國(guó)外泡沫混凝土生產(chǎn)與應(yīng)用管窺

　　【摘要】泡沫混凝土的特性，其制品的生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備、材料檢測(cè)及應(yīng)用。

　　【關(guān)鍵詞】CLC；國(guó)外泡沫混凝土及其制品；材料特性；生產(chǎn)工藝；產(chǎn)品應(yīng)用

　　1  關(guān)于泡沫混凝土

　　泡沫混凝土在歐洲和日本等地被稱做輕質(zhì)蜂窩混凝土，即Cellular Lightweight Concrete(以下稱CLC), 是把采用物理方法制成的泡沫，與由砂或其他同質(zhì)材料、水泥和水制成的拌和漿料經(jīng)過均勻攪拌而形成的一種流體性建筑材料。將本材料進(jìn)行模箱澆注成型，再經(jīng)過常溫養(yǎng)護(hù)和后期切割加工，便可制成多種規(guī)格的建筑材料制品。

　　在歐洲等地, CLC在原材料取材、生產(chǎn)工藝技術(shù)、制品體現(xiàn)的物理特性、應(yīng)用領(lǐng)域以及生產(chǎn)設(shè)備投入及其運(yùn)行維護(hù)成本等，與傳統(tǒng)建筑材料相比，都具有顯著的差異和優(yōu)勢(shì)：CLC制品生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，原材料取材廣泛且不必深加工，不必高溫高壓蒸養(yǎng)，規(guī)格多樣，容重、強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)任意可調(diào)，質(zhì)輕、抗壓和抗折強(qiáng)度高、吸水率低、收縮率低、保溫隔熱降噪阻燃性能好、抗凍融性能好，可流動(dòng)（現(xiàn)場(chǎng)）生產(chǎn)，砌筑施工方便。

　　CLC的主要原材料是砂子、水泥、水和少量添加劑，無(wú)須或微量使用石灰、石膏等；也可使用部分工業(yè)廢棄物如粉煤灰、爐渣、礦渣等。砂子為普通（水洗）砂，粒徑根據(jù)產(chǎn)品容重的不同分別為0.05~4mm。生產(chǎn)填充材料時(shí)，一般為2mm以內(nèi)，不必經(jīng)過磨細(xì)；水泥為普通硅酸鹽水泥。

　　CLC制品從規(guī)格上分板材、砌塊和非標(biāo)制品三大系列，其中的板材可以加入鋼筋或纖維物質(zhì)以提高抗壓強(qiáng)度和抗折彎強(qiáng)度。每個(gè)系列產(chǎn)品又有多種規(guī)格尺寸。當(dāng)然，還可根據(jù)市場(chǎng)和用戶需要生產(chǎn)非標(biāo)產(chǎn)品；另外，還可在施工場(chǎng)地隨時(shí)加工成所需要的尺寸和形狀。

　　CLC制品的吸水率低，抗凍融指標(biāo)高，隔熱隔音效果好，防火等級(jí)高，強(qiáng)度指標(biāo)最大可達(dá)20兆帕以上，容重范圍一般在100-1600公斤/立方米之間；既可以用做承重材料，又可做填充材料；既可以用于內(nèi)墻隔斷，也可用于外墻砌筑；還可以作為屋頂和屋面材料。

　　CLC屬節(jié)能降耗的環(huán)境友好型建材：在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，它具有免除高溫高壓蒸養(yǎng)和鋼筋防銹處理，一次澆注成型，節(jié)約生產(chǎn)性資源（如原材料、煤、電等）等特點(diǎn)；在建筑應(yīng)用中又有節(jié)省砌筑沙漿，免除內(nèi)外墻外掛灰膏，節(jié)約砌筑時(shí)間，省去附加保溫材料（如聚苯板、礦棉等），并可鋸、切、刨、鉆、釘、粘等優(yōu)點(diǎn)；在居住使用中，由于CLC特有的保溫隔熱性能，它能達(dá)到65%以上的建筑節(jié)能效果，大量節(jié)約煤、電資源，方便生活。

　　2．國(guó)外泡沫混凝土及其制品的生產(chǎn)

　　如上所述，CLC采用水泥、砂和發(fā)泡劑為主要原材料，同時(shí)還可以加入一定量的粉煤灰、尾礦粉等工業(yè)廢棄物，經(jīng)過配比、計(jì)量、攪拌混合而成。在歐洲及其他海外國(guó)家,大多CLC及其制品的生產(chǎn)廠家采用兩個(gè)相連的但又可以相對(duì)獨(dú)立的工藝階段生產(chǎn)CLC及其制品。

　　由德國(guó)利瑪有限公司設(shè)計(jì)和制造的典型CLC制品生產(chǎn)的工藝路線和生產(chǎn)線布局是：

　　確定物料的物理成分和CLC及制品性能指標(biāo)→ 選擇相應(yīng)材料配合比→ 原材料配比與計(jì)量→ 混合攪拌→ CLC材料成品裝罐或注?！?產(chǎn)品養(yǎng)護(hù)→產(chǎn)品脫模和靜停→上線切割加工→制品碼垛包裝→堆場(chǎng)存放、出廠。

