何艷君:泡沫混凝土多功能材料的性能與用途

　　0前言

　　泡沫混凝土是一種輕質(zhì)多孔材料。它與泡沫玻璃、泡沫陶瓷、泡沫鋁并稱為四大無機泡沫材料，是四大無機泡沫材料中產(chǎn)銷量最大、最有發(fā)展前景的品種。

　　泡沫混凝土是自水泥混凝土產(chǎn)生100多年來最重大的科技進步之一。它將重質(zhì)的水泥混凝土輕質(zhì)化、功能化，賦予它輕質(zhì)、保溫、隔熱、吸聲、隔聲、耐火、防火、抗?jié)B、防水、抗沖擊波、抗電磁波、透水、透氣、過濾、抗腐蝕、保水、吸能等幾十種功能。是迄今為止功能最多的大宗無機輕質(zhì)材料之一。它的發(fā)明與應用，為混凝土開辟了一個特種應用領(lǐng)域。未來，泡沫混凝土將深刻影響人們的生活，造福于社會方方面面。其重大意義將會在日后很快顯現(xiàn)。

　　1  保溫隔熱應用

　　泡沫混凝土內(nèi)部包含大量封閉氣孔，氣孔內(nèi)不流動的空氣是很好的絕熱介質(zhì)，可切斷熱交換。其密度越低、氣孔越多、絕熱性就越好。特別是密度低于500㎏/m?的泡沫混凝土，其導熱系數(shù)小于0.09w/m.k。通常把導熱系數(shù)低于0.23的材料稱為絕熱材料，把低于0.14的絕熱材料稱為保溫材料。泡沫混凝土大多數(shù)均低于0.14，多數(shù)低于0.09，因而是良好的保溫隔熱材料。

　　1.1  建筑保溫隔熱應用

　　建筑保溫隔熱是泡沫混凝土主要應用領(lǐng)域，目前占泡沫混凝土總產(chǎn)量的80%用于建筑保溫。它的良好保溫性能與建筑節(jié)能的政策拉動，促使它在建筑保溫領(lǐng)域開始規(guī)模化應用。目前，開發(fā)應用的重點已開始向墻體轉(zhuǎn)移，下一輪應用熱潮，將會主要是自保溫墻體。各種泡沫砌塊、泡沫墻板、泡沫現(xiàn)澆墻體、各種復合結(jié)構(gòu)外墻外保溫板等已在各地紛紛推出，其規(guī)?；a(chǎn)應用已拉開了序幕。從全國總體來看，泡沫混凝土在建筑保溫的應用，已從初期發(fā)展到全面推廣應用階段，在3~5年內(nèi)將出現(xiàn)應用高峰。

　　建筑保溫若全部應用泡沫混凝土，包括屋面隔熱保溫層，墻體保溫層，地暖保溫層（或墊層），等于用泡沫混凝土把整個屋子包起來，一平米建筑面積大約需要0.2m?～0.5m?泡沫混凝土（屋頂、地面、四壁均以5cm保溫層計算），一座1萬平米建筑面積的建筑，就需泡沫混凝土2000m?～5000 m?。全國的新建建筑及原有節(jié)能改造若均采用泡沫混凝土，其需求量將是天文數(shù)字。

　　1.2  管道及熱工設備保溫

　　目前，我國熱力管道及熱工設備對保溫材料的需求量為250萬m?/年，僅一個電廠就需保溫材料2-5萬m?，北方冬季供暖熱力管道及工廠熱力管道度保溫材料的需求更為驚人。目前的主導產(chǎn)品礦棉類無機纖維使人皮膚瘙癢、吸水性強、價格高，也急需換代，泡沫混凝土在這一方面也會大有作為。1957年前后，我國曾利用蘇聯(lián)技術(shù)生產(chǎn)應用了6萬m?泡沫混凝土熱力管道保溫外殼，用于大連電廠及峰峰電廠的熱工管道保溫。后因中蘇關(guān)系惡化而停止生產(chǎn)。這表明泡沫混凝土取代無機纖維棉是可行的。目前，泡沫混凝土尚無在這一領(lǐng)域應用，急需開發(fā)。

　　熱力管道保溫的主要產(chǎn)品為預制管道保溫外殼及異形材，也有保溫面板。

　　1.3  冷庫保溫

　　冷庫保溫現(xiàn)使用泡沫塑料。因泡沫塑料易老化萎縮和易燃，因此發(fā)達國家均改為泡沫混凝土澆筑或砌筑保溫層，我國也已開始取代。其主要采用整體現(xiàn)澆，屋面、墻體、地面全部泡沫混凝土現(xiàn)澆，無冷橋，無縫隙。

