陳美嬋

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 前言

1 泡沫混凝土基本特性分析

工業(yè)固廢一般指工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的固體廢棄物（如粉煤灰、礦渣、赤泥、有色金屬渣等），據(jù)相關(guān)研究報(bào)告顯示，2019 年我國(guó)工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量約為35.4億噸。為減少工業(yè)固廢對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，我國(guó)在工業(yè)固廢資源綜合利用中取得了一定的成績(jī)，2019 年工業(yè)固廢資源綜合利用率達(dá)55.02%。由于我國(guó)工業(yè)固廢堆存量巨大，資源綜合利用率與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在一定差距，工業(yè)固廢的處置仍然是我國(guó)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展中的重要一環(huán)。

泡沫混凝土是指在混凝土料漿中加入具有一定強(qiáng)度的泡沫，經(jīng)過(guò)攪拌、硬化，養(yǎng)護(hù)而成的一種內(nèi)部具有均勻、封閉氣孔的輕質(zhì)混凝土材料[1]，其具有質(zhì)量輕、保溫隔熱、吸音減震、高流動(dòng)性、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于屋面或隔墻保溫、路橋填筑、港口及碼頭回填、隧道預(yù)留層等工程項(xiàng)目中。

由于泡沫混凝土生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)單，應(yīng)用要求不高，可使用粉煤灰、礦渣、建筑廢石粉等廢棄物作為生產(chǎn)原材料，符合國(guó)家環(huán)保經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向，近年來(lái)行業(yè)使用量飛速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年我國(guó)泡沫混凝土總用量約在5000 萬(wàn)m3以上，使用量年均增長(zhǎng)率約為15%～20%，居全球第一位[2]。然而，工業(yè)固廢成分復(fù)雜、質(zhì)量參差不齊，其應(yīng)用在泡沫混凝土中仍然存在一定問(wèn)題。因此，本文對(duì)泡沫混凝土基本特性及參考依據(jù)進(jìn)行介紹，對(duì)泡沫混凝土存在質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相關(guān)解決措施以供研究參考。

1.1 質(zhì)量輕

泡沫混凝土所用原材料主要為水泥和集料，所用集料一般為顆粒較細(xì)、密度較低的粉體材料，制成混凝土料漿后可通過(guò)控制泡沫加入量來(lái)調(diào)節(jié)密度性能。按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 266-2011《泡沫混凝土》中的密度等級(jí)，其密度一般控制在300～1600kg/m3之間[3]，較普通混凝土約2400kg/m3的密度降低35%以上，用于建筑物中可有效降低自重。

1.2 生產(chǎn)及施工簡(jiǎn)便

泡沫混凝土具有質(zhì)輕、不含粗骨料、高流動(dòng)度（160～230mm 或以上）等特點(diǎn)，生產(chǎn)及施工較為簡(jiǎn)便，其生產(chǎn)工藝流程圖1 所示。

圖1 泡沫混凝土制備工藝

由圖1 可知，混凝土生產(chǎn)制備工藝主要包括干粉預(yù)混合、料漿攪拌、加入泡沫三部分，生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)便且占地面積較小，方便于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)施工。目前其工程施工均采用泵送澆筑的施工工藝，其泵送距離可達(dá)500m，施工過(guò)程實(shí)現(xiàn)自流平，無(wú)需另外進(jìn)行振搗和碾壓[4]，適用于大體積的填充澆筑工程，可有效節(jié)省人力物力。由于使用水泥作為膠凝材料，進(jìn)行分層施工時(shí)，泡沫混凝土上下層結(jié)合良好，整體性良好。

1.3 隔熱保溫

泡沫混凝土內(nèi)部存在大量均勻、封閉的圓形孔隙，形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)中的空氣有效地阻隔了熱量的傳播，使泡沫混凝土獲得較低的導(dǎo)熱系數(shù)，一般其導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.08～0.27W/(m·K)，具有良好的隔熱保溫效果。

1.4 吸音減震

泡沫混凝土的封閉多孔結(jié)構(gòu)，使聲音經(jīng)過(guò)材料的過(guò)程中發(fā)生多次反射而被吸收和減弱，使其獲得良好的隔音效果，有關(guān)資料顯示[5]，其吸音能力是普通水泥的5～8 倍；同理，泡沫混凝土的多孔結(jié)構(gòu)能降低震動(dòng)波的傳播速度，可吸收分散部分荷載，應(yīng)用在周?chē)h(huán)境存在變形的工程中可起到緩解壓力的作用。

