泡沫混凝土的性能及应用

　　随着我国经济建设的快速发展，人民生活水平不断提高，对建筑物使用功能要求越来越高。建筑节能是指在保证建筑物原有功能要求前提下，通过采取技术措施，降低建筑物使用过程中的能源消耗，减少环境污染和废弃物排放，从而提高建筑物使用功能。泡沫混凝土是以水泥为胶凝材料，将发泡剂、水和外加剂等混合搅拌成型并在一定温度条件下发泡固化而成的一种轻质隔热保温材料。由于其具有轻质、隔热、吸音和抗震等性能，已成为近几年建筑工程领域研究开发的热点。

　　本文结合实际工程案例对泡沫混凝土的性能特点及应用进行了分析，以期为泡沫混凝土在我国建筑行业的推广应用提供参考。

　　泡沫混凝土概述

　　泡沫混凝土是一种多孔结构的多孔性材料，是以水泥为主要胶凝材料的无机非金属固体物质，也是经发泡成型的建筑产品。泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统，将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆和其他外掺材料按一定的比例充分混合均匀，然后经过发泡机的泵送系统进行现场浇筑施工，经自然条件下养护所形成的一种含有大量封闭气孔的轻型填筑材料。

　　泡沫混凝土由水泥、砂、水和发泡剂组成。在生产的过程中，发泡剂会在混凝土中形成大量的气泡，从而使混凝土的密度比普通混凝土低，强度却要比普通混凝土高。

　　泡沫混凝土具有很多优点，如重量轻、隔热性能好、吸水率低、施工方便等，因此被广泛应用于建筑、隧道、桥梁、地下室、地暖等领域。泡沫混凝土的密度一般在150～300kg/m3，根据其密度和强度等特性，可以分为普通泡沫混凝土、高强度泡沫混凝土、耐火泡沫混凝土、防水泡沫混凝土等不同类型。

　　泡沫混凝土的发泡原理及性能

　　泡沫混凝土的发泡过程是在水泥中掺入一定量的发泡剂，经机械搅拌后，发泡剂分解产生大量微小气泡，这些气泡会在水泥颗粒表面形成一定数量和密度的泡孔。当外加剂溶液与水混合时，溶液中的固体颗粒表面吸附的水分子在一定程度上会吸收部分水分，这些水分会被水泥颗粒所吸附，从而增大了水泥颗粒表面的孔隙率。

　　当泡沫混凝土浇筑成型后，随着内部气泡数量增多，密度增大，体积增大。在水泥水化反应过程中，水化产物水化硅酸钙与水泥颗粒发生化学反应形成硅酸钙凝胶。泡沫混凝土在凝结硬化过程中，由于水分逐渐被消耗和蒸发，加上水化硅酸钙凝胶的约束作用，使混凝土内部形成了大量孔隙结构。泡沫混凝土属于一种轻质多孔材料。在实际应用过程中，通常使用两种方式来制备泡沫混凝土：第一种是将水泥基材料(包括水泥、石膏、水和外加剂)以一定的配比混合搅拌成型后制成泡沫混凝土;第二种是在泡沫混凝土中加入一定量的水和外加剂等物质制成泡沫混凝土。这两种方式都能制备出结构均匀、气泡细小的泡沫混凝土。由于两者制备原理不同，制备方法也有所差异，因此制备出的泡沫混凝土性能也有较大差异。在实际应用过程中，通常采用第一种方式来制备泡沫混凝土。

　　泡沫混凝土的基本性能主要包括密度、强度和导热系数三个方面。密度是衡量材料性能的重要指标之一，它可以直接反映材料的密度大小、抗压强度、吸水率和隔声等性能;强度是指材料抵抗外力破坏的能力;导热系数是指单位面积内材料与空气或其他介质(如水)接触时的传热速率。通过对这三个性能指标进行综合分析可确定不同用途和要求的泡沫混凝土最优配合比。一般来说，密度越小、抗压强度越高、吸水率越低、导热系数越小，则其综合性能越好。由于密度与强度呈反比关系，因此密度较大的泡沫混凝土强度较低;导热系数与强度呈正相关关系，因此导热系数较大的泡沫混凝土其隔热性能也就相对较好。综合考虑建筑使用功能、经济成本和节能要求等因素，通常选择密度在800～1200kg/m3、强度在30～40MPa、导热系数在0.055～0.03W/(m·K)的泡沫混凝土作为建筑材料使用。

