泡沫混凝土中發(fā)泡劑的研究與應用進展

錢雯艷，杜林 (宿遷學院建筑工程學院,江蘇 宿遷 223800)

1 引言

隨著現(xiàn)代化發(fā)展，環(huán)境污染日益加劇，綠色環(huán)保已然成為全人類的共同話題。

在建筑行業(yè)中，建筑材料是建筑的物質基礎，而墻體材料在建筑總體材料中占比較大。國家不斷發(fā)展,各地區(qū)的可用地面積逐漸減少，房屋高度不斷增加，因此，墻體材料在綠色、節(jié)能、輕質上的要求隨之提高。2018年全國建筑全過程能耗總量在全國能耗總量中占比46.5%，建材生產(chǎn)階段占比46.8%。

泡沫混凝土作為一種輕質混凝土材料，其保溫、隔熱，對廢料重復利用等優(yōu)點尤為突出，在建筑、道路、橋梁等多個領域，墻體填充、回填、補償?shù)鼗榷鄠€方面皆有廣泛應用。

2 泡沫混凝土

2.1 泡沫混凝土的制備

泡沫混凝土是利用化學或物理原理，在水泥中通過起泡劑水溶液制成泡沫，使混凝土內部呈現(xiàn)大量封閉孔隙的綠色輕質混凝土。

泡沫混凝土的組成主要包括水、水泥、氣泡等，通過各種摻合料原料加工而成。砂、粉煤灰、陶粒等為常用骨料，減水劑、促凝劑、緩凝劑為常用外加劑，與普通混凝土一致。生產(chǎn)泡沫混凝土首先將水泥、骨料、外加劑等按適當比例均勻攪拌，然后加入氣泡繼續(xù)攪拌，再密實養(yǎng)護，得到成品。

2.2 泡沫混凝土的優(yōu)勢

泡沫混凝土的質量輕、密度低，同時又具有較好的防水和耐火性能。與普通混凝土相比，泡沫混凝土的保溫性能及隔音能力良好，并且易于加工，能適應各領域的使用要求。

此外，泡沫混凝土可以將大量的工業(yè)廢渣作為原材料，對建筑垃圾進行重復利用，既可以減少工程造價成本，又符合國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和綠色發(fā)展要求。

3 發(fā)泡劑的品種及發(fā)泡機理

3.1 發(fā)泡劑的品種

泡沫混凝土的發(fā)泡劑種類繁多，最主要的是物理和化學兩種。

物理發(fā)泡劑是指在混凝土攪拌過程中加入預制的泡沫，這樣會在混凝土中形成大量均勻、穩(wěn)定、封閉的微小氣泡，從而制備成泡沫混凝土。物理發(fā)泡劑主要有松香類、蛋白類、合成表面活性劑和復合類這四種類別。蛋白類發(fā)泡劑有動物蛋白和植物蛋白兩種，目前國內外應用較多的是動物蛋白類發(fā)泡劑。

化學發(fā)泡劑是通過化學反應導致的氣體膨脹產(chǎn)生氣孔，形成泡沫混凝土。化學發(fā)泡劑僅通過自身性能與材料產(chǎn)生化學反應進行發(fā)泡，不再利用外部機器作用。目前常用的化學發(fā)泡劑有鋁粉發(fā)泡、雙氧水發(fā)泡和引氣劑發(fā)泡。

3.2 發(fā)泡劑的發(fā)泡方式及發(fā)泡機理

不同的發(fā)泡材料使用的發(fā)泡方式與機理各不相同，也有各自的優(yōu)缺點，表2列舉了常見的四種發(fā)泡材料。

泡沫混凝土與普通混凝土部分特性對比 表1

不同發(fā)泡劑材料對比 表2

4 發(fā)泡劑及泡沫混凝土的應用現(xiàn)狀和進展

4.1 發(fā)泡劑

經(jīng)過多年的研究改良，物理發(fā)泡劑已從第一代（松香類發(fā)泡劑）發(fā)展至第四代（復合型發(fā)泡劑）。目前，我國不少企業(yè)生產(chǎn)的發(fā)泡劑已向第四代高性能發(fā)泡劑邁進，開始研究生產(chǎn)多元復合型發(fā)泡劑。專家學者對高性能發(fā)泡劑的不斷改良研究也從未停止。