1.5 環(huán)保利廢

泡沫混凝土主要組成材料為水泥、細(xì)集料等無(wú)機(jī)材料，采用發(fā)泡劑為動(dòng)植物蛋白或復(fù)合發(fā)泡劑，相對(duì)于有機(jī)保溫材料，具有無(wú)毒無(wú)害的優(yōu)點(diǎn)；細(xì)集料可使用大量的固體廢棄物，有助于固體廢棄物的處理處置問(wèn)題，符合國(guó)家環(huán)保經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要。

2 存在質(zhì)量問(wèn)題

2.1 收縮

泡沫混凝土收縮問(wèn)題與混凝土相似，是由于膠凝材料在硬化過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，濕度和溫度發(fā)生變化造成體積縮減的現(xiàn)象，目前影響較大的主要為塑性收縮、干燥收縮等。其中塑性收縮一般發(fā)生在料漿硬化成型之前，干燥收縮主要發(fā)生在泡沫混凝土硬化后，兩者均為由于失水而導(dǎo)致的收縮。塑性收縮是由于料漿流動(dòng)性較大，在施工環(huán)境溫度較高時(shí)，料漿表層水分蒸發(fā)較快，使混凝土早期體積發(fā)生收縮現(xiàn)象；干燥收縮主要為混凝土硬化后，水分通過(guò)內(nèi)部毛細(xì)孔隙遷移蒸發(fā)所致；收縮導(dǎo)致泡沫混凝土內(nèi)外發(fā)生不一致的形變，使其表面甚至是內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，影響混凝土力學(xué)性能和耐久性。

圖2 泡沫混凝土由于收縮產(chǎn)生裂縫

2.2 消泡

泡沫質(zhì)量是影響泡沫混凝土性能的主要因素。目前市場(chǎng)上發(fā)泡劑種類(lèi)繁多、質(zhì)量參差不齊，存在強(qiáng)度較低、穩(wěn)定性較差等情況。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2199-2013《泡沫混凝土用泡沫劑》對(duì)泡沫混凝土用泡沫劑提出了相關(guān)技術(shù)要求，針對(duì)穩(wěn)定性采用了1h 沉降距和1h 泌水率進(jìn)行表征。泡沫穩(wěn)定性較差時(shí)，加入混凝土料漿中攪拌和泵送過(guò)程中出現(xiàn)消泡現(xiàn)象，一方面造成混凝土內(nèi)部形成較大孔隙，影響混凝土結(jié)構(gòu)均勻性，另一方面消泡后產(chǎn)生泌水，影響混凝土水灰比，使泡沫混凝土綜合性能造成較大影響。

2.3 分層

泡沫混凝土分層的主要原因包括膠凝材料用量不足、水灰比過(guò)大等造成料漿稠度不足，或是因?yàn)檫x用集料密度較高、顆粒較粗的因素，如選用工業(yè)固廢材料中含金屬量較高而又不經(jīng)過(guò)處理均有可能出現(xiàn)此種情況。

3 解決措施

3.1 合理選擇原材料

由于泡沫混凝土的應(yīng)用主要為非結(jié)構(gòu)性的填充位置，大部分使用成本較低的廢棄物原材料，近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)工業(yè)固廢應(yīng)用于生產(chǎn)泡沫混凝土進(jìn)行了相關(guān)研究，如陳小和利用鎳鐵渣粉制備現(xiàn)澆泡沫混凝土[6]，吳喜軍進(jìn)行赤泥發(fā)泡混凝土的試驗(yàn)研究及工程應(yīng)用研究[7]，郭峻驛對(duì)粉煤灰微珠泡沫混凝土進(jìn)行配合比試驗(yàn)研究[8]等。工業(yè)固廢可用于生產(chǎn)泡沫混凝土，但其中有可能存在磷、SO4、重金屬等有害物質(zhì)超標(biāo)的情況，因此在使用工業(yè)固廢作為原材料時(shí)應(yīng)經(jīng)過(guò)合理研究，對(duì)其潛在有害因素進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)處理、配比優(yōu)化等再進(jìn)行應(yīng)用。