　　1.4  工業(yè)爐窯保溫

　　其主要產(chǎn)品為耐火保溫磚。

　　鋼鐵廠、玻璃廠、陶瓷廠、有色金屬冶煉廠、水泥煅燒窯等大型工業(yè)爐窯，為降低能耗，在耐火磚外側(cè)，需砌筑一層保溫耐火磚。原多使用漂珠磚、氧化鋁泡沫磚，價格極高，我國已開始采用泡沫混凝土耐火磚取代高價傳統(tǒng)產(chǎn)品，價格不到其一半，很有競爭力。

　　2  吸聲隔聲應用

　　開孔泡沫混凝土是極好的吸聲材料，而閉孔泡沫混凝土又是極好的隔音材料，二者都有極大的市場，特別是吸音材料，前景更好。

　　通常把平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料稱為吸聲材料。其傳統(tǒng)產(chǎn)品有兩類：纖維類（巖礦棉板等）及多孔類（泡沫塑料及泡沫玻璃等）。泡沫混凝土屬新型多孔類吸聲材料，它的平均吸聲系數(shù)為0.8~1.4，屬強吸聲材料，可達一級或二級標準。它在以下幾個方面的應用有很大的市場及競爭優(yōu)勢。

　　2.1  室外吸音材料（公路、鐵路吸音屏障）

　　泡沫混凝土室外吸音材料市場主要是高速公路及鐵路兩旁的吸聲屏障。我國未來大力發(fā)展鐵路公路，吸聲屏障至少有3000萬m?以上的需求。目前道路用吸聲屏障主要是碎木屑水泥板及泡沫玻璃板。前者吸聲系數(shù)很低，不能滿足高速鐵路的需要，且不美觀，后者價格太高。而泡沫混凝土吸聲性能好，可滿足任何道路吸聲要求，而價格卻很低，我們應不失時機開發(fā)。

　　2.2  室內(nèi)墻面吸聲

　　室內(nèi)吸聲有吸聲吊頂及吸聲墻面。泡沫混凝土在墻面吸聲上有很大市場優(yōu)勢。它與巖礦棉等纖維吸聲板相比，沒有切割安裝時讓渾身刺癢的缺點，且強度好，價格也低。在地鐵墻面，本產(chǎn)品將大有市場，在大型商場、車站候車室、影劇院、會議廳等其他建筑墻面也有極大的市場。

　　2.3  隔聲夾芯復合板（隔斷薄板）

　　現(xiàn)有的室內(nèi)隔斷均是在木龍骨兩側(cè)安裝5~10㎜的紙面石膏板，墻內(nèi)是空的，不隔聲，也不堅固，還無法釘釘子。泡沫混凝土復合隔聲板5㎝厚，占空間小，兩表面為彩色裝飾面層，中間為4㎝厚泡沫混凝土，隔斷作用與隔聲作用兼有，安裝快一倍，受到消費者歡迎。

　　3  吸能功能應用

　　3.1  機場防護吸能應用

　　泡沫混凝土具有極強的抗沖擊性能。用大錘能把普通混凝土砸破，但難以砸破泡沫混凝土。利用它的這種吸能性，國外已經(jīng)研發(fā)和應用了一批高附加值產(chǎn)品，如飛機場安全防護泡沫塊、賽車場安全防護泡沫塊、公路事故易發(fā)地帶安全防護泡沫塊等。當飛機、汽車因失控沖出跑道或道路時，進入發(fā)泡塊防護帶，由于泡沫塊的沖擊力吸收性能，使其停滯并保護飛機或車輛無損。

　　3.2  射擊和爆炸吸能防護在軍事上的應用

　　泡沫混凝土對子彈沖擊波及爆炸沖擊波具有良好的吸收作用，可大大降低射擊及爆炸的破壞力。在抗爆炸方面，具有開發(fā)意義的產(chǎn)品有軍用、民用兩類：

　　3.2.1  軍用

　　泡沫混凝土可用于各種地下或地上軍事工程、彈藥庫等。在其工程墻體和頂部增加幾十厘米泡沫混凝土（現(xiàn)澆或砌筑）可降低爆炸破壞力。目前已在我軍開始應用。另外，組裝式泡沫混凝土防震指揮所、戰(zhàn)地醫(yī)院用房屋，具有極大開發(fā)價值。

