本文首先介紹了生產(chǎn)泡沫混凝土的原材料，接著對泡沫混凝土的物理特性進(jìn)行了描述，包括工作性、流動性、力學(xué)性能等，最后介紹了泡沫混凝土的功能特性，總結(jié)了泡沫混凝土在今后的工程應(yīng)用中還需要注意的問題。

1 泡沫混凝土的原材料

普通混凝土的原材料通常包括水泥、細(xì)骨料、粗骨料、水，而泡沫混凝土與普通混凝土的區(qū)別在于，粗骨料被泡沫所取代，從而在很大程度上減小了混凝土的密度。圖1為常規(guī)混凝土與泡沫混凝土的對比圖，可以明顯看出泡沫混凝土的多孔結(jié)構(gòu)。

1.1 水泥

建筑工程中一般采用硅酸鹽水泥作為膠凝性材料，型號一般包括32.5、42.5、52.5等，除了普通的硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥和快硬硅酸鹽水泥也可以作德陽發(fā)泡混凝土為膠凝材料，且這些水泥一般都具有凝結(jié)時(shí)間短的特點(diǎn)，可以提高泡沫混凝土的早期強(qiáng)度。油井水泥也是制作低密度水泥漿的膠凝材料，在海洋油氣井鉆完井過程中，通常地層完整性較差且液柱壓力較低，因此在完井過程中需要采用泡沫水泥完成固井作業(yè)。堿激發(fā)材料作為膠凝材料時(shí)，可以降低能源的消耗，且在CO2減排方面比普通硅酸鹽水泥效果好。為了提升泡沫混凝土的早期強(qiáng)度、降低泡沫混凝土的水化熱，可采用具有火山灰效應(yīng)和填充效應(yīng)的硅灰、礦渣和粉煤灰材料取代水泥，一般取代水泥的質(zhì)量在5%～75%。

1.2 細(xì)骨料

泡沫混凝土的主要特點(diǎn)是密度低。粗骨料具有密度高、體積大的性質(zhì)，在降低泡沫混凝土密度方面會產(chǎn)生不利的影響。而細(xì)骨料相對水泥德陽發(fā)泡混凝土的密度較低，為了更好地降低混凝土的密度，通常采用一些密度較低的細(xì)骨料取代河砂。例如，采石場粉塵具有較細(xì)的粒徑，可以增強(qiáng)泡沫混凝土的粘結(jié)性，因此可在保持密度變化較小的情況下輕量化混凝土。聚乙烯廢料可以替代部分泡沫混凝土中的細(xì)骨料，并且改善泡沫混凝土抗彎曲性能和抗壓性能。稻殼灰是常見的農(nóng)作物廢料，用稻殼灰取代泡沫混凝土的細(xì)骨料具有一定的可行性，并且其火山灰效應(yīng)和填充效應(yīng)可以提升泡沫混凝土的強(qiáng)度。生物質(zhì)骨料同樣可以替換泡沫混凝土中的細(xì)骨料，在泡沫混凝土中起到粗骨料支撐水泥石骨架的作用。其他材料如再生混凝土骨料、玻璃粉等廢棄材料，也可以取代泡沫混凝土中的細(xì)骨料，而且大量使用這些替代材料可以充分利用廢棄德陽發(fā)泡混凝土物，起到可持續(xù)發(fā)展的效果。

