摘要：泡沫混凝土是將水泥、適當(dāng)?shù)牡V物摻合料、合適外加劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡物質(zhì)按一定的配合比，經(jīng)一定的制備工藝制備而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，具有保溫、隔聲、減震等優(yōu)點(diǎn)，它作為一種節(jié)能環(huán)保材料受到越來越多的關(guān)注。本文主要對(duì)泡沫混凝土各組成材料的研究現(xiàn)狀和泡沫混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了概況總結(jié)，并對(duì)現(xiàn)階段泡沫混凝土存在的問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土；研究現(xiàn)狀；應(yīng)用現(xiàn)狀；探討

        建筑材料具有用量大、種類多、使用時(shí)間長的特點(diǎn)，其中混凝土使用占建筑材料的最大比例，未來建筑材料的發(fā)展方向是高性能、多功能、可持續(xù)。泡沫混凝土作為一種輕質(zhì)多孔材料相比于普通混凝土，具有保溫、利廢、減震、吸波等優(yōu)良性能，隨著全球能源的日趨緊張及我國建筑節(jié)能政策的出臺(tái)以和墻體材料改革的推行，泡沫混凝土被廣泛應(yīng)用于保溫隔熱材料、墻體材料、地基的處理、采礦區(qū)的充填等方面，日益受到人們的關(guān)注。本文主要對(duì)泡沫混凝土各組成材料的研究現(xiàn)狀和泡沫混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了概況總結(jié)，并對(duì)現(xiàn)階段泡沫混凝土存在的問題進(jìn)行了探討。

1 泡沫混凝土各組分的研究現(xiàn)狀

        泡沫混凝土是將水泥、適當(dāng)?shù)牡V物摻合料、合適外加劑、發(fā)泡劑和穩(wěn)泡物質(zhì)按一定的配合比，經(jīng)一定的制備工藝制備而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，國內(nèi)外對(duì)其各組分的研究主要從一下幾個(gè)方面展開。

1.1 水泥品種

       制備泡沫混凝土所用的水泥品種主要有：普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氯氧鎂水泥、磷酸鹽水泥、地聚物水泥。現(xiàn)階段常用于生產(chǎn)制備泡沫混凝土的水泥主要是普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥相較于普通硅酸鹽水泥具有早強(qiáng)、快硬的特點(diǎn)，常用于制備超低密度泡沫混凝土[1、2、3]。近年來也有專家學(xué)者以普通硅酸鹽水泥為膠凝材料制備出了超低密度的泡沫混凝土。ZhaomingHuang，TongshengZhang等[4]使用普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、過氧化氫和化學(xué)混合物制備出了容重為100～300kg/m3、孔隙大小為2.0～4.0mm、導(dǎo)熱系數(shù)較低，抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度理想的超輕泡沫混凝土。PanZhihua，Li Hengzhi等[5]在實(shí)驗(yàn)室制備出了容重在150～300kg/m3，抗壓強(qiáng)度在0.33～1.1MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.05～0.07 W/（m · K）的超輕質(zhì)泡沫混凝土。蘇雪筠等[6]以氯氧鎂水泥為膠凝材料，采用化學(xué)發(fā)泡的方式，制備出了密度為0 .52 g/ cm3，抗壓強(qiáng)度為15.13 MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.3 W/（m· K）的多孔輕質(zhì)材料。CongMa, Bing Chen[7]等以磷酸鹽水泥為膠凝材料制備出了容重為550kg/m3的泡沫混凝土。Zuhua Zhang，John L. Provis等[8]以地聚水泥復(fù)摻部分爐渣制備了容重為585～1370kg/m3的泡沫混凝土，測(cè)得28d強(qiáng)度為3～48MPa，導(dǎo)熱系數(shù)為0.15～0.48 W/（m · K）。