　　3.2.2  民用

　　抗爆泡沫混凝土主要應用于炸藥庫、易爆化工原料庫、易爆設備廠房，當其發(fā)生事故時，可減少爆炸破壞力，降低損失。

　　4  抗電磁輻射的應用

　　泡沫混凝土是優(yōu)異的電磁屏蔽材料，可吸收和消除電磁波。近來，它開始在電磁輻射較大的軍事及民用建筑中使用，其產(chǎn)品為防輻射板，需求量較大，特別是在軍工方面。估計目前的國內(nèi)市場需求約每年50萬㎡，其出口市場會更大，因發(fā)達國家需求很大（我們有美國樣品）。

　　5  透水及過濾功能的應用

　　開口率達80%以上的泡沫混凝土具有優(yōu)異的透水及過濾功能，使它應用前景廣闊。

　　5.1  透水透氣應用

　　5.1.1  透水地磚

　　北京仁創(chuàng)集團開發(fā)的透水磚受到胡錦濤總書記的高度評價，但由于其價格較高無法普及，只用于一些高檔場所。我們研制的泡沫混凝土透水磚，透水能力與之相同，但成本只有其1/5-1/10，可普及應用。

　　5.1.2  透氣植草地面。

　　透水磚也是透氣磚。透水透氣可使植物在泡沫混凝土地面下生長，并穿過孔隙長到地面上，形成綠化植被。美國利用這一點，開發(fā)了泡沫混凝土垃圾場現(xiàn)澆覆蓋、公路鐵路及堤壩河岸的護坡現(xiàn)澆覆蓋、沙土地防沙覆蓋。用泡沫混凝土澆筑后仍可長草，解決了覆蓋混凝土與綠化長草的矛盾。

　　5.2  過濾應用市場

　　5.2.1  河沙水過濾

　　全國各地從河水中撈砂者甚多，撈出的砂子要讓水盡快濾除。采用泡沫混凝土作濾水層，又快又好，在全國有很大的推廣應用價值。其他如水淬礦渣、工業(yè)殘渣等均可使用此過濾板。

　　5.2.2 工業(yè)機械過濾層

　　將泡沫混凝土制成過濾機的濾芯，成本低，濾水效果好，可取代價高而難制的泡沫陶瓷濾芯。

　　6  防火功能的應用

　　6.1  防火門

　　防火門是中高層建筑為切斷火災蔓延而設的大型提升門，為建筑規(guī)范所必不可少的防火構(gòu)造，我國現(xiàn)有建筑每年約有六億元的市場需求。2009年3月實行的新的防火門標準，把防火等級提高，原有產(chǎn)品都不符合標準，各廠家均在研發(fā)泡沫混凝土防火門芯。這一市場目前急需供貨而尚沒有滿意產(chǎn)品，開發(fā)前景特別看好。

　　6.2  防火板

　　發(fā)泡防火板，防火性更強，發(fā)泡后密度降至800㎏/m?，輕質(zhì)性突出，具有很大市場優(yōu)勢。北京、山東等地一些企業(yè)，均使用我方發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)防火板，十分成功，有推廣意義。

　　7  抗?jié)B防水功能的應用

　　閉孔性泡沫混凝土具有憎水性，滴上水呈荷葉露珠效應，因此其抗?jié)B防水優(yōu)異。這種泡沫混凝土有兩大應用市場：

　　7.1  建筑防水及工程防水

　　在建筑所有需要防水的部位如屋面、地下室、衛(wèi)生間等澆筑或砌筑泡沫混凝土，可省去防水劑，且達到永久防水，克服防水涂料易脫落失效的缺點。用其代替防水材料，成本低、壽命長，更具競爭性。在水利工程如水渠、水池、水塔、游泳池、地下軍事工程、隧道、堤岸、魚塘、人工湖等防水抗?jié)B方面，均可使用泡沫混凝土砌筑或澆筑，省去所有防水材料，它既是結(jié)構(gòu)材料，又是防水材料有很大優(yōu)勢。

　　7.2  地下及水中工程抗氯離子侵蝕應用

　　在氯離子含量大的土壤內(nèi)或水中，混凝土工程的基座、基樁、橋墩等，都可能遭受氯離子侵害。假如在這些工程結(jié)構(gòu)的外部砌筑或澆筑一層泡沫混凝土保護層，由于泡沫混凝土不透水，氯離子就不會由水攜帶侵蝕混凝土。目前這一技術(shù)在我國已有應用。