1.3 泡沫

泡沫是降低泡沫混凝土密度的主要成分。按照添加的方式可以分為預(yù)發(fā)泡工藝（物理發(fā)泡法）或混合發(fā)泡工藝（化學(xué)發(fā)泡法）。預(yù)發(fā)泡是指先分別產(chǎn)生基礎(chǔ)混合物和穩(wěn)定的水性泡沫，然后再充分混合?；旌习l(fā)泡過程是指直接將發(fā)泡劑添加到基礎(chǔ)混合物中，在基礎(chǔ)混合物攪拌過程中產(chǎn)生泡沫，隨著混凝土漿液的硬化而形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。據(jù)研究表明，添加劑的量越多，混凝土中生成的泡沫的量也就越多，密度降低也更快。雖然將泡沫添加劑與混凝土混合時(shí)間越長，生成的泡沫數(shù)量就越多，但是長時(shí)間的混合會導(dǎo)致混凝土漿液中氣泡不穩(wěn)定、氣泡之間彼此結(jié)合并產(chǎn)生分離。表面活性劑和發(fā)泡劑的類型也是影響泡沫混凝土性能的兩個(gè)因素。德陽發(fā)泡混凝土表面活性劑的濃度對泡沫的密度影響較小，天然發(fā)泡劑更容易獲得，與合成發(fā)泡劑相比，含有天然發(fā)泡劑的泡沫混凝土具有更強(qiáng)的力學(xué)性能。

1.4 水

通常將pH值接近7的飲用水作為制備泡沫混凝土的原料。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，對于要用于泡沫混凝土的水應(yīng)進(jìn)行清潔，確保不含油、酸、堿、鹽、有機(jī)物等。同時(shí)，泡沫水泥要求的最低水灰比為0.35，這樣設(shè)置是為了防止當(dāng)水灰比過小時(shí)，水泥水化的同時(shí)從泡沫中吸取水分，使得混凝土混合物在攪拌的過程中變硬，導(dǎo)致氣泡破裂。相反，當(dāng)水灰比較高時(shí)，會導(dǎo)致混凝土混合物中的氣泡活動較弱，從而產(chǎn)生離析現(xiàn)象。因此建議泡沫混凝土的水泥比控制在0.4～1.25。

2 泡沫混凝土具體性能的研究

2.1 穩(wěn)定性

當(dāng)泡德陽發(fā)泡混凝土沫混凝土混合水泥漿的密度與設(shè)計(jì)密度值一致，且漿液無滲漏和離析時(shí)，可認(rèn)為其是一種穩(wěn)定的混合物。一般而言，對于密度為400 kg/m3的混凝土，當(dāng)硅酸鹽水泥沒有被其他膠凝材料取代時(shí)，可以形成穩(wěn)定的混合物，而當(dāng)密度低于400 kg/m3時(shí)，采用5%～10%的硫鋁酸鈣取代水泥，也可以獲得穩(wěn)定的泡沫混凝土。同樣，加入硅灰和粉煤灰，也可以提升泡沫混凝土混合液的穩(wěn)定性。硅灰可以促進(jìn)泡沫更加均勻和封閉，有助于提高泡沫混凝土的穩(wěn)定性。納米二氧化硅和甲基纖維素可以使泡沫的壽命更長，但加入納米二氧化硅會逐漸縮小泡沫的尺寸。而加入羥丙基甲基纖維素可以增加泡沫膜的厚度，且不改變孔徑大小。

在泡沫混凝土漿液混合好后，混合液德陽發(fā)泡混凝土中空氣泡沫的塌陷會影響混合料的穩(wěn)定性，適當(dāng)提升混合漿液的水固比可以防止這種情況發(fā)生。泡沫的浮力與泡沫的大小成正比，密度越低，浮力越大。當(dāng)浮力克服了周圍的泡沫混凝土?xí)r，泡沫就會取代周圍的固體并上升到表面，從而造成混合漿液不穩(wěn)定。較大的氣泡尺寸和較小的固體部分會使分離壁變薄，從而使氣體更容易發(fā)生遷移。一般從較高的內(nèi)部壓力（較小的氣泡）擴(kuò)散到較低的內(nèi)部壓力（較大的氣泡），氣泡的浮力會進(jìn)一步變大。