1.2礦物摻合料

       現(xiàn)在常用的礦物摻合料主要是硅灰、粉煤灰、高爐礦渣、鐵尾礦粉等，這類礦物摻合料具有一定的火山灰活性可以參與水泥的水化反應(yīng)，同時(shí)本身細(xì)度較大又可以起到微集料效應(yīng)。在生產(chǎn)制備泡沫混凝土中，加入適當(dāng)?shù)牡V物摻合料不僅能降低成本，而且還可以提高泡沫混凝土漿體的穩(wěn)泡能力，優(yōu)化泡沫混凝土內(nèi)部孔的結(jié)構(gòu)，降低導(dǎo)熱系數(shù)，提高泡沫混凝土的后期強(qiáng)度。YafeiSun，PeiweiGao[9]以30%的粉煤灰取代水泥制備容重為600kg/m3的泡沫混凝土，發(fā)現(xiàn)28d強(qiáng)度相比于純水泥制備的泡沫混凝土得到了較大提高，通過分析發(fā)現(xiàn)原因是粉煤灰與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，二者反應(yīng)的產(chǎn)物填充了泡沫混凝土內(nèi)部的微孔結(jié)構(gòu)。E.Pkearsley，P.JWainwright[10]以粉煤灰大摻量的取代水泥制備泡沫混凝土發(fā)現(xiàn)用大量的粉煤灰代替大量的水泥，發(fā)現(xiàn)粉煤灰大摻量的取代水泥不僅不會(huì)顯著影響泡沫混凝土長期的強(qiáng)度，而且還可以降低生產(chǎn)成本。付士峰等[11]在探究不同摻量的粉煤灰對(duì)泡沫混凝土性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)在相同容重下，在粉煤灰摻量為0%～30%時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，泡沫混凝土的28d抗壓強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，吸水率整體趨于降低，平均孔徑減小，孔的圓度提高，內(nèi)部孔徑得到優(yōu)化，當(dāng)摻量為30％時(shí)，粉煤灰可明顯降低混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)。

1.3發(fā)泡劑

發(fā)泡劑又稱起泡劑，是制備泡沫混凝土的重要組成部分，是決定泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)鍵因素，現(xiàn)在常用的發(fā)泡劑主要分為有機(jī)發(fā)泡劑和無機(jī)發(fā)泡劑。

        有機(jī)發(fā)泡劑主要包括表面活性劑發(fā)泡劑、蛋白類發(fā)泡劑和蛋白質(zhì)-表面活性劑復(fù)合發(fā)泡劑。雷團(tuán)結(jié)、李浩然等[12]以AOS作為起泡組分，加入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)泡組分，制備了新型發(fā)泡劑，用這種發(fā)泡劑制備泡沫混凝土，發(fā)現(xiàn)泡沫在水泥漿體中表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，泡沫分布較為均勻，孔徑大于 l mm的有害孔較少，所制備的低密度泡沫混凝土表現(xiàn)出了較好的力學(xué)性能和熱工性能。石行波、霍冀川等[13]以動(dòng)物蛋白為發(fā)泡劑制得了容重為581～772kg/m3、抗壓強(qiáng)度為3.0～6.0MPa、吸水率為19％～28％的泡沫混凝土砌塊。姜松、王路明等[14]以蛋白質(zhì)發(fā)泡劑母液復(fù)摻適量的α烯基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅樹脂聚醚乳液、十二醇、羥乙基纖維素制得一種新型復(fù)合蛋白質(zhì)發(fā)泡劑，并將其應(yīng)用于泡沫混凝土的制備，結(jié)果發(fā)現(xiàn)泡沫與水泥漿體具有非常良好的相容性，泡沫混凝土穩(wěn)定性優(yōu)良，氣孔形態(tài)、大小和分布理想，最低干密度可以達(dá)290～320kg/m3，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.58～0.72MPa。

        無機(jī)發(fā)泡劑主要是一些能與水泥組分發(fā)生反應(yīng)或者自身分解產(chǎn)生氣體的發(fā)泡劑，主要是鋁粉、鋅粉、雙氧水和碳酸氫鈉等[7、15、16、17]。采用同種水泥制備相同容重的泡沫混凝土，所用的發(fā)泡劑種類不同，泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)也不相同，相同容重的泡沫混凝土，內(nèi)部固定的氣體的導(dǎo)熱系數(shù)越小，泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)也越小。在0℃時(shí)，常見氣體的導(dǎo)熱系數(shù)如下表1所示[18]。

