小议高性能泡沫混凝土

时间：2020-07-16 来源：河津市恒艺环保建材有限公司

1  引言

    混凝土技术的发展先后经历了干硬性混凝土、流态混凝土、高性能混凝土等阶段。高性能混凝土是1990年以来发展起来的一种新型的高技术混凝土，伴随着******减水剂（超塑化剂）、其他各种功能外加剂、纤维一级高性能矿物掺和料的使用，使得混凝土拥有良好地工作性、力学性能以及耐久性，这种新型混凝土成为高性能混凝土（high performance concrete），简称HPC.

    作为特种混凝土之一的泡沫混凝土时一种通过向水泥（砂）浆中掺入预制出的水膜性泡沫而引入大量气孔、经过硬化得到的一种多空轻质混凝土。这种轻质混凝土的干密度通常在150kg/m³~1500kg/m³，具有很好的保温节能性能。目前国内泡沫混凝土的发展还处于初级阶段，工程中使用的泡沫混凝土都是简单的水泥、水、集料（酌情加入）和泡沫的简单混合，生产技术水平类似于几十年前的普通混凝土，很少掺入现代混凝土中广泛应用的******减水剂和高性能矿物掺合料等其他各种添加剂，因此得到的泡沫混凝土性能很差，严重影响了泡沫混凝土的声誉，使人们误认为泡沫混凝土只能达到如此低的力学性能，阻碍了泡沫混凝土的推官应用。因此，基于高性能混凝土的特点，应该将高性能混凝土的制备技术引入到泡沫混凝土的生产中，提出高性能泡沫混凝土的概念。

2  高性能泡沫混凝土的组成

    高性能泡沫混凝土应该是在大幅度提高普通普通泡沫混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作混凝土，影响对具有较高的耐久性、工作性、实用性、强度、体积稳定性、经济性。但作为一种特殊的混凝土，高性能泡沫混凝土除了符合普通混凝土的一般规律外，还具有一些自身的特点，其组成材料应达到以下技术要求。

2.1水泥

    各种水泥都能用来制备泡沫混凝土，由于泡沫混凝土掺入了大量的泡沫，延缓了水泥水化过程，推荐使用凝结时间较快的硫铝酸盐水泥、高铝水泥、早强型硅酸盐水泥、菱镁水泥、石膏等，但考虑到耐久性，制备高性能泡沫混凝土的水泥还是应该选择普通硅酸盐水泥，尤其是应用于墙体等重要部位时。

2.2泡沫剂

    泡沫剂是制备泡沫混凝土的重要的组分，是决定泡沫混凝土性能的关键组分，影响着泡沫混凝土的孔径大小、均一性、炮孔封闭性等指标，***终影响到泡沫混凝土的力学性能和耐久性。因此，选择合适的泡沫剂就成为制备高性能泡沫混凝土的关键步骤。经过大量实验，高性能的泡沫应该在满足制备泡沫混凝土所需的稳定、均一、细小等特点的要求后，其单位体积所含的有机物（表面活性物）越小越好，泡沫剂变成泡沫，其中所含大量表面活性剂掺入水泥浆后是影响水泥变化的，会降低材料力学性能，泡沫越稳定，在大部分情况下，其单位体积表面活性物质含量必定越多，水泥收到的影响越大，这对于泡沫混凝土的强度等指标是不利的。高稳定的泡沫其稳定性非常好，泡沫细腻微小，但是支撑气泡沫稳定的是单位体积含有大量的表面活性物质，当掺入到水泥时，多余的表面活性剂必然对水泥水化造成负面影响，但反过来讲，稳定性很差的泡沫可能刚混到水泥（砂）浆后，就大量破损，也不适合用来制备高性泡沫混凝土。经过长期实验研究，我们认为良好的泡沫剂应具备用量少、发泡倍数高（即技术经济效果好）、稳定性事宜（至少能支撑到浆体凝结）、闭孔率高、吸水性低、不影响强度等特点，评价泡沫剂优良的决定性因素不是泡沫稳定性，而是泡沫料浆的稳定性及其硬化厚的性能。就以北京亚设YS-901发泡剂为例在空气中泡沫稳定性半消时间在120分钟左右，可以说没有任何优势可言，可加入浆体中稳定性非常好在生产密度为300kg/m³泡沫混凝土没有任何塌陷。

2.3外加剂

    以******减水剂为代表的各种外添加剂的应用是现代高性能混凝土的标志之一，同样高性能泡沫混凝土的特点之一也应该是低水胶比，******减水剂等各种外加剂是制备高性能泡沫混凝土的必要组成分。目前，国内生产泡沫混凝土时大量使用******减水剂等外加剂的情况还不普遍，搅拌水泥（砂）浆时，使用的水泥胶比普遍在0.5左右，甚至更高。有别于其他混凝土，泡沫混凝土制备时掺入的泡沫式水膜性的，其组成除了表面活性剂、空气外，就是大量的水分，因此算上泡沫里含有的水（因为泡沫***终要破掉变成水），泡沫混凝土的水胶比普遍在0.6以上，在大量空气和水分引入后，泡沫混凝土的力学性能很低，所以制备高性能泡沫混凝土需要在******减水剂的帮助下，大幅度降低搅拌水泥（砂）浆时的水胶比，在实验室使用新型的聚羧酸盐减水剂时，水胶比可以降低到0.2左右，可以极大地提高基材的强度。