2.2 干燥收縮、孔隙率和滲透率

由于沒有粗骨料的限制收縮，泡沫混凝土的干燥收縮率要比正?；炷恋氖湛s率高。因?yàn)槔w維具有保留水分和延遲蒸發(fā)的能力，因此添加纖維后可以減少泡沫混凝土的干燥收縮量。收縮率受混合料中存德陽發(fā)泡混凝土在的纖維百分比的影響，百分比越高，收縮率的降低幅度就越大。在對比分別使用如聚丙烯纖維、洋麻纖維、玻璃纖維、鋼纖維和油棕櫚纖維的泡沫混凝土收縮行為中，玻璃纖維和聚丙烯纖維的保水能力較強(qiáng)，顯示出較小的干燥收縮。

泡沫混凝土的孔隙率是漿料中的空隙和夾雜氣泡的總稱。其孔隙率影響泡沫混凝土的耐久性和強(qiáng)度。氣孔大小分布范圍較小的混合料表現(xiàn)出更大的可傳導(dǎo)性和較小的密度，而分布范圍較大的混合料表現(xiàn)出可傳導(dǎo)性的降低。在較高的密度下，由于過度混合或樣品處理不當(dāng)，通常會出現(xiàn)泡沫不完善的現(xiàn)象，在密度較低的情況下，這些不完善是由于泡沫的體積增大，而水泥基質(zhì)的體積較小。一般砂漿中形成的氣泡內(nèi)是氫氣，氫氣的分布并不均勻，在硬德陽發(fā)泡混凝土化的漿料中存在的氣泡既不是球形的也不是大小均勻的。而礦渣、粉煤灰以及聚乙二醇可以用來穩(wěn)定氣泡，防止氣泡破裂和夾帶氣體的逸出。

泡沫混凝土的吸水率和孔隙的存在密切相關(guān)。隨著孔隙數(shù)量的增加，水的進(jìn)入率也會增加。如果孔隙相連，吸水率會更高，如果是不連續(xù)的，吸水率相對較低。吸水率不僅受孔隙數(shù)量的影響，而且還受混合料中漿料含量的影響。在給定的泡沫體積下，用粉煤灰替代砂子也會增加吸水率。泡沫混凝土吸收水的體積是傳統(tǒng)混凝土的兩倍，由于界面空隙和裂縫的存在，添加孔隙率較低的骨料會增加滲透性。加入干燥的骨料后，由于吸收了砂漿中的水分，現(xiàn)有的水灰比和砂漿的滲透性降低，從而增加了耐久性能。當(dāng)設(shè)計(jì)的低密度泡沫混凝土混合德陽發(fā)泡混凝土物的初始吸收率低于16%時(shí)，可以提供良好的抗凍融性。

2.3 抗壓強(qiáng)度、彈性模量和抗折強(qiáng)度

密度是影響混凝土抗壓強(qiáng)度的主要原因。影響混凝土抗壓強(qiáng)度的其他因素包括水灰比、發(fā)泡劑類型、養(yǎng)護(hù)條件、添加劑種類、孔隙形狀、尺寸分布等。

泡沫混凝土的強(qiáng)度隨著水灰比的減少而增加，這主要是因?yàn)樗冶鹊臏p少降低了混凝土中的大尺寸氣泡。礦渣的加入可以改善泡沫砂漿的水灰比，從而提升泡沫在砂漿中分布的質(zhì)量。使用蛋白質(zhì)基發(fā)泡劑和合成基發(fā)泡劑的泡沫混凝土均表現(xiàn)出更高的抗壓強(qiáng)度。纖維主要通過防止微裂縫的產(chǎn)生而提高泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。泡沫混凝土中常采用的纖維有聚烯烴纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、玻璃纖維、聚酰胺纖維和碳纖維等。德陽發(fā)泡混凝土盡管鋼纖維的強(qiáng)度比其他纖維高，但由于其密度較大，因此容易在泡沫混凝土中產(chǎn)生沉降，影響泡沫的分布和質(zhì)量。

