1.1  組成材料

1.1.1  發(fā)泡劑

發(fā)泡劑通過促進(jìn)泡沫的產(chǎn)生而形成封閉氣孔或者相連氣孔結(jié)構(gòu)的試劑。在指定的前提條件下，它使用化學(xué)反應(yīng)變化或物理方法（攪拌、壓縮空氣等）進(jìn)行處理，使發(fā)泡劑溶液無需較長時間就能產(chǎn)生大量勻和、穩(wěn)定的泡沫[4]。因此可知，不是所有能夠產(chǎn)生泡沫的物質(zhì)或試劑都能夠作為發(fā)泡劑。

發(fā)泡劑的品種多樣，應(yīng)用頻次較多的有：動物蛋白發(fā)泡劑、松香酸皂類發(fā)泡劑、石油磺酸鋁發(fā)泡劑等[5]。國內(nèi)學(xué)者不斷深入研究，出現(xiàn)了不同產(chǎn)品型號的發(fā)泡劑，例如：u型發(fā)泡劑、CLY-99型憎水發(fā)泡劑、CON-A 型泡沫劑、CCW-95型固體泡沫劑等。

在國內(nèi)，關(guān)于高性能發(fā)泡劑的研究未曾中斷。例如，王翠花[6]在存有定量的Ca(OH)2和NaHSO3的條件下，以牛蹄角為關(guān)鍵蛋白質(zhì)原料合成了蛋白質(zhì)型泡沫混凝土用發(fā)泡劑。石行波等[7]將礦物材料發(fā)泡與表面活性劑發(fā)泡相聯(lián)合形成一種新形式，采用豬蹄角為原料制成了一系列泡沫混凝土砌塊。馬志珺等[8]進(jìn)行了復(fù)配研究來觀察表面活性物質(zhì)對發(fā)泡劑母液的發(fā)泡及穩(wěn)泡性能的改性效果。他們發(fā)現(xiàn)復(fù)配后蛋白質(zhì)發(fā)泡劑的泡沫性能得到了極大程度的提升，并且其發(fā)泡穩(wěn)泡性能的效果也尤為顯著。目前，Eva Kuzielová等[9]研究了活化發(fā)泡劑對泡沫混凝土的影響，考察泡沫穩(wěn)定性、體積密度、微觀結(jié)構(gòu)、抗壓強(qiáng)度與發(fā)泡劑濃度及其微波和超聲波處理的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在用較低濃度的微波和超聲波處理的發(fā)泡劑制備的樣品中孔徑相對減小，改善了樣品的抗壓強(qiáng)度。

泡沫是否穩(wěn)定的有兩個重要因素。一是液體是否從泡沫中的離析出來，二是氣體是否透過液膜進(jìn)行擴(kuò)散。而判定發(fā)泡性能是否優(yōu)良，一般依據(jù)三個重要的因素：發(fā)泡劑的沉陷距離、泌水多少以及發(fā)泡倍數(shù)大小。以這三個重要因素作為指標(biāo)，稀釋發(fā)泡劑溶液的沉陷距離和泌水量越大并且發(fā)泡倍數(shù)越小，其發(fā)泡性能越差。具體來說，優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑在1 h后泡沫的沉陷距離和泌水量分別不大于 10 mm、小于等于 80 ml，發(fā)泡倍數(shù)應(yīng)大于等于 20 [10]。截止目前，我國針對泡沫的質(zhì)量問題還沒有制定出一致的檢測方法，行內(nèi)一般是據(jù)實(shí)際情況來確定檢測方法。

1.1.2 外加劑

目前，外加劑有兩大類。一類是化學(xué)外加劑，它以有機(jī)或無機(jī)化合物為主要成分，且用量不大于水泥質(zhì)量的5%的化學(xué)品；另一類是礦物外加劑，它是混凝土中的水泥被礦物粉體所替代的部分，最常見的礦物外加劑有粉煤灰、粒化高爐礦渣粉等[11]。

泡沫混凝土制作過程中，我們?yōu)榱耸蛊浜鸵仔缘忍厥庑阅苓_(dá)標(biāo)需添加不同的外加劑。例如，泡沫混凝土的水灰比和水泥水化的熱應(yīng)力較大，摻加減水劑以緩解其壓力；泡沫混凝土的開裂其耐久性較差，向里摻加膨脹劑以提高耐久性；泡沫混凝土的強(qiáng)度發(fā)展速率較慢，在混合粉煤灰摻加一定量的激發(fā)劑以加快速率；泡沫混凝土的抗拉強(qiáng)度低，摻加纖維材料以改善其缺點(diǎn)。