圖1  典型CLC制品生產(chǎn)的工藝路線和生產(chǎn)線圖

　　由上圖可見，經(jīng)過材料成分測(cè)試和確認(rèn)的砂、水泥和水等原材料,經(jīng)過精確計(jì)量進(jìn)入攪拌工序均勻拌和并生成工藝要求的混凝土材料；同時(shí)專門的泡沫制備機(jī)械按照一定的配比將發(fā)泡劑稀釋并生成符合工藝要求的泡沫；接下來(lái)，混凝土材料再和泡沫經(jīng)過機(jī)械加工，便成為符合工藝要求的泡沫混凝土了。

　　泡沫混凝土按照用途可以分為流體材料和固體材料；流體材料可以直接裝罐使用，而固體材料則需要注模、硬化、切割等后續(xù)加工。在歐州和亞洲有許多國(guó)家投入使用的德國(guó)利瑪有限公司設(shè)計(jì)制造的典型后續(xù)加工生產(chǎn)線可如下圖所示：

圖2  德國(guó)利瑪有限公司設(shè)計(jì)制造的典型后續(xù)加工生產(chǎn)線圖

　　由圖2可見，硬化后的CLC材料經(jīng)過在線加工：立面銑削處理、縱向切割、橫向切割、碼垛等若干工藝階段，便成為符合工程需要的固體建筑材料制品，如條板、砌塊等。

　　設(shè)在蘇黎世的瑞士聯(lián)邦材料測(cè)試實(shí)驗(yàn)中心曾經(jīng)對(duì)特定配方下CLC的技術(shù)性能做了檢測(cè)和實(shí)證分析，這里我們僅介紹幾個(gè)比較重要的測(cè)試結(jié)果及其分析圖表：

圖3   CLC條板的抗折彎測(cè)試結(jié)果圖

　　以上橫坐標(biāo)表示天數(shù)，縱坐標(biāo)表示綜合強(qiáng)度，右側(cè)數(shù)字代表容重。該測(cè)試的結(jié)果表明：

　　● 條板的纖細(xì)度不能低于1/20；

　　● 完全承重下的偏離應(yīng)該少于整個(gè)跨度的1/350。

　　● l條板應(yīng)該加筋，鋼筋應(yīng)力為1600公斤/厘米

　　● 條板裂紋可控制在0.15mm以內(nèi)。

圖4  抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

　　橫坐標(biāo)代表CLC材料的容重，縱坐標(biāo)代表相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)（牛頓/平方毫米）。淺顏色的線代表CLC材料，深顏色的線代表普通水泥材料。

圖5  吸水指標(biāo)的比較分析

　　橫坐標(biāo)從左向右依次代表CLC材料、灰沙磚、普通混凝土材料和黏土磚；縱坐標(biāo)代表吸水率）。我們以黏土磚的吸水率為100%推算出其他種材料的比值：CLC材料（900公斤容重）為14%；灰沙磚為37%，普通混凝土材料為56%。

圖6  熱傳導(dǎo)指標(biāo)測(cè)試分析

　　橫坐標(biāo)代表CLC材料的容重，縱坐標(biāo)代表熱傳導(dǎo)值（瓦/米.卡）。淺顏色的線代表CLC材料，深顏色的線代表普通水泥材料。

　　這里有必要強(qiáng)調(diào)：檢測(cè)結(jié)果只是參考性和示意性的；以上數(shù)據(jù)或圖解并不代表CLC作為建筑材料的全部質(zhì)量指標(biāo)體系；每一種原材料的具體特性、它們的配比（包括計(jì)量精度）以及機(jī)械拌和質(zhì)量，才是最終決定CLC質(zhì)量指標(biāo)的主要因素。而這恰恰體現(xiàn)了CLC及其制品的主要特色和優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槊總€(gè)CLC的生產(chǎn)商都可能根據(jù)工程的實(shí)際需要，通過變化原材料品種以及配比，通過優(yōu)化工藝和設(shè)備，達(dá)到不同的質(zhì)量指標(biāo)。

　　3．國(guó)外泡沫混凝土的應(yīng)用

　　作為一種在密實(shí)度和強(qiáng)度等指標(biāo)方面有著大跨度范圍特點(diǎn)的混凝土材料，CLC制品在歐洲以及日本、東南亞等地區(qū)，有著廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)空間。

　　房屋建筑是CLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域。在歐洲和日本，大多數(shù)建筑工程施工單位都采用低密度、低強(qiáng)度、低導(dǎo)熱、高防火等級(jí)的CLC制品作為建筑內(nèi)外墻體以及屋頂屋面材料。

