摘要：泡沫混凝土作为一种新型的建筑材料，是利用物理或化学发泡形成的质量轻、导热系数低、防火性能好的混合材料，被广泛地应用在建筑领域。其主要特点是比一般的混凝土质量轻、整体性好、强度可控、保温性能好、隔声性能强、防火性强，所以从众多混凝土中脱颖而出。文章介绍泡沫混凝土的定义、制备过程以及泡沫混凝土的特点，为泡沫混凝土的发展研究提供参考。

关键词：泡沫混凝土；发泡剂；外加剂；性能分析

引言

泡沫混凝土（Foam Concrete）是一种轻质混凝土，也被称为轻质骨料混凝土或发泡混凝土。它是通过向混凝土中注入气泡形成的一种泡沫结构，因此具有轻质、保温、隔热、吸声、耐火、耐震、抗渗透等特性，被广泛应用于建筑、隧道、道路、铁路、桥梁、地基、水利、环保等领域。作为一种轻质材料，泡沫混凝土在建筑领域中得到了广泛应用。本文旨在对泡沫混凝土的制备工艺、物理力学性能以及应用进行综述分析，为泡沫混凝土的进一步发展提供参考。

1 泡沫混凝土的制备过程

泡沫混凝土的制备过程相对简单，其主要成分包括水泥、水、发泡剂、以及添加剂等。通常就是以水泥作为主要凝胶材料，将水泥和骨料按照一定比例混合后加入发泡剂并搅拌均匀。浇筑成型后经过养护而成的轻质多孔混凝土。泡沫混凝土的制备过程相对简单，但要注意操作过程中严格按照比例添加材料，以保证混合物的稳定性和质量。同时在养护期间要做好充分的保湿工作，以保证泡沫混凝土的正常硬化和成型。

我国目前多参照《泡沫混凝土应用技术规程》（JGJ/T 341-2014）标准中的试验方法进行泡沫混凝土的设计和制备。

2 泡沫混凝土的组成材料

2.1 水泥

水泥作为泡沫混凝土中的主要成分，能在空气中硬化或者在水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起。目前，我国常用的水泥有普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、硅酸盐水泥等。较多采用普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸镁水泥等水泥作为胶凝材料制作泡沫混凝土，不同类型水泥对泡沫混凝土的凝结时间、强度等有影响。对于相同干密度的泡沫混凝土，用磷酸镁水泥制成的泡沫混凝土比用普通硅酸盐水泥制成的泡沫混凝土具有更高的抗压强度。由普通硅酸盐水泥制成的泡沫混凝土的早期强度发展缓慢，而由硫铝酸盐水泥制成的泡沫混凝土的早期强度发展迅速，但在后期强度发展中会有退缩。

2.2 发泡剂

发泡剂作为泡沫混凝土中的另一重要部分，可以使混凝土产生泡沫。发泡剂是影响泡沫性能的关键内容，质量较好、性能优质的发泡剂所生产出的泡沫大小分布均匀，寿命较长。随着研究不断深入，很多新型发泡剂被研发出来，目前，按照类别可以将其分为化学类和物理类两种。化学发泡剂是通过物质发生化学反应而释放出新的气体产生泡沫。化学发泡剂与物理发泡剂相比最突出的特点是不需要借助发泡机，通过自身与材料的反应就能达到发泡的目的。这种发泡方法方便、快捷，对与配制低密度、吸水率性能优良的泡沫混凝土有较大的优势；物理发泡主要是通过发泡机预先将发泡剂和水按照一定的比例混合搅拌形成均匀泡沫。

目前常用的化学类发泡剂有双氧水、铝粉等，常用的物理类发泡剂有松香类、合成表面活性剂、蛋白类和复合型等。双氧水由于成本较低，效果较好，在发泡剂研发制备中的应用广泛。松香类发泡剂主要有两种，松香皂和松香热聚物类。松香皂是经过皂化反应制得的，它的制造成本较低，容易制得，但是发泡倍率低，发泡出来的泡沫稳定性低；合成表面活性剂类发泡剂是一种优良 试剂，其发泡倍数高、发泡速率也高；蛋白类发泡剂主要有植物蛋白发泡剂和动物蛋白发泡剂两种。目前，较为常用的是动物蛋白发泡剂，其产生的泡沫稳定性好，并具有较厚的泡壁和较高的发泡倍率；复合型发泡剂由多种成分复合而成，相比于前三种物理类发泡剂，它具有明显的优势。

2.3 外加剂

泡沫混凝土受自身特性的影响，存在大量的微孔，虽然会使其本身具有轻质、隔音、保温等优点，但也存在强度低、易收缩开裂、易塌方的缺点，所以在泡沫混凝土的制备过程中掺入适宜的外加剂，可以有效改善泡沫混凝土的和易性、孔结构特征、力学性能等。近年来，有不少专家学者研究发现，各类外加剂对泡沫混凝土的性能都有一定的影响。在对减水剂的研究中发现，萘系减水剂对泡沫混凝土的效果最优，在吸水率和干燥收缩率下降的同时，有效提高了泡沫混凝土的抗压强度。早强剂的掺入会使泡沫混凝土3d、7d强度提高，但对28d强度无明显影响。在对混凝土收缩的问题研究上，加入一定比例的减缩剂可以有效地抑制泡沫混凝土的收缩。在对泡沫混凝土中气孔的研究中，发现掺入适当比例的促凝剂和速凝剂可以改善泡沫混凝土的气孔分布范围并缩小气孔，同时也提高了抗压强度。

