泡沫混凝土技术在水泥工程上的应用

孙小永 ，杨 栋

泡沫混凝土又称发泡水泥，是通过由上料系统、发泡机及泵送系统组成的设备，将水泥浆与发泡剂混合均匀，输送至现场浇筑点（或者模具中），经自然养护形成的具有大量气泡的一种新型轻质保温隔热材料，具有重量轻、保温隔热效果好、施工便利等诸多优点，符合节能环保、绿色施工要求。目前国内许多企业致力于该技术的研究与应用推广，已在大量工程项目上取得成功。

笔者将就如何在水泥工程上推广应用泡沫混凝土技术进行介绍。

1 泡沫混凝土特点

1.1 泡沫混凝土的技术性能

泡沫混凝土中富含大量的独立气泡，故其具备如下特点：

（1）导热系数为0.05～0.46W/m·K，热阻效果可达普通钢筋混凝土的10～30倍。

（2）容重低，可降低建筑整体荷载，一般而言，容重为普通混凝土的1/5～1/8左右。

（3）强度等级：抗压强度为0.1～30.0MPa。

（4）耐水性：由于存在相对独立的封闭气泡及良好的整体性，现浇泡沫混凝土吸水性较小，具有一定的防水性能。

（5）良好的隔音效果：泡沫混凝土中含有大量的独立气泡，是普通混凝土的5倍且分布均匀，具备有效隔音的功能。

表1 泡沫混凝土技术应用

1.2 泡沫混凝土的施工特点

（1）施工便利性：只需使用水泥发泡机即可实现自动化作业，可实现垂直高度200m的远距离输送，工作量为150～300m3/工作日。

（2）易于实现配置与浇筑作业一体化，减少运输及损耗。

（3）操作简便，施工作业操作难度相对较低；相较于传统砌筑、混凝土浇筑作业，风险小、更安全。

2 泡沫混凝土在水泥项目中的应用

2.1 泡沫混凝土应用于水泥项目中的部位

泡沫混凝土在水泥工程上可应用于如下部位：室内外填充墙、隔墙，屋面保温隔热层，电气排管填充，库体找坡填充结构、地基换填等部位。在上述部位应用时，泡沫混凝土主要技术特点见表1。

表2 泡沫混凝土干密度、导热系数及抗压强度关系

2.2 泡沫混凝土的设计

2.2.1 泡沫混凝土的性能

泡沫混凝土干密度、导热系数以及抗压强度为泡沫混凝土设计及应用的三个主要技术参数指标，三者间的关系见表2。

其他性能，如吸水率等级等，视工程使用部位及设计要求而定。

2.2.2 设计选型

（1）内外填充墙、隔墙

a强度及厚度选取：根据泡沫混凝土应用技术规程（JGJ/T 341-2014）规定，外墙填充强度等级不应低于FC4.0/200mm厚，内填充墙不应低于FC3.0/120mm厚；

结合表2中干密度与强度关系，泡沫混凝土在填充墙体选型时以A08～A10为宜。

b保温隔热性能：A08～A10泡沫混凝土容重在750～1 050kg/m3，实际导热系数≤0.27W/m·K。而传统混凝土空心砌块容重在1 900kg/m3，导热系数0.81W/m·K。采用泡沫混凝土替代传统的混凝土空心砌块时，200mm厚泡沫混凝土墙体相当于200/0.27×0.81=600mm厚普通混凝土空心砌体具备的保温隔热效果，建筑节能效果优异。

（2）屋面保温隔热层

a强度要求：在屋面保温层设计时，一般对于混凝土强度要求很低，干密度等级为A01～A02的泡沫混凝土强度均能满足要求。

b保温隔热性能：干密度等级为A01～A02的泡沫混凝土热传导系数为0.05～0.06W/m·K，与传统的保温聚苯乙烯板（热传导系数为0.042W/m·K）热传导系数基本相当，并且具备整体性和施工便利性。

c设计厚度：根据热平衡计算确定。与传统聚苯乙烯板设计相比较，可实现找坡层与保温层一体化，使找坡层兼具保温层性能，降低施工总成本。

（3）电气排管、混凝土找坡及地基处理等工程部位

此类部位的应用，主要利用了泡沫混凝土的填充作用，发挥其施工便利的特性。一般而言，泡沫混凝土的型号选取，主要根据使用部位的强度确定。如电气排管根据地下埋深选择等，通常A02～A04的强度即可满足要求。

表3 泡沫混凝土施工设备配置表

表4 泡沫混凝土施工人员配置

2.3 泡沫混凝土施工

2.3.1 施工配置

（1）设备配置

设备配置相对较为简单，施工设备配置见表3。

（2）人员配置

通常情况下，泡沫混凝土施工作业可由如下人员配置完成，基本实现项目本土化作业。见表4。

当用泡沫混凝土替代砌体作业时，模板支设工作由专业木工配备大模板完成，浇筑作业也由这些人员完成，无需为砌体作业专门配置瓦工，可大幅度减少海外项目的人员差旅费用支出。