近些年來，外加劑逐漸被研究工作者關(guān)注，并對其進(jìn)行了深入研究。牛云輝等[12]重點(diǎn)研究就四種外加劑與泡沫混凝土的各大性能之間的關(guān)系問題，這四種外加劑分別是：聚羧酸減水劑、速凝劑、PP 纖維及穩(wěn)泡劑，結(jié)果顯示經(jīng)由這些外加劑相互耦合所得的泡沫混凝土有利于處理泡沫混凝土作為承載重量的墻體在現(xiàn)場澆筑時出現(xiàn)裂紋、模板壓塌等問題。胡璐[13]認(rèn)為有機(jī)硅防水劑會影響泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度和吸水率，由此針對這一種外加劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在泡沫混凝土試塊刷涂乳液型有機(jī)硅過后，發(fā)現(xiàn)與未刷涂的相比較，這部分刷涂后的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)，其吸水率也顯著降低。Cong Ma等[14]研究了PT、CS、SP三種防水劑對泡沫混凝土性能的影響，結(jié)果表明防水劑對低密度泡沫混凝土的泡沫穩(wěn)定性和干密度幾乎沒有影響，通過添加防水劑抗壓強(qiáng)度也能得到改善，且最優(yōu)的改善條件是防水劑的含量在1.0%左右，隨著防水劑含量的增加強(qiáng)度保留系數(shù)RS顯著增加，另外它的應(yīng)用能夠降低吸濕水含量。E.K. Kunhanandan Nambiar和K. Ramamurthy[15]通過與未摻粉煤灰混合料的對比，研究粉煤灰替代對泡沫混凝土強(qiáng)度和密度的影響，提出粉煤灰代替細(xì)集料有助于提高低密度泡沫混凝土的強(qiáng)度，使高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度比得以提高。E.P. Kearsley[16]等研究發(fā)現(xiàn)粉煤灰可以替代高達(dá)67％的水泥，而不會顯著降低強(qiáng)度。Shui Jun[17]等通過實(shí)驗(yàn)研究了鋼渣粉煤灰泡沫混凝土的熱性能，隨著鋼渣相同密度的增加，導(dǎo)熱系數(shù)增加，比熱降低。詹炳根等[18]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在泡沫混凝土中添加玻璃纖維之后，泡沫混凝土強(qiáng)度較低以及韌性較差都得到了極大的改善。

1.1.3  水泥

在泡沫混凝土中，其產(chǎn)生強(qiáng)度關(guān)鍵在于水泥作為重點(diǎn)膠凝材料，發(fā)生水化反應(yīng)后形成的水化產(chǎn)物能在其中起膠結(jié)作用，因此相對而言泡沫混凝土中所含的水泥不多[19]。水泥中摻加30%左右的火山灰質(zhì)、粉煤灰或者礦渣等水硬性膠凝材料都可供泡沫混凝土選擇。但是因泡沫混凝土內(nèi)含有大量的氣泡，在料漿硬化之前，由于氣泡穩(wěn)定性較差發(fā)生破裂現(xiàn)象，導(dǎo)致塌模和出現(xiàn)表面裂縫[20]。為了防患于未然，相比于硅酸鹽水泥最好是使用類似鋁酸鹽水泥這類凝結(jié)硬化速度快的水泥以及早強(qiáng)高強(qiáng)類的硫鋁酸鹽水泥此類特種水泥。

1.1.4  細(xì)集料

集料在傳統(tǒng)混凝土中主要起骨架作用和增強(qiáng)體積穩(wěn)定性，并且還可當(dāng)作膠凝材料的低廉填充料[21]。使用到泡沫混凝土制備過程中的集料有：聚苯乙烯顆粒、粒徑2～10mm的碎石、陶制顆粒、玻璃質(zhì)火山熔巖（例：膨脹珍珠巖）、砂等。加入的砂子不但減少硬化泡沫混凝土的體積變化，而且還可作為填充物。E.K. Kunhanandan Nambiar[22]等研究了填料類型和砂粒大小對濕養(yǎng)護(hù)泡沫混凝土性能的影響，發(fā)現(xiàn)砂粒尺寸的減小導(dǎo)致泡沫混凝土強(qiáng)度的提高。在實(shí)際工程當(dāng)中，因?yàn)閷ε菽炷劣幸欢ǖ馁|(zhì)量要求，針對其質(zhì)量要求考慮是否采用密度較大的集料。在水泥基體中加入微量的氣泡就可滿足設(shè)計(jì)的密度要求,用輕集料即可形成更為密實(shí)的結(jié)構(gòu)[23]。鑒于常用的密度等級在400～1600kg/m3，所以實(shí)際操作時會首先考慮使用輕質(zhì)集料。

