泡沫混凝土的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述

夏英志

摘? 要：泡沫混凝土屬于多孔混凝土的一種，由于其輕質(zhì)、保溫隔熱、耐火性以及耗能減震等優(yōu)點越來越廣泛的應(yīng)用于工程領(lǐng)域各個方面。文章主要從各個應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，綜述泡沫混凝土的應(yīng)用范圍以及優(yōu)勢，提出一定的研究方向及建議。

關(guān)鍵詞：泡沫混凝土;應(yīng)用領(lǐng)域;綜述

中圖分類號：TU528.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）18-0178-03

Abstract： Foam concrete is a kind of porous concrete， which is more and more widely used in all aspects of engineering because of its light weight， thermal insulation， fire resistance， energy dissipation and so on. Starting from various application fields， this paper summarizes the application scope and advantages of foam concrete， and puts forward some research directions and suggestions.

Keywords： foam concrete; application field; summary

引言

泡沫混凝土的組成主要包括水、水泥、粉煤灰等，通過各種摻合料原料加工而成，加工時，通過物理或化學(xué)法，對材料進(jìn)行處理，主要是把氣泡引入膠凝漿體里，通過一定時間的凝結(jié)硬化，再最后制作完成，呈現(xiàn)大量孔隙輕質(zhì)混凝土材料，這種材料廣泛應(yīng)用到各類建筑中，起到了良好的環(huán)保效果。泡沫混凝土的優(yōu)點是輕質(zhì)、保溫、隔熱、隔音、耐火、高流態(tài)、減震、環(huán)保、整體性好、施工簡便等。此外，泡沫混凝土可以利用大量的工業(yè)廢渣[1]，符合可持續(xù)發(fā)展的需要，此類混凝土成本較低，起到降低工程造價等作用。

自1950年蘇聯(lián)專家向我國推廣泡沫混凝土技術(shù)，經(jīng)過60多年的研究與應(yīng)用，隨著泡沫混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)水平已經(jīng)非常成熟。在不同的建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如擋土墻、用作復(fù)合墻板、管線回填、混凝土填層、屋面邊坡等，具體主要從以下五個方面介紹，包括：路橋應(yīng)用、屋面應(yīng)用、地鐵隧道應(yīng)用、管線應(yīng)用及其他方面應(yīng)用。

1 路橋應(yīng)用

泡沫混凝土因輕質(zhì)高強(qiáng)、不可壓縮以及高流動性等特點應(yīng)用于道路橋梁換填，為路橋設(shè)計中的一些難題提供了相應(yīng)的解決方案。在施工設(shè)計中主要以實際工程為準(zhǔn)，以工程需要的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整體設(shè)計，使混凝土強(qiáng)度和密度符合實際工程需求，全面提高了混凝土施工效率，保證了工期。

在路橋方面的應(yīng)用主要包括：（1）道路橋臺背路基換

填。泡沫混凝土用于填筑橋臺與路基連接處，可以使得橋臺與路基結(jié)合部附近沉降曲線的梯度變化更加緩慢。大幅度降低填土荷載，減小地基附加應(yīng)力，提高路基的穩(wěn)定性;使得路基與橋臺間的過渡段材料性能不至于突變;混凝土可以直立填筑，減少了側(cè)向壓力。（2）用于道路加寬。混凝土可以直立填筑，減少了土地的占用，一方面縮短了工期，另一方面減少了工程造價。（3）用于橋梁減跨。主要能夠全面解決好土壓力及臺前錐坡等問題，使橋臺設(shè)計更加優(yōu)化，呈現(xiàn)了單排橋臺，減少橋跨及造價。

作為輕質(zhì)回填材料可以降低路基的整體自重，減少對結(jié)構(gòu)物的側(cè)向壓力。Kazuya Yasuharad[3]等主要對輕質(zhì)土工材料（LGM）進(jìn)行系統(tǒng)的研究論證，通過在各種道路上的應(yīng)用，提高了交通能力，保證了材料的科學(xué)性、穩(wěn)定性，特別是在路基的基礎(chǔ)建設(shè)中，有效提高了道路的承載能力，減少了交通荷載壓力，行駛過程中，能夠避免出現(xiàn)震動反應(yīng)，保證了車輛的穩(wěn)定性。通過系統(tǒng)的研究，我們發(fā)現(xiàn)，LGM如果用于路基建設(shè)時，震動水平會不斷產(chǎn)生變化，以LGM彈模增加或者減少為基準(zhǔn)，相應(yīng)增加或者減少。

