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，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比分析不同種類氣體對泡沫混凝土導(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)階段對泡沫混凝土的研究還存在一些問題，針對這些問題我們進(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。