3.2 選用優(yōu)質(zhì)發(fā)泡劑

發(fā)泡劑的選用是影響泡沫混凝土質(zhì)量的重要因素，發(fā)泡劑按照生產(chǎn)原材料主要分松香樹(shù)脂型、動(dòng)植物蛋白型、表面活性劑型和復(fù)合型發(fā)泡劑等[9]。國(guó)外如德國(guó)、日本、意大利等技術(shù)較為成熟，以采用蛋白類(lèi)發(fā)泡劑為主，具有良好的發(fā)泡倍數(shù)和穩(wěn)定性。相比之下國(guó)內(nèi)蛋白類(lèi)發(fā)泡劑原材料較為缺乏，其他類(lèi)型發(fā)泡劑在單獨(dú)使用的情況下普遍存在一些弊端，如發(fā)泡倍數(shù)不足、穩(wěn)定性差等，嚴(yán)重影響泡沫混凝土性能。

近年來(lái)復(fù)合發(fā)泡劑逐漸受到國(guó)內(nèi)研究人員的重視，逐步開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的復(fù)合型發(fā)泡劑，如孫天文[10]將動(dòng)物膠、有機(jī)硅等加入到皂角松香酸陰離子表面活性劑，制備出MB 型微發(fā)泡劑；陳禮儀[11]在ABS 中加入脂肪醇硫酸鈉、脂肪醇聚乙烯醚制備出DF-1 發(fā)泡劑；郭平等[12]在聚乙烯醇中加入十二烷基磺酸鈉、十二烷基二甲胺氧化物與之復(fù)配，制備出發(fā)泡劑。由于復(fù)合發(fā)泡劑能顯著改善泡沫混凝土力學(xué)性能、原材料來(lái)源廣泛，并可根據(jù)使用要求優(yōu)化部分功能，具有良好的應(yīng)用效果和發(fā)展前景。

3.3 優(yōu)化配比

泡沫混凝土主要依靠水泥作為膠凝材料提供強(qiáng)度性能，因此原材料配比中應(yīng)使泡沫混凝土性能滿(mǎn)足要求的基礎(chǔ)上，再?gòu)慕?jīng)濟(jì)成本出發(fā)降低水泥用量。其他原材料如石粉、礦粉、粉煤灰等輕質(zhì)集料，具有顆粒較細(xì)、需水量較大的特性，合適的水料比對(duì)泡沫混凝土影響至關(guān)重要。若水料比過(guò)小導(dǎo)致料漿稠度較高，泡沫難以與料漿混合均勻，在攪拌過(guò)程中受到阻力較大而破壞；若水料比過(guò)大，料漿稠度不足，容易出現(xiàn)塌模、氣泡逸出等現(xiàn)象，同時(shí)泡沫混凝土早期強(qiáng)度不足，失水后泡沫混凝土出現(xiàn)干縮現(xiàn)象，性能受到嚴(yán)重的影響。因此泡沫混凝土的生產(chǎn)應(yīng)通過(guò)配比試驗(yàn)，同時(shí)利用外加劑如減水劑、穩(wěn)泡劑、纖維等進(jìn)一步增強(qiáng)改善其性能。

3.4 改善養(yǎng)護(hù)條件

泡沫混凝土中由于不含粗骨料，早期強(qiáng)度主要靠水泥提供，因此早期強(qiáng)度較低，并且受養(yǎng)護(hù)環(huán)境影響較大。養(yǎng)護(hù)溫度過(guò)高、濕度低，造成混凝土中水分散失而產(chǎn)生裂紋，另一方面由于混凝土早期強(qiáng)度低，承受梯度應(yīng)力能力較弱，使混凝土裂紋更加嚴(yán)重。因此施工過(guò)程中為減少早期干縮，使水泥水化充分，相對(duì)濕度應(yīng)保持在80%以上[13]，可通過(guò)覆蓋塑料防水薄膜、表面處理、選擇合適的施工時(shí)間等措施。

4 總結(jié)

泡沫混凝土由于質(zhì)輕、生產(chǎn)及施工簡(jiǎn)便、隔熱保溫、吸音減震和環(huán)保利廢等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到廣泛應(yīng)用，但目前仍然存在一定的質(zhì)量問(wèn)題，尤其在大量使用工業(yè)固廢作為生產(chǎn)原材料時(shí)，其質(zhì)量問(wèn)題更加突出。本文針對(duì)工業(yè)固廢制備泡沫混凝土質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相關(guān)建議性的解決措施，以供行業(yè)研究作參考。