[摘要] 泡沫混凝土是一種利廢、環(huán)保、節(jié)能、低廉的新型保溫隔熱材料, 其特殊的多孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的保溫性能和廣闊的應(yīng)用前景, 引起了越來(lái)越多的重視。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外泡沫混凝土的制備方法及應(yīng)用領(lǐng)域予以綜述, 并對(duì)泡沫混凝土應(yīng)用前景進(jìn)行展望, 以期推動(dòng)泡沫混凝土的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞] 泡沫混凝土; 保溫隔熱材料; 制備方法; 應(yīng)用
目前我國(guó)正處于墻體改革時(shí)期, 墻體革新與建筑節(jié)能要求使用的材料具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、節(jié)能、利廢、保溫、隔熱等性能。泡沫混凝土制品符合上述要求。
1 泡沫混凝土的定義及分類
1.1 泡沫混凝土的定義
泡沫混凝土是利用機(jī)械方式將發(fā)泡劑( 水溶液)制作成泡沫, 再將泡沫混入到硅質(zhì)材料( 砂、粉煤灰) 、鈣質(zhì)材料( 水泥、石灰) 等以及各種外加劑和水組成的混合料中, 攪拌均勻澆筑成各種所需的規(guī)格, 經(jīng)養(yǎng)護(hù)而成的含有大量封閉氣孔的輕質(zhì)混凝土[2]。
1.2 泡沫混凝土的分類
泡沫混凝土的分類方式很多, 按組成膠結(jié)材料可分為水泥泡沫混凝土、菱鎂泡沫混凝土、石膏泡沫混凝土、火山灰質(zhì)膠結(jié)材料泡沫混凝土; 按所用主要填充料的種類可分為粉煤灰泡沫混凝土、礦渣泡沫混凝土、秸稈泡沫混凝土等; 按密度一般可分為六個(gè)等級(jí), 即300kg/m3、400kg/m3、500kg/m3、600kg/m3、700kg/m3、800kg/m3; 按使用功能可分為保溫型、保溫結(jié)構(gòu)型、結(jié)構(gòu)型; 按應(yīng)用領(lǐng)域可分為房建泡沫混凝土、園林泡沫混凝土、工程泡沫混凝土、工業(yè)泡沫混凝土; 按養(yǎng)護(hù)方式可分為自然養(yǎng)護(hù)泡沫混凝土、蒸汽養(yǎng)護(hù)泡沫混凝土、蒸壓養(yǎng)護(hù)泡沫混凝土[3]。
2 泡沫混凝土的特點(diǎn)
2.1 輕質(zhì)
泡沫混凝土的密度小, 其干密度一般為200kg/m3～700kg/m3, 相當(dāng)于黏土磚的1/3～1/10、普通水泥混凝土的1/5～1/10, 也低于一般輕集料混凝土[3]。在建筑物的內(nèi)外墻體、層面、樓面、立柱等建筑結(jié)構(gòu)中采用該種材料, 可以減輕建筑物的自重, 從而減少建筑物對(duì)地基的壓力, 實(shí)現(xiàn)建筑物的高層化; 還可以減少建筑物梁、柱的結(jié)構(gòu)尺寸, 節(jié)約材料和成本, 具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
2.2 保溫隔熱性能好
泡沫混凝土中含有大量封閉小孔, 所以具有良好的保溫隔熱性能。通常密度等級(jí)在400kg/m3～700kg/m3范圍的泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)為0.09W/(m·K)~0.17W/(m·K)。因此, 采用泡沫混凝土代替普通混凝土作為建筑物墻體及屋面材料, 具有良好的節(jié)能效果。
2.3 隔音耐火性能好
泡沫混凝土屬多孔材料, 因此是一種良好的隔音材料, 在建筑物的樓層和高速公路的隔音板、地下建筑物的頂層等均可采用該材料作為隔音層。同時(shí)泡沫混凝土還是無(wú)機(jī)材料, 具有良好的耐火性, 在建筑物中使用, 可提高防火性能[4]。
2.4 其他性能
泡沫混凝土還具有可泵性好、防水能力強(qiáng)、抗震性強(qiáng)、調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度、可大量利用工業(yè)廢渣等優(yōu)點(diǎn)。
3 泡沫混凝土的制備工藝
3.1 工藝流程
泡沫混凝土的制備工藝包括發(fā)泡工藝流程見(jiàn)圖1。