　　（1）應(yīng)用于復(fù)合墻體的建筑結(jié)構(gòu)：這時(shí)，CLC被制成600×400×(50~200)mm板塊，配合其他作為主墻體的材料，如多孔混凝土制品（AAC條板或砌塊）或黏土空心磚、灰砂磚等，最終形成復(fù)合保溫墻體。例如，德國(guó)塞拉集團(tuán)下屬某工廠生產(chǎn)的低密度、低強(qiáng)度、低導(dǎo)熱的板材，采用德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)板材規(guī)格，密度120kg/m3，強(qiáng)度0.35MPa，導(dǎo)熱系數(shù)0.045W/(m?K),吸水率低于0.6%。這種材料被廣泛地應(yīng)用于：

　　● 屋頂保溫層：采用同質(zhì)泡沫混凝土漿加黏合劑，將本材料直接砌貼在屋頂，然后進(jìn)行表面處理和涂裝；

　　● 屋面保溫層：做好承重層后，同樣采用同質(zhì)泡沫混凝土漿加黏合劑，將本材料直接砌碼在屋面，然后再做防水處理和表面裝飾性施工；

　　● 內(nèi)外墻保溫墻面：主墻體完工后，將CLC條板內(nèi)貼或外掛于內(nèi)墻或外墻墻面，再進(jìn)行墻面表層處理。

　　值得注意的是，目前在德國(guó)等歐洲主要國(guó)家，大都采用外掛方式使用CLC制品，從而達(dá)到墻體保溫隔熱的功效；而在日本等國(guó)家，大多數(shù)建筑采用內(nèi)掛方式，即把CLC做成與墻體等高的條板，在現(xiàn)場(chǎng)直接砌貼在內(nèi)墻面，達(dá)到同樣的效果。

　?。?）應(yīng)用于單一墻體的建筑結(jié)構(gòu)，這在德國(guó)、日本等國(guó)家是一個(gè)逐漸流行的趨勢(shì)。CLC或作為框架填充墻體材料，適合于高層建筑；或作為主墻體砌筑材料，適合于廠房和民居等矮層建筑。德國(guó)利瑪有限公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的年產(chǎn)30萬(wàn)平方米墻體預(yù)制生產(chǎn)線，將CLC（或其他多孔混凝土）條板或砌塊在生產(chǎn)車間進(jìn)行自動(dòng)裁剪、拼裝和窗口、門口預(yù)留加工，形成符合建筑施工圖紙要求的單面墻體，然后再將這些墻體運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行房屋的拼裝建造與內(nèi)外裝飾施工。下圖就是德國(guó)南部上施瓦本地區(qū)一個(gè)民用建筑工地的建設(shè)場(chǎng)景：

圖7  德國(guó)南部上施瓦本地區(qū)一個(gè)民用建筑工地的建設(shè)安裝圖

　?。?）應(yīng)用于單一墻體砌筑的建筑施工，這在泰國(guó)等東南亞國(guó)家逐步成為建筑施工的主流-單塊和單板砌筑作為內(nèi)墻和外墻的唯一砌筑材料，制品在施工現(xiàn)場(chǎng)由人工操作，砌筑成墻體。下圖是曼谷市郊一別墅建筑的內(nèi)外墻體，所用材料為CLC砌塊，規(guī)格為600×200×75mm。

圖8  CLC砌塊作為別墅建筑的內(nèi)外墻體圖

　　（4）其他應(yīng)用領(lǐng)域，如：

　　● 孔穴填充：由于CLC有良好的流體特性和較低的剪切力，它被廣泛地用做管道、箱體、井穴、礦井及其他中空物體內(nèi)的價(jià)格低廉的填充材料。

　　● 砌體或墻體現(xiàn)澆：建筑物（生產(chǎn)設(shè)施、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施等）施工時(shí)，可以采用鋼木結(jié)構(gòu)模板澆注CLC作為填充材料的建筑構(gòu)造，這種方法可以應(yīng)用于墻體成型前或其后。

　　● 室內(nèi)地面保溫隔音層現(xiàn)澆：尤其適合地面采暖的樓宇，將CLC直接澆注于地面，再鋪設(shè)供暖系統(tǒng)和保護(hù)層，既可阻止熱能的向下傳播，又可達(dá)到樓層間的隔音功效。

　　道路施工：在道路建設(shè)中，CLC可以用做代替或輔助石子的路基。這尤其適用于軟路基上的施工。

　　參考文獻(xiàn)

　　1．Properties of Concrete, by A.M.Neville, Longman Group Ltd. England, 1995

　　2．Ein Beitrag zum zeitabhaengigen Verhalten von hochfenstem Beton und hochfenstem Moertel, by A.Pesch, Dissertation, Darmstadt, 1997

　　【作者簡(jiǎn)介】：李國(guó)強(qiáng)，男，1963年11月生，講師職稱，德國(guó)利瑪有限公司天津代表處負(fù)責(zé)人。