國(guó)外泡沫混凝土工程應(yīng)用進(jìn)展

　　【關(guān)鍵詞】本文介紹了泡沫混凝土的性能特點(diǎn)、國(guó)外泡沫混凝土的應(yīng)用情況、國(guó)外現(xiàn)有的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

　　【摘要】泡沫混凝土； 國(guó)外工程應(yīng)用；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

　　1  泡沫混凝土的性能特點(diǎn)

　　泡沫混凝土是一種預(yù)先制備好水膜泡沫，然后再與水泥（砂）漿混合，固化得到的一種特種水泥基材料。在英國(guó)過(guò)去10年里，其發(fā)展速度超過(guò)了任何其他特種混凝土，普遍公認(rèn)的數(shù)據(jù)，英國(guó)每年的泡沫混凝土用量大約為100萬(wàn)立方。泡沫混凝土的性能特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

　?。?）輕質(zhì)  根據(jù)泡沫摻量以及集料種類的不同，泡沫混凝土可制成150-1800kg/m3密度等級(jí)的材料，由于其含有大量的泡孔，是一種輕質(zhì)的材料，可應(yīng)用于對(duì)材料自身荷載有要求的領(lǐng)域。

　　（2）高流態(tài)  由于摻入的泡沫是水膜性的，在與水泥（砂）漿混合攪拌時(shí)，部分泡沫會(huì)破裂變成水，因此泡沫混凝土是一種大水灰比的材料，一般均在0.6以上，具有很高的流動(dòng)性，具有自密實(shí)的特點(diǎn)。

　?。?）低彈性模量（耗能減震）  泡沫混凝土的彈性模量值明顯低于普通的混凝土，其干密度在500-1500kg/m3時(shí)，其對(duì)應(yīng)的彈性模量在1.0-8.0KN/mm2之間。泡沫混凝土由于含有大量的微孔，因此具有很好的吸能減震的作用，泡沫混凝土的耗能機(jī)理可歸結(jié)為：①應(yīng)力波在相鄰介質(zhì)達(dá)到平衡前在泡沫混凝土泡壁與泡孔之間進(jìn)行多次的反射和透射，從而將一部分能量耗散；②動(dòng)載作用下泡沫混凝土材料本身可以產(chǎn)生大變形來(lái)消耗沖擊能量，泡沫混凝土相對(duì)于普通混凝土來(lái)說(shuō)，具有波阻抗低、大孔隙率的特性。比普通混凝土更容易進(jìn)入塑性階段，能夠更有效的反射和吸收沖擊能量，所以其應(yīng)力衰減效果比混凝土要好，而透射能量的衰減效果更是大大強(qiáng)于普通混凝土。

　?。?）保溫隔熱  泡沫混凝土是一種輕質(zhì)材料，容重在180-1400kg/m3時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.047-0.355 W/(m·K)之間，是很好的無(wú)機(jī)保溫隔熱材料。

　　（5）隔音  泡沫混凝土還是很好的吸音材料，由于其內(nèi)部含有大量的泡孔，當(dāng)聲波傳到材料中時(shí)，由于泡孔的存在，相當(dāng)一部分聲能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能或在漫反射中損耗掉，聲波被衰減，這就是泡沫混凝土吸音的基本原理。

　　2國(guó)外工程應(yīng)用領(lǐng)域

　　由于泡沫混凝土具有以上的獨(dú)特性能，使得其在下述工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，目前主要體現(xiàn)在以下方面：

　　2.1空洞填充工程

　　用砂石填充空洞，往往會(huì)產(chǎn)生沉陷等問(wèn)題。國(guó)外目前廣泛的采用泡沫混凝土來(lái)填充大型空洞，這些空洞包括廢棄的下水道、井、大型油罐、地窖、舊建筑的地下室、廢棄的地鐵等等。這主要是利用了泡沫混凝土的低成本和可以具有很高的流動(dòng)度的特點(diǎn)，其可以繞過(guò)障礙物，填充到空洞的每一個(gè)角落。一般用于填充的泡沫混凝土密度500-1000kg/m3，強(qiáng)度1-2N/mm2。