2003年，陳忠平、肖禮經(jīng)、蔡力等全面對泡沫混凝土進(jìn)行了基本研究，根據(jù)實際現(xiàn)場為例，進(jìn)一步拿出科學(xué)的實證，通過現(xiàn)場的測試與研究發(fā)現(xiàn)，材料性質(zhì)較為穩(wěn)定，泡沫混凝土在公路工程實踐中有著良好的效果。2004年，魏越強(qiáng)等又在此基礎(chǔ)上，提出無砂大空隙率混凝土臺后填筑物的想法，并通過試驗研究取得了良好的實踐效果[4]。

在錢江通道及接線工程紹興段，泡沫混凝土應(yīng)用于軟基地段路基工程，28d抗壓強(qiáng)度均超過0.6MPa，密度為600kg/m3左右。泡沫混凝土填筑處理后，從施工期至預(yù)壓期這一時間段計算，建設(shè)物的累計沉降量為50～300mm之間，如果卸載，工后的沉降就變得非常小[8]。呂錫嶺也以高速拓寬工程為載體進(jìn)行了一系列研究，全面對泡沫混凝土拓寬路基附加應(yīng)力規(guī)律和沉降等進(jìn)行了分析，全面得到了拓寬參數(shù)對新舊路基均勻沉降所產(chǎn)生的影響面。通過上述研究，我們看到，如果路面的拓寬寬度加寬，對陳舊的道路就會產(chǎn)生影響，同時，也會出現(xiàn)較大的不均勻沉降現(xiàn)象，最大差異沉降率非線性增大;如果是零征地拓寬，那么，工程對陳舊的道路就不會產(chǎn)生影響;結(jié)果表明，挖路的寬度越是增加，那么，泡沫混凝土“應(yīng)力置換”整體效果就會加強(qiáng)。高速公路高路堤路段滑塌采用泡沫混凝土處治能減輕填土自重，提高路堤的抗滑穩(wěn)定性，而且能縮短施工工期，并節(jié)省用地，充分提高土地利用效率和工程質(zhì)量[10]。

Paul J.Tikalsky等人研究的最后結(jié)果是，泡沫混凝土具備良好的抵抗凍融破壞能力，具有長久性，從整體看，性質(zhì)、環(huán)境、滲透度和吸水率均達(dá)到一定的水平，抗壓度1.0MPa，所以說，低密度泡沫混凝土砌塊的抗凍能力超強(qiáng)[5]。

2016年11月湖南省首個采用泡沫混凝土工程的公路終于完工。廣州亞運大道現(xiàn)澆泡沫混凝土施工、京珠高速公路現(xiàn)澆泡沫混凝土工程、鳥巢周邊道路現(xiàn)澆泡沫混凝土工程、天津津濱高速公路現(xiàn)澆泡沫混凝土工程等。

2 屋面、地面應(yīng)用

自20世紀(jì)90年代末，泡沫混凝土屋面保溫現(xiàn)澆技術(shù)從韓國引入我國，在東部沿海地區(qū)得到應(yīng)用并不斷發(fā)展。隨著近十多年建筑節(jié)能和材料保溫的趨勢，泡沫混凝土發(fā)展達(dá)到頂峰。在我國尤其是北方一些取暖地區(qū)，泡沫混凝土被廣泛的應(yīng)用于墻體以及地暖等方面。河北省地暖協(xié)會出臺我國第一部泡沫混凝土標(biāo)準(zhǔn)—《泡沫混凝土地暖保溫層地方規(guī)范》。2009年春，我國對新型材料進(jìn)行了全面的規(guī)范，泡沫混凝土已經(jīng)在《地面輻射供暖工程用發(fā)泡水泥絕熱層、水泥砂漿填充層技術(shù)規(guī)程》的條款中出現(xiàn)，已經(jīng)完全受到各界使用，也有了良好的合作效果。