　　8  輕質(zhì)降密填筑功能的應用

　　8.1  輕質(zhì)填筑應用

　　道路回填如引橋填筑、軟基路段填筑、橋臺臺背填筑、斜坡路基代土填筑、道路加寬填筑、凍土地帶地基填筑、橋面兩側(cè)人行道填筑、溶巖覆蓋層填筑、抗凍保溫澆筑、橋墩基坑回填等幾十項應用。這方面的應用，日本非常發(fā)達，美歐也很廣泛。我國已從日本引進技術(shù)，廣東冠奧路橋公司在國內(nèi)已做了大量道路工程，交通部積極推廣，其發(fā)展態(tài)勢良好。如市場開發(fā)起來，工程量很大。

　　建筑回填已應用的有補償?shù)鼗?，地下室及地下廣場的頂層覆蓋回填，樓層輕質(zhì)地面墊層等。其中，樓面墊層工程量最大，它主要用于澆筑覆蓋室內(nèi)地面管線（電視、空調(diào)、電腦、照明、音響、電話等線路），原使用焦渣墊層，現(xiàn)已改為泡沫混凝土。不做地暖的多層建筑都要有墊層，一棟樓就要有幾萬㎡的澆筑量。奧運期間，我們曾承接了國家郵電會議中心大樓的地面墊層工程。另外，地下工程的頂層回填工程量也很大，奧運工程地下通道頂層就回填了8000m?泡沫混凝土。

　　9  輕質(zhì)裝飾材料及園林制品的應用

　　這方面的應用附加值很高，是泡沫混凝土利潤較大的應用領(lǐng)域之一，且市場面大、產(chǎn)品多、生產(chǎn)者少、非常有前景。

　　9.1  室內(nèi)輕質(zhì)裝飾品

　　泡沫混凝土的輕質(zhì)性，使它很適合生產(chǎn)仿金仿銀仿古壁畫、掛件，藝術(shù)裝飾板、室內(nèi)擺件等。這些制品原使用石膏生產(chǎn)，強度差，后改為樹脂、菱鎂，但重量大。許多廠家以發(fā)泡降密減重，南京、福建、廣東等許多裝飾品公司都生產(chǎn)發(fā)泡工藝品。

　　9.2  外墻輕質(zhì)裝飾磚

　　這方面已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品有：大理石或花崗巖飾面泡沫混凝土裝飾外墻掛板、瓷磚（3㎜）飾面泡沫混凝土掛板、藝術(shù)混凝土飾面泡沫混凝土掛板、鋁塑板飾面泡沫混凝土掛板。

　　9.3  輕質(zhì)園林制品

　　這類產(chǎn)品主要有：仿木仿竹葡萄架、仿木仿竹建筑構(gòu)件、仿木仿石露天桌凳、仿木仿橋石、仿木仿石欄桿、仿木仿石花池、透氣藝術(shù)高檔花盆、微孔假山石及假山，可漂浮于水面的景觀荷花燈、仿真王蓮和荷葉、漂浮假山等。其中，透氣花盆有較大的出口前景。

　　10  漂浮性能的應用

　　10.1  海上漂浮操作平臺

　　國外已利用泡沫混凝土制造海上石油鉆井平臺及其它操作平臺，具有造價低，不易發(fā)生沉沒事故等優(yōu)點。2008的年冬，廣東某石油企業(yè)曾就此向我們進行過技術(shù)咨詢，擬建海上平臺。隨著海上石油開采業(yè)及國防建設的快速度發(fā)展，我國的工業(yè)及軍事海上泡沫混凝土平臺將會在未來獲得應用。

　　10.2  海上風力發(fā)電機漂浮基座

　　目前國外大力發(fā)展海上風力發(fā)電。其海上風力發(fā)電機已廣泛采用泡沫混凝土漂浮基座。我國目前也正在發(fā)展海上風力發(fā)電，泡沫混凝土企業(yè)應積極配合，開發(fā)其漂浮基座。圖1為國外以泡沫混凝土為基座的海上風力發(fā)電機。

　　10.3  水上漂浮住宅和漁村

　　國外在水災多發(fā)地區(qū)，大量應用泡沫混凝土基礎(chǔ)平臺，建造水上住宅（見圖2）。這種住宅的房屋在遭遇水災時可漂浮在水面上，保護居民安全。另外，我國的水上漁村大多以船為家，幾百艘甚至幾千艘漁船排成水上街巷，漁民生活艱苦，建議新漁村建設采用泡沫混凝土建造，使?jié)O民有一個漂浮式的固定住宅