　　泡沫混凝土的应用案例

　　1.应用工程概述

　　某建筑工程项目建筑面积为8.39×104m2，其中地上建筑面积为6.58×104m2，地下建筑面积为1.81×104m2，在建造过程中，需从经济效益、安全、进度等方面入手进行全面考虑。在地下室承重结构和平屋面找坡施工中采用泡沫混凝土，为更加全面清晰地阐述泡沫混凝土的应用要点，本文主要结合平屋面找平层施工进行探讨。

　　2.屋面找坡施工对泡沫混凝土的性能要求

　　案例工程屋面找坡坡度在2%～3%，为提升屋面找坡质量，本工程采用了现浇泡沫混凝土的施工技术，泡沫混凝土的级别为700，干体积密度应控制在650～750kg/m3，抗压强度不应小于2.5MPa，导热系数不应超过0.140W/(m·K)，吸水率不应超过20%，保证泡沫混凝土为不燃烧体。

　　3.泡沫混凝土应用的工艺技术

　　(1)施工前的准备工作。在屋面找坡施工中应用泡沫混凝土时，对施工的连续性有很高的要求，需要切实做好施工前的准备工作。就案例工程而言，由于泡沫混凝土的用量比较大，施工准备是否到位直接关系到最终的施工质量和应用效果。对此，该工程在应用泡沫混凝土之前，从以下几个方面同时入手，以实现屋面找坡不间断施工，取得良好的施工效果。

　　按照泡沫混凝土施工现场条件和施工进度的要求，切实做好施工人员、施工设备、施工材料的准备工作。对参与泡沫混凝土施工的人员进行全方位的技术交底，确保每位施工人员都能明确设计意图，对用于泡沫混凝土施工的设备进行定期维护检修，保障每台机械设备都处于良好的工作状态。并对泡沫混凝土配制原材料的性能和质量进行检测，满足设计要求后方可使用。

　　在泡沫混凝土施工之前，需要对屋面基层上的杂物进行清理，若发现基层存在裂缝、蜂窝等问题，需用水泥砂浆进行封堵处理，保证基层平整、无裂缝、无蜂窝后方可进行泡沫混凝土施工。

　　需充分结合工程屋面找坡的施工要求和设计目的，切实做好泡沫混凝土试验配比工作，从多次配比试验中找到最佳的配比，以保证泡沫混凝土的性能能够满足实际施工的要求。明确水泥、外加剂、发泡剂、水的添加量，以便为后期泡沫混凝土配制拌和提供良好的参考和指导。

　　充分结合建筑屋面坡度和设计指标，设计好泡沫混凝土施工厚度，提前做好拉线冲筋操作。若在泡沫混凝土施工中遇到较为干燥的天气，为控制施工裂缝，需及时洒水润湿，但应控制好洒水量，不能出现积水情况。

　　(2)施工工艺控制。按照设计配制比向发泡瓶中加入发泡剂，并经稀释加压处理之后，加入配制好的水泥浆液，通过机械高速搅拌，形成泡沫混凝土。发泡瓶反应罐和空压机连接成一个整体后，及时关闭所有的阀门，再开启空压机，持续加压4～6min后，再开始下一道工序施工。在此环节施工中需要注意，保证空压机一直处于工作状态，直到所有材料全部使用完成后，方可关闭进气阀，开启减压阀进行减压，减压到指定的压力之后，再开始下一次进料操作。在实际施工中，为有效提升泡沫混凝土施工效率，应尽量采用分段流水作业模式。泡沫混凝土浇筑施工中，应控制虚铺厚大于设计厚度的1.2～1.3倍，泡沫混凝土浇筑后及时用铝合金刮杠刮平。

　　待泡沫混凝土完全凝固后，使用专用的切割设备，在屋面上精准地切割出分隔缝作为排气槽，这些分隔缝将作为屋面的通风渠道。控制相邻切割缝之间的间距在6m左右，这样的距离既能保证通风效果，又不会过于密集。将分隔缝的宽度严格控制在50mm左右，缝体保持平滑、整齐，以确保其通风效果和整体美观度。切割完成后，及时覆盖厚度在120mm左右的水泥压力板，以保护切割后的泡沫混凝土表面。同时，顺着屋面边沿布置排气管道，确保排气管道的布置与屋面边缘平滑过渡，避免突兀和不平整的情况出现。排气管的双向间距严格控制在20m以内，以确保屋面的通风效果和整体美观度。

　　在案例工程中，为了充分发挥泡沫混凝土的优势和作用，需高度重视天气变化情况。若当外界温度不足5℃，或者是超过35℃时，应停止施工，以避免因温度不适宜而影响泡沫混凝土的施工质量。此外，若遇到阵雨天气，或者是大风天气，为防止出现裂缝，也需停止施工，并采取有效的防雨措施，以降低雨水对泡沫混凝土施工质量造成的不良影响。始终坚持严格的质量控制和精细的施工管理，以确保泡沫混凝土在案例工程中发挥出最大的作用和效益。

