、隔音耐火性好、泡沫混凝土还具有可泵性好、防水能力强、 调节室内湿度、可大量利用工业废渣等优点得到了广泛的应用。主要探讨了泡沫混凝土目前存在的问题和 解决途径。关键词：泡沫混凝土；存在问题；解决途径引言 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 应用方而起步晚，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

2、土的特点 泡沫混凝土最早在美国、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，匕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

3、时，其导热系数一般在0.047-0.355w/( mk )之间，是很好的无机保温隔热材料。1.3 可泵性好、防水能力 L_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匕的材料，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,

4、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。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

5、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。泡沫混凝十中引入的泡沫越多， 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

6、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最小程度地降低泡沫 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十密度的影啊， 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

7、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 凝十的早期养护，优化养护制度、加强早期保水；减小泡沫混凝十收缩、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

8、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。选择最佳的发泡剂品种 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上的性 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

9、流动性和浇注体的体积稳定性，最终影响硬化 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，由于合成技求要求高，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

10、，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，

11、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

12、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研制开发了聚苯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。vinarov9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，泡沫混凝上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。可通过现代分析于段对泡沫混凝 土的亚微观结构进行观察，尤其要

13、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

14、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 凝十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十的使用 效果，制约了应用领域。降低泡沫混凝上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

15、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

16、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

17、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。重庆泡沫混凝土因为其轻质多孔、保温隔热、吸声隔音、减震缓冲等特殊性能和新拌浆体优越的流动性和随意浇注性，使其 在不仅在重庆泡沫混凝土房屋建筑，而且在道路、桥梁、

18、堤岸、隧道修筑等各种不同的工业领域都得到广泛的应用。近年来，国内外在 制备和浇注设备上的 快速发展更是 进一步促进了 重庆泡沫混凝土应用的快速推广。但是，在重庆泡沫混凝土使用过程中，尤其是国内，也暴露出诸多技术问题，亟待改善。其中重庆泡沫混凝土在使用服役过程中整体性的保持欠佳，是一个极为普遍的工程质量问题。而重庆泡沫混凝土的 整体性保持欠佳与其体积变化有着密不可分的关联，因此，本文尝试从混凝土材料在外力及各种 环境因素作用下发生变形和开裂的基本作用机制出发，结合重庆泡沫混凝土的组成、结构和性能特点，分析 重庆泡沫混凝土在使用过程中发生变形和开裂的基本原因 ，并在此 基础上提出减小重庆泡沫混凝土

19、变形，防止其开裂的可能的技术途径。希望能为重庆泡沫混凝土制造和应用企业的技术人员在工厂制造优质重庆泡 沫混凝土，在工程上高效、安全使用混凝土提供技术支持1 普通混凝土使用过程中的变形和开裂变形和开裂是固体材料非常普遍的物理性质，绝大多数的材料在不同外力和环境因素的作用下都会发生程度不同的变形，或收缩或拉伸，甚至开裂。也可 以认为，变形实际上是材料产生开裂和破坏的前奏。不同种类的材料对收缩或拉伸的敏感程度或由此产生的危害性并不相同。具 有明显延展性的金属材料，在 外部因素的作用下产生收缩或拉伸，但是，在很大程度范围内并不产生裂纹，也不引起破坏，它们属于弹性材料；而像水泥混凝土材料这类脆性材料就不

20、一样 了，在各种外部因素作用下，只要发生少量收缩或拉伸就会引发开裂，进而导致破坏。因此，与金属等弹性材料相比，混凝土类材料的变形和开裂特别受到研 究和工程界的关注。1.1 混凝土材料变形的种类混凝土材料的变形有很多种情况，概括起来主要有4 种，即物理变形，指的是由物理作用引起的混凝土体积收缩和伸展现象，常见的有混凝土直接受机械 力作用下的压缩拉伸现象和周围温度变化引起的热胀冷缩现象；化学变形，指的是纯粹由于混凝土硬化过程中组分之间发生的各种 化学反应前后反应物与生成 物之间因密度不同（不考虑混凝土内部结构因素）引起的理论上的体积变化；碳化变形，指的是混凝土材料在使用过程中混凝土内的水化产物因受