發(fā)泡工藝, 即將發(fā)泡劑與水混合, 在發(fā)泡機(jī)的高速攪拌下形成均勻細(xì)小泡沫的過(guò)程。攪拌工藝, 即將膠凝材料、輕集料和水在攪拌機(jī)中混合的過(guò)程?；炫莨に? 即將發(fā)好的泡沫和攪拌好的漿體混合再攪拌的過(guò)程。成型工藝, 即將混合攪拌后的漿體輸送到工地或放入模具中養(yǎng)護(hù)的過(guò)程。其中最關(guān)鍵的是發(fā)泡工藝中發(fā)泡劑和發(fā)泡機(jī)的選擇, 以及攪拌和混泡工藝中攪拌機(jī)的選擇。
3.2 發(fā)泡劑的品種及性能
早在20世紀(jì)50年代初, 我國(guó)就開(kāi)發(fā)出松香皂和松香熱聚物兩種發(fā)泡劑。目前常用的發(fā)泡劑主要是各種表面活性劑?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)發(fā)泡劑主要是松香膠發(fā)泡劑、廢動(dòng)物毛發(fā)發(fā)泡劑、樹(shù)脂皂類發(fā)泡劑、木質(zhì)素磺酸鹽、水解血膠發(fā)泡劑、石油磺酸鋁發(fā)泡劑、蛋白質(zhì)水解物及高分子表面活性劑等。總體來(lái)看, 國(guó)內(nèi)發(fā)泡劑功能偏少、穩(wěn)定性差、制品強(qiáng)度較低。國(guó)外的發(fā)泡劑多以蛋白質(zhì)類為主, 發(fā)泡數(shù)量多、穩(wěn)定性好、產(chǎn)品強(qiáng)度高。近年來(lái)國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出一批性能較好的固體樹(shù)脂泡沫劑和蛋白質(zhì)泡沫劑, 如CON- A型泡沫劑、CCW- 95型固體泡沫劑、U型發(fā)泡劑、HJ- 3型磺酸鹽系列微泡劑等。
發(fā)泡劑形成的泡沫質(zhì)量應(yīng)以堅(jiān)韌性、發(fā)泡量、泌水性等指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)。泡沫的堅(jiān)韌性是指泡沫在空氣中在一定的時(shí)間內(nèi)不過(guò)早地被破壞; 發(fā)泡量是泡沫體積大于發(fā)泡劑溶液體積的倍數(shù); 泌水量是指泡沫被破壞后所產(chǎn)生發(fā)泡劑水溶液的體積[5]。表1[6]為常用發(fā)泡劑的性能指標(biāo)。
3.3 發(fā)泡機(jī)的品種及技術(shù)特點(diǎn)
發(fā)泡機(jī)是指能將一定濃度的發(fā)泡劑水溶液制成泡沫的設(shè)備。它是將空氣引入發(fā)泡劑水溶液中均勻分散, 實(shí)現(xiàn)液氣盡可能大的接觸界面, 以使發(fā)泡劑中的表面活性物在液膜表面形成雙電層并包圍空氣, 形成一個(gè)一個(gè)小氣泡[3]。發(fā)泡機(jī)最早出現(xiàn)于國(guó)外, 其原始機(jī)型是采用葉輪高速旋轉(zhuǎn)制泡。后來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展, 新的機(jī)型不斷出現(xiàn)。我國(guó)在20世紀(jì)50年代開(kāi)始使用發(fā)泡機(jī), 但不是專用的發(fā)泡機(jī)型, 而是采用砂漿攪拌機(jī), 即將發(fā)泡劑直接加入砂漿攪拌機(jī)或混凝土攪拌機(jī), 讓發(fā)泡劑和砂漿或混凝土一起攪拌形成泡沫。經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)升級(jí)和換代, 目前已發(fā)展為以高壓充氣為主體的第三代機(jī)型, 基本可滿足泡沫混凝土的要求。表2[3]為不同機(jī)型發(fā)泡機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及適應(yīng)范圍。
3.4 攪拌工藝和混泡工藝及攪拌機(jī)的性能
攪拌工藝為制備膠凝材料漿體, 混泡工藝為膠凝材料與泡沫的混合。兩個(gè)工藝均在攪拌機(jī)內(nèi)完成, 因此, 攪拌機(jī)是這一工藝的核心設(shè)備。但是目前專用泡沫混凝土攪拌機(jī)很少, 多采用傳統(tǒng)攪拌機(jī)。
目前所用的SB系列和SA系列等專用泡沫混凝土攪拌機(jī)都具有下面的性能:
(1) 具有調(diào)速功能, 可根據(jù)不同配方、不同物料、不同泡沫加入量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