　　(3)泡沫混凝土的养护。和传统混凝土相比，泡沫混凝土具有重量轻、隔热性能好、吸水率低、施工方便等特点，但水泥依然是主要材料。水泥和水相遇后会发生水化反应，释放出热量，若水化热得不到有效散失，则会导致泡沫混凝土内部和外部出现温度差，形成温度应力，从而引起温度裂缝，影响屋面施工质量和抗渗能力。因此，必须做好养护管理工作。本工程规模大，工期长，为追赶施工进度在一年四季都有施工。不同季节外界气温差异较大，需采用有针对性的养护方法。比如，夏季气温高，干燥炎热，为防止泡沫混凝土出现裂缝，每天需要浇2次水进行保湿控温养护;冬季气温低，不能采取洒水养护的方法，需要覆盖上草席、土工布、棉织物等进行保温养护。在配制泡沫混凝土时使用的水泥种类不同，养护时间也不相同。若采用普通硅酸盐水泥，则养护时间应控制在7d以上;若采用矿物质水泥，或者是加入外加剂，则养护时间需要控制在14d以上。在整个养护期间都要做好管理工作，严禁在屋面养护层上堆积其他重物和人员行走，以免破坏泡沫混凝土内部气泡结构。养护工作结束后，及时开展砂浆找平层施工，形成一层封闭的保护膜，保护泡沫混凝土免受破坏。

　　4.泡沫混凝土施工质量控制措施

　　泡沫混凝土是一种轻质、高强度、保温隔音性能良好的建筑材料，具有非常明显的优势。然而，在实际施工中，影响施工质量和效果的因素比较多，因此需要严格把控好每个施工细节，方可保障施工质量。在本工程屋面找坡施工中应用泡沫混凝土时，采取了以下施工质量控制措施。

　　首先，对原材料的质量进行了严格的控制。确保所使用的水泥、砂、水和发泡剂等原材料符合相关标准和规定，并在施工前进行了检验和验收。对于发泡剂的控制，按照规定的比例和时间加入混凝土中，并严格控制发泡剂的用量。

　　其次，注重对施工工艺的控制。在施工过程中，控制混凝土的搅拌时间和搅拌强度，确保混凝土的均匀性和稳定性。同时，注意控制混凝土的坍落度和浇筑速度，以避免出现空洞和裂缝等质量问题。再次，采取了有效的养护措施。在混凝土浇筑后，及时进行养护，包括覆盖保湿、喷水养护等措施，确保混凝土在硬化过程中不受外界环境的影响。

　　最后，进行检验验收的控制。在施工完成后，对混凝土强度、密实度、空洞率等指标进行了质量验收，确保施工质量符合相关标准和规定。

　　通过以上措施的实施，可成功保障泡沫混凝土在本工程屋面找坡施工中的质量和效果。这些措施不仅有助于提高施工质量，也有助于增强建筑物的保温隔音性能和安全性。

　　5.效益分析

　　该工程在屋面找坡施工中采用了泡沫混凝土，取得了极佳的施工效果。与常规混凝土屋面找坡相比，泡沫混凝土展现了其卓越的保温隔热性能，同时，由于其自重较轻，使得隔音、防水、防渗漏等效果也得以显著提升。这一选择不仅有效地降低了建筑工程主体结构的荷载，还对整体建筑结构的稳定性及耐久性起到了积极的提升作用。此外，泡沫混凝土的应用也充分符合可持续发展理念下的节能减排要求，实现了良好的经济效益、社会效益及环保效益。泡沫混凝土在本工程施工中的成功应用经验，无疑为类似工程应用泡沫混凝土提供了宝贵的参考和指导。

　　结 语

　　本文结合理论实践，分析泡沫混凝土的性能及应用，结果表明，随着我国经济建设的不断发展，建筑业在国民经济中所占比例将越来越大。因此，在保证建筑质量的前提下，降低建筑工程能耗，提高建筑物使用功能，成为急需解决的问题。泡沫混凝土材料的研究开发及应用是目前建筑业可持续发展的一个重要方面，也是我国建筑节能工作中的一个重要方面。在实际应用中，为最大化发挥出泡沫混凝土的作用和价值，需要切实做好施工前的准备工作，加强每道工序的控制，保证各项指标和性能满足建筑工程施工要求。（董 攀 刘 群）