    除了减水剂之外，高性能泡沫混凝土使用的其他常用外加剂（如憎水剂、调凝剂、早强剂等）也都是生产高性能泡沫混凝土的必要组分。

2.4高性能掺合料

    不同于普通混凝土，在引入掺和料时必须要考虑其与泡沫的相容性，一般生产泡沫混凝土使用的掺和料应具备以下特点：一是细密度越细越好，这样对泡沫的包裹性越好；二是掺和料的吸水性不宜过大，否则会吸收泡沫中的水分，造成破泡。因此，像磨细矿渣、高等级的超细粉煤灰、硅灰等都适合用来制备高性能泡沫混凝土，而诸如钢渣等活性较低、颗粒形貌粗糙、密度较大、有一定吸水性的掺和料可能不适合掺入到高性能泡沫混凝土中。掺入粉煤灰等掺和料，还可以改善浆料的和易性，降低成本降低泡沫混凝土的收缩开裂性，但掺量不宜过大，同时需要保证一定的养护龄期。

2.5集料

    泡沫混凝土一般不会使用石子类的集粗料，考虑到对泡沫的包裹性，其使用的集料一般是粒径较小的细砂，一般泡沫混凝土的干密度在500kg/m³~700kg/m³以上是就需要掺入细沙。有时会使用如陶粒、沸石、微珠等轻集料，使其与要制备的浆料密度接近，可有效防止集料的沉降。

2.6纤维

    泡沫混凝土属于多空混凝土的一种，其收缩较大，尤其是不加集料较低干密度级别的泡沫混凝土，收缩值就更值得重视。因此，纤维的种类很多，可根据泡沫混凝凝土的不同干密度级别及应用领域而定。

3   高性能泡沫混土的性能

    采用现代混凝土技术制备泡沫混凝土材料，可成倍提高其抗压强度等力学性能以及耐久性能。以上述800kg/m³干密度级别的泡沫混凝土，在合适的配合比下，其强度可以达到8MPa以上。但是泡沫混凝土毕竟是一种轻质、低密度的特种混凝土，其性能不可能用正常密度的混凝土标准来衡量，尤其是在耐久性方面，PaulJ.Tikalsky等人就认为由于泡沫混凝土不同于普通混凝土，测试泡沫混凝土冻融循环的环境条件与普通混凝土有所区别，而且根据其特点，其应用领域也与普通混凝土不同。因此，我们所说的高性能泡沫混凝土是在这种材料自身规律允许的情况下，******限度的提升其工作性、实用性、强度、体积稳定性，耐久性和经济性等。

    泡沫混凝土由于轻质、保温、隔热、隔音、不燃、利废、耐久等特点，在特殊工程中有着良好的应用前景。但是国内对于高性能泡沫混凝土的研究还不是很多，对泡沫混凝土微观孔结构与力学性能之间的机理认识还不深刻，对提高泡沫混凝土耐久性的技术手段以及适用于高性能泡沫混凝土耐久性的评价体系等领域的研究还没展开，这些都是我们以后需要重点研究解决的技术领域。

4   高性能泡沫混凝土的生产

    目前国内泡沫混凝土产品分为现浇和预期制两类，其主要应用领域是现浇。

    在现浇泡沫混凝土的生产施工方面，其生产工艺和施工设备存在很大的问题，这也是泡沫混凝土质量低下的一个重要原因。目前国内市场现浇泡沫混凝土主要用于层面保温层、地暖保温层以级一些垫层，大多数生产设施设备都是连续式投料、搅拌、输送、浇注，即投料、搅拌、输送、浇注四个环节同时进行，无法保证计量，很多工地都是边上料边进水，抽走的浆体无法保证其正好是混匀的部分，而且其与泡沫混合比例全凭经验，一旦搅拌不匀的水泥（砂）浆堵塞搅拌系统和管道时即加大水量来稀释，这样得到的泡沫混凝土根本没有配合比例可言。我们都知道，******减水剂掺入后，需要一定的搅拌时间，确保搅拌均匀才能发挥作用，如果采用国内现有的大多数现浇泡沫混凝土设备，投料、搅拌和输送在同一时间进行，那么减水剂搅拌不匀，局部干硬、局部离析，将无法发挥其作用，也无法达到预先设计的配合比，生产不出高性能泡沫混凝土。

    笔者认为，要得到准确配合比的泡沫混凝土，比较理想的方式应参照混凝土搅拌站的生产流程，经历泡沫混凝土搅拌站，由罐车运送到施工工地。但是泡沫混凝土与普通混凝凝土还有所不同用，泡沫混凝土要进行两次搅拌，即首先将水泥、集料、添加剂、水等搅拌成水泥（砂）浆，然后再按配合比混入泡沫，搅拌均匀得到泡沫混凝土浆料。在泡沫混凝土搅拌站进行水泥（砂）浆的搅拌，否则加入泡沫后，在罐车开往工地途中，泡沫在长时间的搅拌下会大量破掉，所以应该在工地上放置一台小型发泡机，按配合比将泡沫输送到含有已搅拌均匀的水泥(砂)浆的罐车中搅拌，***后浇注。因此，对于现有的普通混凝土搅拌站，只需添加一台小型的发泡机就可以了生产高性能泡沫混凝土。

    而对于泡沫混凝土工厂化预制制品来说，其生产工艺及其质量相对简单，完全可以借鉴上述流程，但需要采用合理的配合比和养护制度，建议中高密度的泡沫混凝土掺入合适的轻集料，以解决制品收缩开裂。

5   结语

    目前，我国泡沫混凝土技术水平还很低，其发展方向应该是高性能化，一方面在材料配方、设备、制备技术、微观机理一级耐久性方面要做大量研究工作；另一方面则需要改进生产工艺流程，尤其是现浇泡沫混凝土方面，急需升级现有设备，做到******计量，保证材料质量。只有发展高性能泡沫混凝土，才能使这一材料走出低质量、低价格竞争的恶性循环，才能使其从屋面、地面工程应用走向墙体等更广阔的应用领域。