2.4 掺加料

在泡沫混凝土的制作过程中，可以采用粉煤灰、矿渣辉、硅灰等掺加料来替代水泥，可以减少水泥的用量，符合可持续发展理念，保护了环境，使生产成本大大降低；掺加料的使用还改善了泡沫混凝土的粘聚性，改变了抗压强度。泡沫混凝土用的煤灰等级不应低于II级，矿渣粉等级不宜低于S95级。通过对加入矿渣粉的泡沫混凝土的研究发现，矿渣粉可以调节泡沫混凝土的水化速率和水化热量，也可控制温度的上升，防止泡沫混凝土在硬化过程中的变形和开裂。经研究表明，加入适量的硅灰可以提高泡沫混凝土的抗压强度。在对添加粉煤灰的泡沫混凝土的研究中发现，适当的粉煤灰掺量可以提高泡沫混凝土的工作性能和力学性能，但对吸水性和干缩起到了负面作用。

在泡沫混凝土中加入适当的纤维可以改善力学性能，纤维在泡沫混凝土中通过桥接效应传递拉应力，从而提高了整体的力学性能。但加入的纤维有一定的要求，必须要具有足够的长度和数量，以至于可以发挥纤维的作用。在对聚乙烯醇和聚丙烯纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维研究中表明，玄武岩纤维的加入对泡沫混凝土的抗压强度和抗折强度，并且其成本较低，因此在我国得到了广泛使用。

2.5 骨料

一般在泡沫混凝土中采用的都是细骨料，因为粗骨料在泡沫混凝土中可能发生沉降，导致泡沫混凝土中的泡沫消失，从而影响泡沫混凝土的性能。研究表明细骨料的细度会对泡沫混凝土的性能产生影响，降低细骨料的细度有利于提高泡沫混凝土的性能。

3 泡沫混凝土性能

3.1 抗压强度

影响泡沫混凝土抗压强度的因素有水灰比、密度、孔隙率、外加剂和骨料等等。水灰比是影响泡沫混凝土抗压强度的主要因素，因为泡沫混凝土抗压强度主要取决于水泥凝胶与骨料间的粘结力，抗压强度随着水灰比的增加而增加。若水灰比低于最佳比例，则产生的气泡不利于提高泡沫混凝土的抗压强度；若高于最佳比例，则会导致气孔分布不均匀，也会影响其强度。

泡沫的含量也会影响泡沫混凝土的抗压强度，泡沫含量增加导致水泥和骨料的用量降低，导致抗压强度降低。并且孔隙率会随着泡沫用量的增加而增加，从而导致抗压强度降低。

3.2 抗冲击性

泡沫混凝土中因为泡沫孔隙的存在，在受到冲击后可以吸收部分能量，从而能提高混凝土的抗冲击性能。在工程中一般与钢板组成复合楼板，形成轻质楼板，能够大大的减少结构的自重。

3.3 隔音性

泡沫混凝土中孔隙的大小、数量、分布及均匀性等都会对其隔音性产生影响。与普通混凝土相比，泡沫混凝土的声波传播频率高达3%，泡沫混凝土的吸声率比普通混凝土高10倍之多。

3.4 保温性能

泡沫混凝土的导热系数的大小与混凝土中各种成分的物理特性、孔隙率、含水率等等。泡沫混凝土中泡沫的用量影响其孔隙率，孔隙率又影响泡沫混凝土的导热系数。孔隙率随着泡沫用量的增加而增加，孔状结构增多，导热系数减少。泡沫混凝土的密度也是影响其导热系数的重要因素，密度越大，导热系数越低。研究发现，泡沫混凝土的含水率越高，它的导热系数越低。泡沫用量适当的增加有利于减少导热系数，从而改善泡沫混凝土的保温性能。

3.5 防火性能

泡沫混凝土具有非常好的防火性能，是不燃材料，属于A1级耐火材料，具有良好的耐火性，耐火度达到1000℃以上，完全满足防火隔离带，公安部，住房和城乡建设部的要求。有学者研究表明，密度分别为 1200kg/m3和950kg/m3的泡沫混凝土，可以分别承受2h和3.5h的耐火试验，相比于普通混凝土有很大的提升。

4 结语

随着我国经济不断发展，国家对绿色、生态、环保、节能等方面越来越重视。泡沫混凝土因其具有多种优良性能，近年来在各行业材料中被普遍推广应用，尤其在土木工程中。因其具有施工方便、节约材料、减少占地、结构稳定等优点，而具有广阔的应用前景。随着对泡沫混凝土理论的进一步研究与探索，对其生产的机械设备、技术工艺及外加剂控制等方面的不断优化调整，再结合泡沫混凝土的功能优势与国内的环保节能发展趋势，泡沫混凝土必定会成为我国今后极为重要的节能绿色环保材料。

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作者简介：张振辉（2000--），男，山东省潍坊市，汉族，硕士研究生，聊城大学建筑与工程学院，土木工程。