1.2  生產(chǎn)工藝

1.2.1  發(fā)泡技術(shù)

預(yù)制泡沫法，為當(dāng)前制備泡沫混凝土所普遍使用，使用時需利用機(jī)械方法獲取泡沫。張巨松等[24]總結(jié)目前國內(nèi)的發(fā)泡技術(shù)主要為高速攪拌葉片制泡，國外多采用壓縮空氣法制泡發(fā)泡技術(shù)。

高速攪拌葉片制泡法，采用了高速攪拌機(jī)和水泥攪拌機(jī)兩種設(shè)備。首先，向高速攪拌機(jī)加入按照一定比例所配制的發(fā)泡劑溶液，在葉片的快速攪動下預(yù)制泡沫；隨后，往水泥漿攪拌機(jī)倒入定量取出所制得的泡沫；最后，將泡沫與料漿進(jìn)行攪拌制成泡沫混凝土。高速攪拌葉片制泡法操作簡單，重現(xiàn)性相對較好，能夠準(zhǔn)確地反映出發(fā)泡劑的發(fā)泡性能。但是，由于上下泡徑不均,在向水泥攪拌機(jī)倒入制得的泡沫這一過程中需要借助量器，泡沫破滅難免會發(fā)生，存在浪費(fèi)現(xiàn)象。

壓縮空氣制泡法,其主要是使用了特殊制成的發(fā)泡筒這一關(guān)鍵器材。在特殊制成的器材中將壓縮空氣摻雜于發(fā)泡劑溶液，所形成的泡沫通過壓縮空氣呼出發(fā)泡筒,最后將制得的泡沫轉(zhuǎn)至水泥攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌后制成泡沫混凝土。發(fā)泡筒內(nèi)部可供采用的材料有磁片、玻璃球、銅等。

結(jié)合國外采用的壓縮空氣法制泡與國內(nèi)采用的高速攪拌葉片制泡法兩者不同的特點(diǎn)，經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)壓縮空氣法制泡使用的設(shè)備盡管稍顯復(fù)雜，但是壓縮空氣法制泡優(yōu)點(diǎn)卻是高速攪拌葉片制泡法不可企及的，它有效地防止了泡沫浪費(fèi)現(xiàn)象。一方面，采用壓縮空氣法制成的泡沫通過發(fā)泡筒后，不存在泡徑不均現(xiàn)象；另一方面，制成的泡沫是直接吹入水泥漿中，減少了中間流轉(zhuǎn)過程；再者，料漿的攪拌和發(fā)泡是同步進(jìn)行，定量制泡能避免泡沫過剩的問題。

1.2.2  制備工藝

預(yù)先制泡法和混合制泡法是泡沫混凝土的兩種制備工藝。

預(yù)先制泡法的具體步驟是：首先利用發(fā)泡劑和水按一定比例混合制得泡沫，再在水泥攪拌機(jī)中將相應(yīng)的原材料攪拌均勻形成料漿，然后將制得的泡沫與料將一起攪拌均勻后倒入模板內(nèi)，最后經(jīng)過低幅振動抹平后養(yǎng)護(hù)脫模即可。該方法所用到的制備流程包括發(fā)泡、攪拌、混泡及成型四個流程。發(fā)泡, 即發(fā)泡劑與水在發(fā)泡機(jī)的快速攪動將其混合產(chǎn)生泡徑均質(zhì)而微小泡沫的過程或者是在壓縮空氣的作用下將泡沫吹出發(fā)泡筒的過程。攪拌, 即在水泥攪拌機(jī)中將原材料和水拌制均勻的過程。混泡, 即將所制得泡沫和拌制均勻的漿體在水泥攪拌機(jī)再拌制的過程。成型, 即將漿體運(yùn)送到工地使用或者放置模具中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的過程。

混合制泡法的具體步驟是：直接將基料與表面活性劑混合，表面活性劑在料漿混合過程中發(fā)揮其作用，隨之出現(xiàn)了泡沫，大量空腔結(jié)構(gòu)的混凝土也逐漸形成。其中，泡沫表面張力可經(jīng)受住料漿對其產(chǎn)生的壓力，在料漿初凝產(chǎn)生孔隙后，形成的骨架穩(wěn)定而扎實(shí)[26]。