王翠花等對合成蛋白類發(fā)泡劑提出研究，在適量Ca(OH)和少量NaHSO中以牛蹄角為原料合成發(fā)泡劑。馬志珺等對表面活性物質對發(fā)泡劑性能的影響進行了復配研究，尤其在穩(wěn)泡中，發(fā)現(xiàn)復配后的性能提升顯著。白應華等對加入兩種表面活性劑粉末的雙摻改性動物蛋白發(fā)泡劑展開研究，發(fā)現(xiàn)在摻入濃度都為1.0g/L時導熱及保溫性能最好，在雙摻α烯基磺酸鈉和十二烷基苯磺酸濃度0.8g/L的情況下，抗壓強度達到最大接近3.5MPa。

國際上對發(fā)泡劑的研究發(fā)展時間遠超于國內，在發(fā)泡劑的性能上也超出國內的產(chǎn)品較大距離。國外研制以蛋白類發(fā)泡劑為主，產(chǎn)品質量好，發(fā)泡穩(wěn)定。例如美國研制的由烷基磺酸堿金屬鹽和水解蛋白質復合組成的液體發(fā)泡劑和日本采用蛋白質物添加適量的陽離子表面活性劑配成的混合發(fā)泡劑等。

物理發(fā)泡劑已廣泛應用于發(fā)泡菱鎂制品并在其中起關鍵性作用，例如防火板、輕質隔墻板等。陰離子型表面活性劑在表面活性部分帶負電，工藝成熟，在紙面石膏板、泡沫混凝土等領域大量應用。除此之外，發(fā)泡劑常用于地面輻射采暖的絕熱層和屋頂?shù)母魺岜貙?，植物溫室和輸油管道的保溫、防潮，填充建筑物縫隙。

4.2 泡沫混凝土

新中國成立之初，蘇聯(lián)專家將泡沫混凝土的先進技術推廣到了中國，泡沫混凝土開始在國內發(fā)展。目前，我國新時代、新階段的發(fā)展以“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”為理念。泡沫混凝土作為綠色建筑材料，其特性與理念高度吻合。

4.2.1 泡沫混凝土砌塊

泡沫混凝土砌塊的保溫功能優(yōu)于普通混凝土砌塊。與常見的磚砌塊材料作比較，泡沫混凝土的工藝綠色簡單，污染非常小，在原材料上的選用上大多為“廢物利用”，來源不受限且成本低廉。在內外墻中都可以使用，由于本身含有的封閉氣孔，材料透氣但防水防潮，使用壽命也長，十分適合在住宅中使用。

4.2.2 泡沫混凝土回填

泡沫混凝土用作軟土路基的主要回填材料。其自身重量很輕，在軟土路基中附加應力和沉降系數(shù)都相對較小，抗變能力又相對較強，因此不僅能有效地改善工后沉降，還大大地減少了維護的費用。與一般的混凝土相比，泡沫混凝土的回填技術更加的方便簡潔，而且充實度高，回填的速度快，不用擔心管道上浮力過大等一些問題。

相較于其他材料，泡沫混凝土回填不僅能縮短工期，降低勞動率，同時還大幅減少了施工預算，綜合效益極佳。

4.2.3 補償?shù)鼗?/p>

在現(xiàn)代建筑工程設計與施工中，建筑物在施工過程中因墻體不同的自重導致自由沉降差。根據(jù)建筑施工要求，建筑物自重較低的地方需要在基礎部位填充軟材料來補償?shù)鼗褂?。泡沫混凝土密度小，能夠有效降低建筑物自重，滿足補償?shù)鼗牧系囊蟆?/p>

5 存在的問題及展望

泡沫混凝土作為目前火熱的環(huán)保建筑材料，優(yōu)點顯著，在國內外都有著非常好的發(fā)展前景。但該種材料也仍然存在一系列的問題和很大的優(yōu)化空間。

目前泡沫混凝土尚存在以下一些問題：①抗壓強度低；②澆筑后由于結構多孔疏松導致表面開裂滲水，抗凍性能差，在抗凍要求高的地區(qū)無法使用；③較好的流動性導致澆筑時漏漿；④國家對泡沫混凝土的工程和實驗規(guī)范標準缺失；⑤生產(chǎn)企業(yè)和設備沒有統(tǒng)一標準和自動化流程；⑥當前泡沫混凝土的表觀密度一般為 300kg/m～1200kg/m，對于更高性能的表觀密度低于300kg/m的泡沫混凝土研究較少。

泡沫混凝土的環(huán)保性和經(jīng)濟性以及國家在綠色節(jié)能上的大力支持是泡沫混凝土快速向前發(fā)展的動力。該如何在保持保溫、輕質、隔音等優(yōu)良性能的同時不斷改進，讓發(fā)泡劑價格低廉、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)簡便，進而使泡沫混凝土的技術創(chuàng)新，性能優(yōu)化。

在未來建筑節(jié)能行業(yè)中，泡沫混凝土一定會發(fā)光發(fā)熱。