泡沫混凝土綜合利用工業(yè)廢渣，在建筑墻體材料中得到應(yīng)用。侯東君等研究表明隨著泡沫的增加，陶粒泡沫混凝土強(qiáng)度逐漸降低，表觀密度降低，吸水率增加，當(dāng)泡沫摻量達(dá)到300%時，表觀密度僅為340kg/m3，強(qiáng)度達(dá)到1.12MPa，滿足墻體承重要求。

湖南工業(yè)學(xué)院張忠球、謝朝軍也對料膨脹珍珠巖超輕保溫混凝土砌塊進(jìn)行了一系列研究，通過與改性聚丙烯纖維進(jìn)行合制，形成新型材料，通過改善制品抗拉能力的測試，基本對材料性能有了全面的了解，根據(jù)他們研究的結(jié)果制作泡沫混凝土材料，能夠達(dá)到質(zhì)輕、抗凍、防火的性能，在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用更加廣泛，特別是在保溫層及填充墻上的使用，能夠達(dá)到顯著效果。

代見青等人用拜耳法赤泥制備泡沫混凝土砌塊，干密度在800～1200kg/m3時能達(dá)到JT/T 1062-2007標(biāo)準(zhǔn)中密度等級、強(qiáng)度等級、吸水率、導(dǎo)熱系數(shù)和線收縮率的要求;在干密度時抗凍性能達(dá)到夏熱冬冷地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)[6]。

3 地鐵隧道應(yīng)用

泡沫混凝土具有質(zhì)輕、耗能減震、保溫隔熱等優(yōu)良特性，用于高填方段、地鐵隧道以及地下連續(xù)通道等減小回填荷載，有效降低地基應(yīng)力，減小沉降的不均勻性，具有較高的社會效益和較大的發(fā)展前景。

泡沫混凝土首次在地鐵中的使用工程是廣州地鐵三號線與快速路的重疊區(qū)建設(shè)，該項目主要是使用了泡沫混凝土材料，在路面建筑上，全面減少了荷載，抽芯試驗的結(jié)果也非常樂觀，地鐵隧道減荷使用這類材料，完全可行。

而后，泡沫混凝土又應(yīng)用于北京奧運地鐵隧道結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆泡沫混凝土工程減荷回填、國家體育場周邊明挖隧道基坑邊隙回填、金川公司采礦區(qū)回填。

普通混凝土不能滿足高寒地區(qū)建筑保溫要求，市面上的有機(jī)保溫材料增加了施工工程量和造價，且有機(jī)材料易老化，容易造成一定程度上的環(huán)境問題。

譚賢君、趙武勝等人利用9因素4水平正交試驗得到影響泡沫混凝土隔震性能的主要因素及各組分的配合比，并制備一種高性能混凝土。經(jīng)過靜力和動力試驗結(jié)果表明新制備的混凝土在強(qiáng)度、延度以及防水性能上得到較大改善，經(jīng)過在具體工程中的使用顯示該混凝土可以有效降低隧道襯砌單元的應(yīng)力以及塑性破壞區(qū)的大小，此項研究成果對于高烈度區(qū)隧道的抗震設(shè)計有較好的意義[7]。

鐵峰山2號隧道工程中在膏鹽段為了抵抗膏鹽吸水膨脹后產(chǎn)生的膨脹壓力。要求在隧道初襯和二次襯砌間設(shè)置一層泡沫混凝土。

4 管線應(yīng)用

低密度氣泡混合輕質(zhì)土的保溫、隔熱性能特別突出，在地表淺層管槽內(nèi)，鋪設(shè)管道完成后，使用氣泡混合輕質(zhì)土進(jìn)行回填。早在1979年，北京動物園暖氣外線工程中，對1000m直埋敷設(shè)暖氣管道保溫采用了輕質(zhì)氣泡混凝土材料，取得良好的效果。該材料的應(yīng)用一方面解決了路面工后的沉降問題;另一方面對暖氣管道進(jìn)行了保溫處理。