       以磷酸鹽水泥為膠凝材料制備泡沫混凝土為例對(duì)比分析不同種類氣體對(duì)泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的影響。Xiaojie Fu , Zhenyu Lai[19]以鋅粉為發(fā)泡劑，此時(shí)的發(fā)泡氣體為氫氣，在容重為775 kg/ m3時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)在0.21 W/（m · K）左右；CongMa, Bing Chen [7]以碳酸氫鈉為發(fā)泡劑，在容重為653 kg/ m3時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.078 W/（m · K），容重為800 kg/ m3時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)為0.1 W/（m· K）；Li Yue，Chen Bing[20]以蛋白質(zhì)為發(fā)泡劑在泡沫混凝土中引入了空氣，當(dāng)容重為380 kg/ m3時(shí)，泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為0.070 W/（m · K）。可以看出，當(dāng)磷酸鹽水泥泡沫混凝土的容重相近時(shí)，以碳酸氫鈉為發(fā)泡劑的泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)是以鋅粉為發(fā)泡劑的泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)的1/3～1/2；當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)相近時(shí)，以碳酸氫鈉為發(fā)泡劑的泡沫混凝土的容重是以蛋白質(zhì)為發(fā)泡劑的泡沫混凝土容重的兩倍。產(chǎn)生上面這種現(xiàn)象的原因是相同溫度下，二氧化碳的導(dǎo)熱系數(shù)小于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)小于氫氣的導(dǎo)熱系數(shù)。

1.4穩(wěn)泡物質(zhì)

        泡沫破壞的過程，主要是液膜由厚變薄，直至破裂的過程，因此泡沫的穩(wěn)定性主要決定于排液快慢和液膜的強(qiáng)度，影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素主要是液體的表面張力、氣泡膜的表面粘度和溶液粘度、氣泡膜的復(fù)原作用和表面彈性、氣體通過氣泡膜的氣體透過性和氣泡膜的表面電荷斥力，為了增加泡沫的穩(wěn)定性通常在水泥漿體中加入穩(wěn)泡劑和增稠劑[21]。劉川，王智等[22]以硬脂酸鈣作為化學(xué)發(fā)泡泡沫混凝土的發(fā)泡劑并探究了硬脂酸鈣的穩(wěn)泡能力，發(fā)現(xiàn)在一定的摻量范圍內(nèi)隨著摻量的增加其穩(wěn)泡能力隨之增加并且溫度和pH對(duì)它的穩(wěn)泡能力影響較小。雷團(tuán)結(jié)等[23]在探究穩(wěn)泡劑對(duì)泡沫混凝土發(fā)泡劑性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)CMC摻入能夠增大溶液的粘度，減慢泡沫排液速度，增大液膜粘彈性，減小泡沫的透氣性，抑制泡沫變薄，提高泡沫定性。

1.5外加劑

        在制備泡沫混凝土的過程中，常常會(huì)出現(xiàn)塌模、收縮、吸水率大、澆筑困難等問題，為了解決這些問題通常加入一些具有早強(qiáng)和穩(wěn)泡功能的外加劑，常用的外加劑主要包括：減水劑、早強(qiáng)劑、速凝劑等。管文[24]采用減水劑對(duì)泡沫混凝土進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)萘系減水劑能夠使泡沫混凝土料漿更加均勻，增加漿料的內(nèi)聚性和黏性，提高泡沫的穩(wěn)定性，改善泡沫在混凝土中的分散均勻性，提高泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，降低泡沫混凝土的吸水率和體積吸水率和干燥收縮率；趙懷霞等[25]在探究外加劑對(duì)泡沫混凝土性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)加入適量的減水劑可以加速泡沫混凝土的稠化過程，減少不穩(wěn)定氣泡合并形成開口孔隙的幾率，增加泡沫混凝土的強(qiáng)度，降低吸水率；謝慧東，郭中光超等[26]發(fā)現(xiàn)加入合適的適當(dāng)?shù)脑鐝?qiáng)劑可以提高泡沫混凝土漿體的穩(wěn)定性、發(fā)泡倍率和抗壓強(qiáng)度，降低泡沫混凝土的吸水率；牛云輝等[27]在泡沫混凝土中加入速凝劑能夠使泡沫混凝土達(dá)到更好的早期強(qiáng)度同時(shí)可以有效的減少過多水分的流失。

2 現(xiàn)階段泡沫混凝土的應(yīng)用

       隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源資源、氣候變化等全球問題越來越凸顯，人們對(duì)節(jié)能環(huán)保型材料的使用呼吁越來越高，泡沫混凝土作為一種新型節(jié)能環(huán)保型材料受到越來越多的關(guān)注，現(xiàn)階段泡沫混凝土主要被廣泛應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

