泡沫玻璃的研究现状及前景展望①

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(1.大连理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 大连 116024；2.大连理工大学 土木工程学院，辽宁 大连 116024)

引言

近年来，随着科技水平的不断提高，人们的环保意识的不断增强，尤其是自然资源的紧缺，迫使人们逐渐改变了“秦砖汉瓦”作为墙体材料的基本格局。在此过程中，对废弃玻璃和工业废渣的再利用也格外受到了重视。

泡沫玻璃是一种新型节能环保建筑材料，其原料包括碎玻璃、发泡剂、发泡促进剂和改性添加剂等。这些原料在细粉碎和均匀混合后，经过高温熔化、发泡、退火等处理工艺制成泡沫玻璃。其内部充满微小的(直径为1～2 mm)、均匀连通或封闭的气孔，它是一种人工制造的多孔材料。

泡沫玻璃能在易潮、易燃、绝热等苛刻环境下使用，是因为它是一种具有防潮、防火、防腐特点的新型材料，并且玻璃材料能够长期使用而且保持性能不劣化。泡沫玻璃还被称为绿色环保型绝热材料，由于其内部充满均匀连通或封闭的气孔，能有效地吸收声波、阻隔热传递等，因此可广泛应用于墙体保温、吸声降噪、绿化用保水材料等领域。

1 泡沫玻璃的研究现状

1.1 国外微晶泡沫玻璃的研究进展

1935年，法国Saint-Gobain公司用粉碎的玻璃粉作为原料，以碳粉和碳酸钙作为发泡剂，成功研制了首例泡沫玻璃。其制备工艺是将粉碎的玻璃粉与碳粉、碳酸钙混合之后放在耐热模具中加热，加热到850～860 ℃，使之发泡膨胀，然后退火，便制成了轻石状的材料。但由于其外观和性能不均匀，只能用作混凝土的轻骨料，从那时起就将其称为泡沫玻璃。这种方法从装料到退火是在同一窑炉和同一模具中进行，也被称为“一步法”。

泡沫玻璃研制成功之后，美国、德国、英国、前苏联等国也相继发表了许多关于泡沫玻璃的专利和研究报告。1941年，美国匹茨堡-康宁(Pittsburgh-Corning)公司采用“二步法”研制成功了闭孔型泡沫玻璃。其制造方法是利用碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等，经过细粉碎和均匀混合后，再经过高温熔化、发泡、退火而成。其处理工艺相当于将发泡好的半成品脱模，然后再进行退火处理，制成了具有封闭气孔的低密度泡沫玻璃。

目前，“二步法”被广泛应用于泡沫玻璃的生产和冷保温墙体、管道等领域。“二步法”具有发泡过程和退火阶段分别独立控制，相互不受牵制影响，并且可以大大节省模具材料的优点。应用发泡后脱模再退火的“二步法”后，模具不必再经过长时间的退火周期，可以减少用模数量，降低生产成本。

1.2 国内微晶泡沫玻璃发展状况

我国对泡沫玻璃的研究始于1955年，相继建设了数十个工厂生产泡沫玻璃，并在沈阳陶瓷厂最先开始试制。但由于技术、管理等种种因素的制约，生产规模一直处在较低水平，甚至有部分厂家开始走向破产重组。从20世纪70年代中期到90年代中后期，经历了20余年的发展，泡沫玻璃的产品逐渐增多，生产规模逐步扩大，泡沫玻璃的应用领域也更加广泛。并且产品质量达到了美国ASTM标准，不仅可满足国内市场的基本需求，而且有少量产品出口到东南亚国家。

2 泡沫玻璃生产工艺

目前，泡沫玻璃的生产大多是采用美国匹茨堡-康宁(Pittsburgh-Corning)公司的“两步法”进行生产。

匹茨堡-康宁(Pittsburgh-Corning)公司采用特殊设计并在一定温度下熔化的玻璃，由于这种玻璃更为纯净，使得泡沫玻璃产品的品质更高。该工艺是将玻璃原料在粉磨车间内与发泡剂、助剂等混合并磨成细粉，加入模具中经过压实后，再在发泡炉内于850～860 ℃温度下进行烧结和发泡。生产中通常在500～600 ℃进行充分预热，然后再快速地进行升温，使配合料均匀发泡。泡沫玻璃经过发泡和定型后再脱模，泡沫玻璃毛坯经退火消除其热应力后，即可进行加工制成泡沫玻璃成品，并进行检验和包装。