水泥的類型對泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度也有較為明顯的影響。水泥的標(biāo)號不同，凝固之后的抗壓強(qiáng)度也就不同，比如采用型號52.5的水泥比型號42.5的水泥抗壓強(qiáng)度要高。用粉煤灰和微硅替代水泥，可以提升泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。從微觀的SEM和XRD分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，添加在泡沫混凝土中的微硅與水泥中游離的氫氧化鈣（CH）反應(yīng)，能產(chǎn)生更多的水化硅酸鈣（C-S-H），而水化硅酸鈣（C-S-H）的強(qiáng)度和耐久性要比CH高。

呈現(xiàn)出球形空隙且均勻分布的泡沫混凝土顯示出較高的抗壓強(qiáng)度，而不規(guī)則周長或具有大的不均勻開口的組合形式德陽發(fā)泡混凝土的氣泡顯示出較低的抗壓強(qiáng)度。與粗砂相比，使用細(xì)砂的泡沫混凝土可以提供均勻分布的空隙。添加輕質(zhì)多孔骨料、采石場粉塵骨料、膨脹頁巖骨料等均可以提高泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度。

彈性模量是反映材料彈性變形的能力，彈性模量越大，表明泡沫混凝土越脆，變形能力越差。一般的泡沫混凝土彈性模量與骨料的細(xì)度有關(guān)。以粉煤灰為細(xì)集料的泡沫混凝土的彈性模量值低于以砂石為細(xì)集料的彈性模量值，這是由于砂石混合物中的細(xì)集料量較高。纖維的加入不僅可以提高泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度，還可以降低混凝土的彈性模量。碎橡膠廢料可以利用其較高的比表面積和粗糙度，在加入的同時(shí)引入空氣，不僅可以降低彈性模量，還可以起到較好的隔音效果。

抗折強(qiáng)度又稱抗彎強(qiáng)德陽發(fā)泡混凝土度，其可以反映泡沫混凝土材料抵抗彎矩變形的能力和延展性行為，并且反映泡沫在混凝土內(nèi)部是否均勻。一般泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比（折壓比）在0.2～0.4，比普通混凝土（0.08～0.11）高。通過加入足夠長度、尺寸和高彈性模量的纖維，可以增加泡沫混凝土的抗折強(qiáng)度，并減少泡沫混凝土在早期階段的開裂。對比合成發(fā)泡劑和天然發(fā)泡劑可以發(fā)現(xiàn)，使用天然發(fā)泡劑的混凝土的抗折強(qiáng)度更高。對于密度相近的泡沫混凝土混合料，不加超塑化劑、硅灰、粉煤灰和輕質(zhì)骨料的混合料，與加了添加劑的混合料相比，改性后的泡沫混凝土延展性更高。

2.4 導(dǎo)熱性

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建設(shè)前，確保建筑結(jié)構(gòu)的隔熱性能具有重要意義。泡沫混凝土因其德陽發(fā)泡混凝土蜂窩狀的微觀結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的保溫性能，導(dǎo)熱系數(shù)是決定保溫效果的關(guān)鍵。其導(dǎo)熱性主要受密度、孔隙大小結(jié)構(gòu)、骨料類型、纖維和礦物摻合物等的影響[13]。

在混凝土中增加20%的空氣可以使熱阻增加25%，并使混凝土的干密度降低100 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)降低0.04 W/（m·K）。密度較低的泡沫混凝土顯示出更大的孔隙率，因此熱導(dǎo)系數(shù)較低。在較低的溫度下，熱導(dǎo)系數(shù)隨密度增加的速度較慢，混凝土的隔熱性能隨著溫度的降低而提高。由于泡沫混凝土中存在大量的空隙，密度從700～1 400 kg/m3的變化對應(yīng)著導(dǎo)熱系數(shù)從0.24～0.74 W/（m·K），因此低密度的發(fā)泡混凝土具有較高的絕緣能力，可以保存內(nèi)部的熱德陽發(fā)泡混凝土量。