　　2.2路橋工程

　　在橋墩后面填充泡沫混凝土，可以減少對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力，也會(huì)起到降低沉陷風(fēng)險(xiǎn)的作用。泡沫混凝土也可以用于橋貼面、填充橋拱結(jié)構(gòu)間的空洞以及最終的橋面。而且在橋梁工程中，橋體結(jié)構(gòu)自重大，在橋堤連接處往往會(huì)出現(xiàn)地基沉降現(xiàn)象，橋堤與橋體出現(xiàn)一高一低斷面，車輛行駛在上面就會(huì)產(chǎn)生跳車的現(xiàn)象，所以有些工程也采用回填泡沫混凝土來(lái)平衡地基的沉降。

　　在道路建設(shè)工程方面比較著名的工程有（1）美國(guó)奧克蘭Cypress Avenue的重建工程，在1989年的地震中原工程遭到了嚴(yán)重的破壞，在重建工程中選用了泡沫混凝土來(lái)降低土壤沉降以及降低未來(lái)可能地震震動(dòng)對(duì)其產(chǎn)生的破壞，因?yàn)榕菽炷林泻械拇罅颗菘?，具有顯著的消震作用。這項(xiàng)工程總共使用了大約73400m3的500kg/m3密度、強(qiáng)度為1.0N/mm2的泡沫混凝土。（2）與上述工程相似，在倫敦Dockland Canary Wharf的兩條路上也使用了50000m3的干密度500kg/m3的泡沫混凝土，用以降低豎向荷載和地基沉降。

　　2.3耐火窯爐

　　由于泡沫混凝土具有很好的隔熱性能，E P Kearsley等人嘗試用泡沫混凝土作為窯爐的耐火隔熱材料，其實(shí)驗(yàn)表明，普通硅酸鹽水泥制備的泡沫混凝土在400℃后，材料就會(huì)被高溫破壞而不能使用，但是使用高鋁水泥等特種組分水泥以及其他一些材料制備的泡沫混凝土則最高可以經(jīng)受1450℃高溫的考驗(yàn)，再加上其可澆注施工，因此在高溫窯爐耐火隔熱領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。

　　2.4鉆井平臺(tái)

　　國(guó)外有些海上鉆井平臺(tái)結(jié)構(gòu)部分使用了泡沫混凝土材料來(lái)澆筑，一方面是由于其輕質(zhì)，另一個(gè)重要的原因是由于泡沫混凝土中含有的大量泡沫使其具有吸能減震的作用。在海上鉆井作業(yè)時(shí)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生高頻的震動(dòng)，而且需要一個(gè)抗沖擊層防止鉆管、鉆頭、泥漿泵掉落到平臺(tái)上對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)的破壞。泡沫混凝土就成為較為合適的材料。

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　　2.5房建工程

　　由于泡沫混凝具有保溫隔熱的性能，既可以預(yù)制也可以現(xiàn)場(chǎng)澆筑，因此相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員均對(duì)泡沫混凝土在房建方面的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究。目前泡沫混凝土在房建領(lǐng)域應(yīng)用方式主要有墻體現(xiàn)澆、預(yù)制制品安裝砌筑，屋面現(xiàn)澆等。在中、遠(yuǎn)東地區(qū)，超過(guò)3000棟房子是在1948-1958年用1100-1500kg/m3的泡沫混凝土建造的，其使用超過(guò)25年后仍然表現(xiàn)良好，在南非人們用泡沫混凝土來(lái)屋面找坡和屋面隔熱。在俄羅斯，由于其嚴(yán)寒的氣候，泡沫混凝土的應(yīng)用也很廣泛。