（1）保溫材料；主要用于外墻保溫材料和保溫填充材料。外墻保溫材料主要是泡沫混凝土砌塊，泡沫混凝土砌塊具有良好的保溫隔熱性能，同時(shí)兼具輕質(zhì)、隔聲效果，常被用于建筑物的外墻保溫層。J.Sathya Narayanan，K.Ramamurthy[28]用泡沫混凝土生產(chǎn)制備泡沫混凝土砌塊，并探究了幾種早強(qiáng)劑對(duì)泡沫混凝土砌塊產(chǎn)量的影響。保溫填充材料主要是將泡沫混凝土用于空心墻體的填充。XingShi，Wei She等[29]以泡沫混凝土填充空心墻體，通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)空心墻體的整體熱阻值提高了24%。

（2）現(xiàn)澆墻體材料；牛云輝、盧忠遠(yuǎn)等[30]在泡沫混凝土整體現(xiàn)澆樣板房中試工程中采用整體現(xiàn)澆的方式澆筑了高4m、墻體厚度0.12m的泡沫混凝士樣板房，大膽采用較高密度的泡沫混凝土，進(jìn)行集承重和保溫墻材一體的現(xiàn)澆工程，工程完工至今，樣板房未見任何質(zhì)量問題。

（3）屋面材料；焦作市中華新天地翰苑小區(qū)采用泡沫混凝土作為屋面保溫材料，結(jié)果表明保溫層整體性好，與基層和面層結(jié)合牢固緊密，使用壽命長，保溫隔熱性能好[31]。

（4）路基處理；江蘇鹽城至紹興高速公路軟路基采用0.6MPa的泡沫混凝土進(jìn)行處理后，路堤沉降速率施工期均在0.01～0.41mm/d之間，施工期至預(yù)壓期累計(jì)沉降量約為50～300mm之間，卸載后，工后沉降幾乎很小[32]。

（5）用作采礦區(qū)的充填體；張淑坤、李偉等[33]以粉煤灰泡沫混凝土作為采空區(qū)的充填體，研究結(jié)果表明粉煤灰泡沫混凝土在滿足充填體強(qiáng)度要求條件下，具有較好的變形能力和延性，適合采空區(qū)充填，該充填體利用率較高降低了經(jīng)濟(jì)成本。

3 存在的問題及探討

       近年來泡沫混凝土的研究取得一些進(jìn)展，其應(yīng)用也得到了推廣，隨著全球節(jié)能減排政策的提出，將會(huì)有越來越多的國家和學(xué)者關(guān)注泡沫混凝土這種節(jié)能保溫材料?？偨Y(jié)前人的探索和研究成果，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段對(duì)泡沫混凝土的研究還存在一些問題，針對(duì)這些問題我們進(jìn)行了探討：

（1）泡沫混凝土的強(qiáng)度不高

       現(xiàn)階段研發(fā)的泡沫混凝土的容重幾乎都在300～1000kg/m3，而抗壓強(qiáng)度只有0.6～8MPa，與傳統(tǒng)的混凝土相比，其抗壓強(qiáng)度太低，限制泡沫混凝土的使用范圍，因此研發(fā)高強(qiáng)泡沫混凝土意義重大。相同容重下，泡沫混凝土的強(qiáng)度主要取決于水泥基材的強(qiáng)度和孔的結(jié)構(gòu)，水泥基材的強(qiáng)度越高，泡沫混凝土孔尺寸越小，孔分布越均勻，泡沫混凝土的強(qiáng)度越高。分別以氯氧鎂水泥和普通硅酸鹽水泥為基材制備容重在500kg/m3左右的泡沫混凝土，通過對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)氯氧鎂水泥泡沫混凝土強(qiáng)度要明顯的高于普通硅酸鹽水泥泡沫混凝土的強(qiáng)度[6、34]。

（2）泡沫混凝土的整體性差、收縮

        泡沫混凝土存在整體性較差和收縮的現(xiàn)象，為了解決這個(gè)問題現(xiàn)在常用的手段是往泡沫混凝土中摻入短切纖維，然而對(duì)解決收縮的效果還是不明顯，若是在泡沫混凝土使用前使其收縮完成，就能很好的避免收縮對(duì)施工帶來的不利影響，可以考慮的解決方式是在制備泡沫混凝土的過程中加入早強(qiáng)組分，使水泥材料在早期就水化完成，實(shí)現(xiàn)泡沫混凝土后期不收縮或收縮很小。