21、到周围环境 提供的co2勺碳化作用引起的混凝土体积变化；湿胀干缩，指的是混凝土在硬化或使用过程中与外部发生水分交换引起的体积变化。1.2 混凝土材料的开裂如上所述，混凝土材料属于脆性材料，因此，当变形达到一定数值，超过基体承受能力之后就可能引发开裂。变形的发生根源于应力的产生，不论这种应 力来自于化学因素，还是物理因素，或者是直接机械外力因素。混凝土材料受应力作用产生变形到达产生开裂的程度并不是完全固 定的，与自由变形或限制变 形，均匀变形或非均匀变形，有着密切的关系。一般情况下，自由变形比限制变形有更大的允许应力和收缩值，均匀变形比非均匀变形有 更大的允许应力和变 形限值。无论如何，应力是混

22、凝土产生开裂的根本原因，变形只不过是作用于混凝土上的力的一种外观显示，而开裂则是变形发展到一定限度的破坏性外观表现。 此外，与收缩引起的开裂不同的是拉应力的作用同样可能导致混凝土伸展，最终引起开裂破坏，局部的不均匀膨胀也会导致混凝土开裂破坏。剧烈热振、机械力冲击、冻融循环等外部作用也都会导致混凝土开裂破坏。重庆泡沫混凝土使用过程中的变形和开裂与结构混凝土一样，重庆泡沫混凝土在使用过程中也经受来自环境的各种物理、化学或机械等作用，引起其体积变形，当变形超过一定限度，重庆泡沫混凝土最终导致开裂破坏。所不同的是在绝大多数情况下被用于非结构场合，因此，直接机械力作用，尤其是持久载荷，导致的变形和开重庆

23、泡沫混凝土裂破 坏情况相对较少。在使用过程中的开裂破坏以干燥收缩、热胀冷缩、化学减缩、非正常外界冲击等引起的体积变形最为常见。2)添加适量细骨料，选择合理的水泥、砂子配合比；2.1重庆泡沫混凝土与普通混凝土的异同重庆泡沫混凝土与普通结构混凝土同属于水泥基材料，同属于脆性材料，这是它们之间的根本共同之处。它们之间的不同首 先在于组成的不同，普通结构混凝土中包含石子、砂子等粗细骨料，而 重庆泡沫混凝土中一般不含骨料； 其次在于内部结构的不同，普通结构混凝土之内极少含有 毫米尺度以上的大孔，-般以毛细孔(0.01-10mm)和凝胶孔(0.01mm)为主，孔隙率也比较低，而重庆泡沫混凝土内部则含有相当

24、部分 毫米尺度的孔 隙，而且这些毫米孔基本上是封闭的球形孔，孔隙率高达 40以上；再次是表现为性能上的不同，结构混凝土密度大，强度高，弹性模量大，重庆泡沫混凝土导热系数大，收缩小，而密度小，强度低，弹性模量小，导热系数小，收缩大。重庆泡沫混凝土上述有关混凝土体积变形和开裂方面的原因和开裂破坏机制基本上适用于。结合上述混凝土体积变形类型和开裂情况和原因的 分析，不难推断，导致 重庆泡沫混凝土整体性不佳的基本原因在于组成上以水泥为主 ，结构上多孔和性能上强度低。如上所述，骨料在混凝土硬化过程中实际上变化很小，在使用过程中也很少变化，除非受冷热作用会产生较明显的体积 变化。化学减缩、碳化收缩、干 燥

25、收缩等都来自于水泥浆，重庆泡沫混凝土以水泥为主要组成材料，不含骨料，就基本决定了其大的收缩量。其次，重庆泡沫混凝土在初始养 护 阶段强度发展比较慢，而其低热传导性能又使水化产生的热量难以及时向外界排出，往往导致初始重庆泡沫混凝土 温度急剧升高，导致体积膨胀 在冷却过程中就会在 内部产生温度应力和裂缝。 重庆泡沫混凝土即使在完全硬化之后强度也处于较低的水平 (一般不高于10MPa),因此，任何 非正常外来的机械作用力也都会引起其变 形甚至开裂破坏。3 减小重庆泡沫混凝土收缩控制开裂的可能的技术途径重庆泡沫混凝土基于上述混凝土在水化硬化过程中和使用过程中体积变形现象和内在原因分析和对与普通结构混凝土在组成、结构和性能方面 的异同点的分析，结合 重庆泡沫混凝土制备和应用中可能出现的情况，就如何减小重庆泡沫混凝土 收缩控制开裂本文提出以下几点可能 的技术途径。1)重庆泡沫混凝土选用快硬低发热水泥作为用胶凝材料；3)加强早期养护和及时散热，减少人为非正常外来机械冲击；4)引入适宜和适量的膨胀组分，弥补体积收缩；