孔隙結(jié)構(gòu)對泡沫混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)也有影響，一般孔隙率越高，導(dǎo)熱性能越差，但由于孔隙連接的加強(qiáng)，有時(shí)會顯示出增加的數(shù)值?？紫兜奈恢煤拖鄬Ψ较?qū)ε菽炷恋膶?dǎo)熱性有很大影響，如果孔隙與熱流成直角排列，更多的熱量將通過孔隙，顯示出更大的熱阻。如果一層孔隙與熱流方向平行，將產(chǎn)生較小的熱流阻力。

聚丙烯纖維改性的泡沫混凝土相對于其他纖維（如玻璃纖維、洋麻纖維、鋼纖維、油棕櫚纖維和天然纖維）改性的泡沫混凝土而言，其導(dǎo)熱系數(shù)較低。而加入纖維不一定會增加導(dǎo)熱性，這是因?yàn)榧尤肜w維后孔隙率增加，導(dǎo)致密度和導(dǎo)熱性降低。盡管硅灰和粉煤灰等添加劑大大改善了泡沫混凝土的力學(xué)性能，但添加硅灰會導(dǎo)致導(dǎo)熱性能的輕微增加。

2.5德陽發(fā)泡混凝土 隔音特性

由于泡沫混凝土具有空心的結(jié)構(gòu)，對傳播的聲音具有較好的吸收效果。泡沫混凝土的吸聲率相比普通混凝土較高。在泡沫混凝土中加入粉煤灰后，對低頻聲波的吸收沒有變化，但增加了對高頻聲波（800～1 600 Hz）的吸收。將泡沫用量增加到5%～10%，可以有效提高泡沫混凝土對600～1 000 Hz頻聲波的吸收效率。

2.6 耐火性能

普通混凝土中存在的粗骨料在高溫環(huán)境下會發(fā)生膨脹，并導(dǎo)致混凝土開裂。相比普通混凝土，泡沫混凝土中沒有粗骨料，并且孔隙為包裹的氣體，因此具有優(yōu)良的耐火性能。通常密度為400 kg/m3的泡沫混凝土的耐火性是密度為100 kg/m3的三倍。通過對比普通混凝土和泡沫混凝土耐高溫德陽發(fā)泡混凝土測試可以發(fā)現(xiàn)，將泡沫混凝土板和普通混凝土板靠近火后，當(dāng)表面的溫度達(dá)到1 039 ℃時(shí)，傳統(tǒng)的混凝土墻體的另一邊最低溫度要明顯高于泡沫混凝土。

2.7 抗凍性

由于泡沫混凝土導(dǎo)熱系數(shù)較低，因此良好的保溫效果也是泡沫混凝土的功能特性之一，而抗凍性是影響泡沫混凝土穩(wěn)定性的重要因素。由于表面張力的作用，存在于泡沫內(nèi)表面的水層以環(huán)形層的形式擴(kuò)散開來，并在冰點(diǎn)溫度以下轉(zhuǎn)化為冰。疏水層減少了泡沫表面漿液—冰的結(jié)合，因此冰層通過吸收周圍的水在氣泡內(nèi)生長。水在吸力下的運(yùn)動不會在泡沫混凝土中產(chǎn)生任何膨脹壓力。添加硅灰和纖維的發(fā)泡混凝土可以在一定程度上提高泡沫混凝土的抗凍性能。

3 結(jié)論

本文對泡沫混凝土的物理和功能特性進(jìn)德陽發(fā)泡混凝土行了詳細(xì)全面的介紹，盡管泡沫混凝土有較多的優(yōu)異特性，但未來對泡沫混凝土研究時(shí)還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。①深入研究影響泡沫穩(wěn)定性的因素；②研究泡沫混凝土的工程特性，如耐久性、收縮率、彈性模量、泊松比、蠕變等；③充分地了解防火和防熱性能的機(jī)制；④開發(fā)出高強(qiáng)度、低密度的泡沫混凝土。