　　             1、泡沫混凝土為基座的海上風力發(fā)電機                                      2、漁民水上漂浮住宅

　　10.4  漂浮人工島

　　在香港，澳門及我國其它沿海土地緊缺地區(qū)，現(xiàn)在主要的造地方式是填海，工程量大。若改用泡沫混凝土建造漂浮人工島，造價要遠低于填海，且不存在淹沒及水災問題。這方面的應用將會大有作為。

　　10.5  水上賓館、水上餐廳、水上游樂園

　　國外已開發(fā)應用泡沫混凝土基礎(chǔ)平臺及建筑結(jié)構(gòu)的水上賓館、水上餐廳、水上游樂園等各種水上商業(yè)建筑，在我國則仍為空白。目前我國的水上餐廳、水上賓館、水上樂園多為鐵船或木船，不耐老化且造價高，應大力推動泡沫混凝土在這方面的應用。

　　11  煤井及其它礦井的應用

　　11.1  礦井巷道頂板冒落空洞充填

　　我國此項技術(shù)的應用早在上世紀九十年代初期已經(jīng)開始。開灤礦業(yè)集團當時就曾成功應用這一技術(shù)治理了錢家營礦特大冒頂事故。此項技術(shù)最初是由我國煤炭科學研究院北京開采研究所從國外引進技術(shù)，并根據(jù)我國國情加以改進，在在煤礦冒頂治理中推廣應用的。

　　11.2  煤礦采空區(qū)回填

　　和以前的砂土回填及普通混凝土回填相比，泡沫混凝土回填具有充填速度快，材料用量少，回填成本低，填充穩(wěn)定性好等綜合優(yōu)勢。特別是在采空需搬遷村鎮(zhèn)區(qū)，可避免搬遷，回填成本只相當于搬遷成本的十分之一，具有很突出的經(jīng)濟效益。一個千人村鎮(zhèn)，搬遷費往往數(shù)億元，而采用泡沫混凝土邊采邊回填，則只需幾千萬元。

　　11.3  礦井支護制品

　　煤礦礦井的泡沫混凝土支護墩柱，是近年發(fā)達國家開發(fā)應用的高技術(shù)支護制品，在美國、澳大利亞已獲得廣泛的應用。目前，這一技術(shù)在我國也已經(jīng)應用，山西等地在中國礦大劉文濤博士指導下開始生產(chǎn)并用于礦井。將來有望在礦井巷道支護中大規(guī)模采用。

　　11.4  煤井密封墻體

　　煤井廢棄巷道不但會成為瓦斯氣體的危險散布通道，還降低井下的通風效果，必須予以密封。目前多采用修筑密封泡沫混凝土墻體。墻厚0.5～1m，可采用泡沫混凝土現(xiàn)澆，也可采用泡沫混凝土砌塊砌筑。目前，我國已有不少煤礦已采用此項新技術(shù)。其優(yōu)點是密封性好，用料少，可適應礦井圍巖的彈性變形。

　　11.5  礦井堵水

　　礦井下的堵水一直是一個技術(shù)難題，傳統(tǒng)堵水材料皆不是很理想。近年，國外已開始采用泡沫混凝土注漿堵水。由于泡沫混凝土閉孔率高，材料本身不透水，而且其彈性可吸收井壁的變形，因而堵水效果較好，是一項堵水新技術(shù)。

　　12  油田應用

　　在上世紀九十年代初期，美國將泡沫混凝土技術(shù)引入油氣田開采并獲得成功，并迅速在世界各地油田獲得應用，我國也在上世紀末引進此項技術(shù)，并在國內(nèi)各大油氣田先后采用，成為一項重要的油氣開采技術(shù)。

　　12.1  泡沫混凝土固井

　　以泡沫混凝土取代高價漂珠混凝土固井，具有成本低、泵送性好、施工速度快、密度任意可調(diào)、硬化體密實性好、不透氣、不透水、抗侵蝕能力強等一系列優(yōu)點。目前，這項技術(shù)已被世界各國認同，是未來固井的主要技術(shù)手段，我國也已在各大油田采用。

　　12.2  泡沫鉆井堵漏

　　在地層裂縫發(fā)育地區(qū)，油氣井的鉆井漏失，需要良好的堵漏技術(shù)。近年，采用微泡沫鉆井液提高鉆進速度，并利用粗泡沫堵漏，成為一項令人矚目的新技術(shù)，在我國也已開始應用。

作者：何艷君 （北京廣慧精研泡沫混凝土科技有限責任公司）