3 泡沫玻璃的应用

3.1 保温玻璃

由于闭孔泡沫玻璃具有较低的传热系数，可用于建筑墙体、化工保温冷冻等，是一种性能良好的绝热保温材料。建筑所用的保温隔热泡沫玻璃，其99%的化学组成为无机玻璃，具有不吸水、不燃烧、不变形、不老化、无毒、无辐射、耐腐蚀性强、防潮、防蛀、强度高、尺寸稳定性好等优点，是一种新型的绿色环境友好型材料，不仅适合建筑外墙体，还可用于屋面顶棚、地下室保温等。

3.2 吸声防潮玻璃

开孔型泡沫玻璃的气孔互相连通，有良好的吸声消音特性，能起到降噪的作用，可用作吸声材料。开孔型泡沫玻璃可以砌筑成大截面通风消声器，用于大型商场、展厅、候机楼、火车站候车厅等人流较多的地方。此外，开孔型泡沫玻璃还具有优良的防腐防水等特性，可用于地铁、地下商场、游泳馆等防潮的建筑中。

3.3 轻质混凝土骨料

粒状泡沫玻璃是一种环保、节能、价格低廉且具有不燃性的新型建筑节能材料，主要用于轻质混凝土骨料。轻质混凝土具有密度小、质量轻、抗震等优点，将其应用于建筑工程中不仅可降低运输费用，减轻工人的劳动强度，还可以节约资源，并减少对环境的污染。

3.4 绿化用保水材料

泡沫玻璃也可应用于绿化工程。由于泡沫玻璃是一种具有良好的吸水保水性能的多孔材料，可以将泡沫玻璃板作为保水材料固定在岩石基的斜坡上。这种板具有轻质、保水性能优良的特点，当坡面因失水变干时，泡沫玻璃板中储存的水分可继续供给土壤和树根。另外，由于这些泡沫玻璃板是交错拼接的，能有效地阻止水土流失。

4 泡沫玻璃的研究前景

目前，我国生产泡沫玻璃的技术工艺尚处于发展阶段，还不够成熟。在发展过程中，尤其要重视发挥泡沫玻璃优良的环保节能和安全可靠等作用。泡沫玻璃的发展趋势主要体现在以下几个方面：

(1)对固体废弃物料的有效利用。例如可以利用废弃的电视机屏幕等制作显像管的玻璃来生产微晶泡沫玻璃，这一技术可以充分利用废弃玻璃产品，值得推广。

(2)在泡沫玻璃的生产工艺过程中，应该在保证产品质量的前提下尽量采用“一步法”生产工艺，这样可以简化工艺，有效地节约成本。

(3)进一步拓展泡沫玻璃的应用领域，例如应用于绿化保水材料、生物材料载体等领域。

(4)需要研究如何改进工艺参数，设计更加合理的工艺路线，以提高成品率。

(5)在制备新型微晶泡沫玻璃时，可以作为成核剂等加入。

(6)对使用工业废渣生产泡沫玻璃还需进一步加强试验研究，其方向是如何实现低温发泡，为未来工业化生产时减少燃料消耗、降低成本进行探索。

5 结语

在可持续发展、环保节能和环境友好的大背景下，新型的泡沫玻璃将以其保温隔热、吸声、轻质等特性，广泛应用于隔热材料、保温材料以及防火材料和建筑吸声材料等领域，具有广阔的市场发展空间。尽管目前国内泡沫玻璃的发展还不够成熟，但人们对泡沫玻璃的需求将会与日俱增。现在迫切需要解决的问题是加强试验研究，做进一步探索，改进工艺参数，合理组织生产，节约生产成本。对于废弃玻璃的利用，在对其进行充分利用的前提下也应深入研究，进一步改进生产工艺，以生产出性能优良的泡沫玻璃产品，促进泡沫玻璃的发展。

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