煤炭工程中使用泡沫混凝土工程，能夠在技術(shù)上達(dá)到最大效果，開灤煤礦特大頂板冒落崆峒澆筑回填中就應(yīng)用了這項技術(shù)，和傳統(tǒng)的材料比較，泡沫混凝土回填灌漿操作更加簡化，施工快速，回填快充實、管道上浮小、成本投入少，在實踐中有著良好的效果。我們可以根據(jù)山西引黃工程連結(jié)段工程這個實例對材料的性能情況進(jìn)行比較，王武祥主要對泡沫混凝土穿管回填灌漿試驗進(jìn)行了介紹，通過系統(tǒng)的分析，工程使用的就是混凝土密度1200kg/m3的新型材料，抗壓為2.0MPa[8]，最后的結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)和社會效益雙贏。

粗油、化學(xué)品地下廢棄管線、污水管空穴等施工，控制不當(dāng)，就會出現(xiàn)塌方事故，而使用了600kg/m3～1100kg/m3的泡沫混凝土就能夠減少危險，確?；靥钚Ч鸞9]。

5 其他方面應(yīng)用

擋土墻施工中也使用到這種技術(shù)，填充輕質(zhì)材料能夠全面減小側(cè)向壓力，有效降低垂直荷載，保證了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定;能夠有效降低噪音，聲屏障工程主要是特制陶瓷泡沫混凝土，有隔熱、隔聲、高強(qiáng)的特點。

國外在泡沫混凝土的應(yīng)用上與國內(nèi)基本相同，其中在國外許多研究者利用泡沫混凝土的耗能減震性，將泡沫混凝土用作軍事方面，一方面是射擊靶場，另一方面是地下坑道防爆建設(shè)[10]。此外，美國研究者還研究了一種纖維增強(qiáng)泡沫混凝土用于專門的實彈訓(xùn)練。

6 總結(jié)及展望

泡沫混凝土由于其輕質(zhì)、流動性好、保溫隔熱以及抗震減耗等方面的優(yōu)點，在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是由于其強(qiáng)度較低，也使它的應(yīng)用受到一部分限制，目前對于泡沫混凝土還存在以下問題：（1）國家正式出臺的標(biāo)準(zhǔn)及

規(guī)范相對較少，對工程的指導(dǎo)作用較少，此外泡沫混凝土的工程研究領(lǐng)域多于理論研究。（2）關(guān)于泡沫混凝土的實驗設(shè)計方面沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，還在應(yīng)用普通混凝土的實驗方案。（3）泡沫混凝土的耐久性還需要進(jìn)行改善，泡沫混凝土強(qiáng)度較低。（4）泡沫混凝土吸水率較大，在多水以及季節(jié)性冰凍地區(qū)的應(yīng)用受到限制。

有關(guān)混凝土的凍融研究相當(dāng)廣泛，而針對泡沫混凝土的凍融特性研究相比非常缺乏。

參考文獻(xiàn)：

[1]張巨松，王才智，黃靈璽，等.泡沫混凝土[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2016.

[2]唐虹.泡沫混凝土在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2005，34（3）：115-117.

[3]張磊，楊鼎宜.輕質(zhì)泡沫混凝土的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].混凝土，2005（8）：44-48.

[4]杜素云，劉啟順，操龍玉，等.泡沫混凝土在紹興軟基地段路基工程中的應(yīng)用[J].混凝土，2013（4）：147-149.

[5]吳穎峰，夏國權(quán).泡沫混凝土在公路高路堤段滑塌處治中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2013（11）：78-79.

[6]竺萬發(fā)，張業(yè)紅，蘇英，等.我國泡沫混凝土的研究進(jìn)展及工程應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報，2013，27（S1）：317-320.

[7]張忠球，謝朝學(xué).新型輕質(zhì)保溫混凝土砌塊的探索性研究[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2006（1）：44-46.

[8]張磊蕾，王武祥.泡沫混凝土的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2010（1）：38-42.

[9]譚賢君.高海拔寒區(qū)隧道凍脹機(jī)理及其保溫技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院研究生院，2010.

[10]趙武勝，陳衛(wèi)忠，譚賢君，等.高性能泡沫混凝土隧道隔震材料研究[J].巖土工程學(xué)報，2013，35（8）：1544-1552.