(2) 機(jī)筒內(nèi)無(wú)攪拌死角或死角積存的不均勻物料少。
(3) 對(duì)泡沫有強(qiáng)制下壓功能, 強(qiáng)迫泡沫進(jìn)入下部漿體內(nèi), 同時(shí)對(duì)下部稠漿有良好的上翻功能, 強(qiáng)迫漿體與上部泡沫快速混合。
(4) 不傷泡沫, 對(duì)泡沫有保護(hù)和穩(wěn)定的功能, 攪拌后泡沫的損失率低, 絕大多數(shù)泡沫在攪拌過(guò)程中不會(huì)破裂。
(5) 泡沫混合率高, 可在1min或幾十秒內(nèi)將泡沫混勻。
(6) 制漿質(zhì)量高, 漿體在澆注后不分層、不下沉、不塌模, 穩(wěn)定性良好[3]。
4 泡沫混凝土的主要用途
泡沫混凝土在我國(guó)起步較晚, 所以現(xiàn)在大多還應(yīng)用在建筑物方面, 而在國(guó)外其應(yīng)用相當(dāng)廣泛, 主要應(yīng)用在下面幾個(gè)方面:
(1) 用作擋土墻。主要用作港口的岸墻。泡沫混凝土作為輕質(zhì)回填材料用于岸墻, 可降低垂直載荷, 也可減少對(duì)岸墻的側(cè)向載荷。因?yàn)榕菽炷潦且环N粘結(jié)性良好的剛性體, 不沿周邊對(duì)岸墻施加側(cè)向壓力, 避免或減小沉降, 維修費(fèi)用隨之減少。泡沫混凝土也可用來(lái)增加路堤邊坡的穩(wěn)定性, 用它取代坡的部分土壤, 由于減輕了重量, 從而降低了影響邊坡穩(wěn)定性的作用力。
(2) 修建運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和田徑跑道。使用排水能力強(qiáng)的可滲性泡沫混凝土作為輕質(zhì)基礎(chǔ), 上面覆以礫石或人造草皮, 可作為運(yùn)動(dòng)場(chǎng)。此類運(yùn)動(dòng)場(chǎng)可進(jìn)行曲棍球、足球及網(wǎng)球活動(dòng)。或者在泡沫混凝土上鋪一層0.05m厚的多孔瀝青及塑料, 則可作為田徑跑道。
(3) 用作夾芯構(gòu)件。在預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)可采用泡沫混凝土作為內(nèi)芯, 使其具有輕質(zhì)高強(qiáng)隔熱的良好性能。
(4) 用作復(fù)合墻板。用泡沫混凝土制作成各種輕質(zhì)板材, 在框架結(jié)構(gòu)中用作隔熱填充或與薄鋼板制成復(fù)合墻板。
(5) 管線回填。地下廢棄的油柜、管線(內(nèi)裝粗油、化學(xué)品)、污水管及其他容易導(dǎo)致火災(zāi)或塌方的空穴, 采用泡沫混凝土回填可解決這些后患, 費(fèi)用也少。泡沫混凝土采用的密度大小取決于管子的直徑及地下水位。
(7) 貧混凝土填層。由于使用可彎曲的軟管, 泡沫混凝土具有很大的工作度及較強(qiáng)的適應(yīng)性, 因此可用于貧混凝土填層。如對(duì)隔熱性能要求不太高, 則一般平均厚度為0.05m; 如對(duì)隔熱性要求很高, 則平均厚度為0.1m～0.2m。
(8) 屋面邊坡。泡沫混凝土用于屋面邊坡, 具有重量輕、施工速度快、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。坡度一般為10mm/m, 厚度為0.03m～0.2m。
(9) 儲(chǔ)罐底腳的支撐。將泡沫混凝土澆注在鋼儲(chǔ)罐(內(nèi)裝粗油、化學(xué)品)底腳的底部, 必要時(shí)也可形成一凸形地基, 這樣可確保整個(gè)箱底的支撐在焊接時(shí)處于最佳狀態(tài)。這一連續(xù)的支撐可使儲(chǔ)罐采用薄板箱底,同時(shí)凸形地基也易于清潔。
除此之外, 泡沫混凝土也可用于防火墻的絕緣填充、樓面隔聲填充、隧道襯管回填, 以及供電、水管線的隔離等方面[7]。
5 今后的研究方向
(1) 進(jìn)一步降低成本, 研究簡(jiǎn)單可靠、穩(wěn)定的泡沫混凝土材料生產(chǎn)工藝。
(2) 進(jìn)一步研究泡沫混凝土的各種性能及影響其性能的因素, 解決氣泡均勻問(wèn)題。
(3) 研制高效發(fā)泡劑, 研究原料與復(fù)合外加劑的選用配比以及其對(duì)混凝土性能的影響, 優(yōu)化工藝流程及設(shè)備等。
(4) 進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。
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