　　2.6軍事

　　泡沫混凝土在軍用領(lǐng)域主要有兩個(gè)方面：一是射擊靶場(chǎng)方面，另一方面就是地下抗爆坑道建設(shè)方面。主要是利用了泡沫混凝土耗能消震性能。一般的靶場(chǎng)子彈進(jìn)入靶墻后,被土壤中的酸性物質(zhì)所腐蝕,日久天長(zhǎng)就會(huì)造成鉛對(duì)地下水的污染。泡沫混凝土能卡住子彈,且其堿性環(huán)境不會(huì)腐蝕彈頭,而且不會(huì)像普通混凝土那樣，子彈撞擊后造成火花、噪音、甚至飛出彈片等問(wèn)題。美國(guó)軍事工程研究與發(fā)展中心土工技術(shù)與結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一種纖維增強(qiáng)泡沫混凝土（見(jiàn)圖13），專門用于實(shí)彈訓(xùn)練。另一方面在地下抗爆坑道結(jié)構(gòu)中，夾芯泡沫混凝土作為耗能層，爆炸應(yīng)力波通過(guò)泡沫混凝土層時(shí)，其可以產(chǎn)生大變形、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的變形，減緩對(duì)下面結(jié)構(gòu)的沖擊。

圖13 泡沫混凝土在射擊靶場(chǎng)應(yīng)用

　　2.7聲屏障

　　對(duì)一些處于道路旁邊的居民來(lái)說(shuō)，交通噪音是一個(gè)備受困擾的問(wèn)題。因此，離居民樓較近的道路兩旁需要配套建有隔音墻，即聲屏障。泡沫混凝土具有很好的吸音功能，國(guó)外一些聲屏障工程就采用了現(xiàn)澆泡沫混凝土墻來(lái)作為隔音設(shè)施。

圖14 國(guó)外某道路泡沫混凝土聲屏障

　　3國(guó)外現(xiàn)有的主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

　　目前，國(guó)外泡沫泡沫混凝土應(yīng)用比較多的國(guó)家主要有俄羅斯、美國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)、日本等國(guó)家，這些國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不完全統(tǒng)計(jì)主要包括以下：

　　KS F4039-1999 現(xiàn)場(chǎng)鑄型用泡沫混凝土標(biāo)準(zhǔn)

　　JIS A1162-1973 泡沫混凝土長(zhǎng)度變化的試驗(yàn)方法

　　JIS A1161-1994 泡沫混凝土的體積比重、含水率、吸水率及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法

　　GOST 25485-1989 泡沫混凝土 技術(shù)條件

　　GOST 21520-1989 墻壁用泡沫混凝土小砌塊

　　GOST 19570-1974 住宅和公共建筑物內(nèi)承重墻,間壁和樓板用

　　GOST 12852.6-1977 泡沫混凝土 吸濕水分的測(cè)定方法

　　GOST 12852.5-1977 泡沫混凝土 滲汽系數(shù)的測(cè)定方法

　　GOST 12852.0-1977 泡沫混凝土 對(duì)試驗(yàn)方法的一般要求

　　GOST 11118-1973 建筑物用熱壓泡沫混凝土外墻板. 技術(shù)要求

　　DIN 4164-1951 加氣混凝土和加泡沫混凝土生產(chǎn)、使用和檢驗(yàn)方法

　　ASTM F2471-2008安裝澆注的稠密輕質(zhì)泡沫混凝土襯墊以及制備方法

　　ASTM C869-2006 泡沫混凝土用生產(chǎn)預(yù)制泡沫材料用發(fā)泡劑規(guī)格

　　ASTM C796-2004 使用預(yù)制泡沫測(cè)試生產(chǎn)泡沫混凝土用起泡劑的檢驗(yàn)方法

　　BS8500 British Cement Association. Foamed concrete. a specification for use in the reinstatement of openings in highways.

　　【作者簡(jiǎn)介】扈士凱，男，（1982-），河北人，碩士，主要研究方向：泡沫混凝土及發(fā)泡劑、墻體保溫材料、混凝土外加劑、特種工程材料等。