2.3.2 施工配合比

泡沫混凝土配合比设计按以下基本原则及程序进行初步计算，经适配后进行调整确定：

（1）ρd=Sa（mc+mm），根据设计容重确定水泥及掺合料用量。

（2）mw=B（mc+mm），根据胶凝材料用量确定用水量。

（3）V1=mc/ρC+mm/ρm+ms/ρs+mw/ρw，计算确定由水泥、掺合料、骨料、水等组成的料浆总体积。

（4）V2=K（1-V1），计算发泡体积。

（5）my=ρfV2，计算发泡液质量。

（6）mf=my/（1+β），计算发泡剂用量。

式中：

ρd——泡沫混凝土的设计干密度，与容重等级相对应，kg/m3

Sa——泡沫混凝土养护28d后，各基本组成材料的干物料总量与成品中非蒸发物总量所确定的质量系数。普通硅酸盐水泥选择1.2，硫铝酸盐水泥取1.4

B——水胶比，在不掺加减水剂的情况下，一般取值0.5～0.6

mc，mm，ms，mw——分别为1m3泡沫混凝土中水泥，粉煤灰、火山灰等掺和材料，骨料和水的质量

ρC，ρm，ρs，ρw——分别为水泥密度（3 100kg/m3）、掺合料密度（粉煤灰2 600kg/m3、矿渣粉密度2 800kg/m3）、骨料表观密度、水密度（1 000kg/m3）

ρf——实测发泡液密度，kg/m3

K——富余系数，对质量较好的发泡剂取1.1～1.3

my——发泡液质量，kg

mf——发泡剂质量，kg

β——发泡剂稀释倍数

在泡沫混凝土的试配过程中应注意，泡沫混凝土的抗压强度应以满足这一等级的产品使用性能为主，而不应参照密实混凝土，盲目追求强度。一般配置强度应大于设计强度标准值要求的3%～10%。

2.3.3 泡沫混凝土施工

（1）模板拼接严密，不应漏浆。

（2）泡沫混凝土应随拌随浇，停滞时间≯30min。

（3）泡沫混凝土在施工过程中禁止振捣。

（4）根据泡沫混凝土的容重，确定一次浇筑高度，避免一次浇筑高度过大，产生的气泡无法支撑混凝土，出现坍塌现象。

（5）泵送泡沫混凝土浇筑时，应控制出料口与浇筑面之间的高差，其值宜控制在500mm范围内。

（6）养护：泡沫混凝土应在浇筑完成12h内，进行覆盖浇水养护，保持湿润，养护时间≮14d。

表5 泡沫混凝土配合比*

3 经济性分析

由2.2.2设计选型可见，在水泥项目上，屋面保温隔热层、填充及地基处理中泡沫混凝土的应用，一般设计等级为A01-A04即能满足要求，此类泡沫混凝土以A03为实例进行经济性分析；而填充墙体常以A08-A10为宜，此类泡沫混凝土以A09为实例进行经济性分析。

A03和A09型初步配合比见表5。

通过初步配合比可以得出，以所在国水泥价格600元/t计算，A03和A09型泡沫混凝土材料费用计约167元/m3和458元/m3，如当地具有粉煤灰等掺加料时，可掺加0%～30%的水泥用量，替代水泥，在一定程度上能降低成本。

（1）A03填充用泡沫混凝土：价格优于传统使用的C10～C15混凝土。

（2）A03屋面保温隔热层用泡沫混凝土：由于能够做到找坡层与保温层一体化，可基本节约传统设计的聚苯乙烯板的材料费及施工费用。

（3）A09填充墙体用泡沫混凝土：随着水泥用量的增加，与传统砌筑材料价格相比，没有太明显的优势。其优势主要体现在如下几方面：

a免抹灰，可直接进行腻子找平作业，以此降低整体施工费用。

b保温节能效果突出，可在一定程度上减少工程量，节约费用。

c降低建筑永久荷载，利于优化设计工程量。

（4）项目综合效益

a无需为项目配置专业瓦工。以项目2 500m3砌体为例，可精简至少10～15名砌筑瓦工，大幅度降低差旅、动迁、签证、食宿等费用支出。

b实现无瓦工配置后，项目混凝土作业所需的振捣作业更利于向一专多能性发展，实现劳动力资源的扁平化配置。

c泡沫混凝土作业利于实现本土化，发挥本土化作业优势；同时可实现配置与浇筑一体化，大幅度降低成品的运输费用和损耗。

4 结语

作为新型建筑节能技术，泡沫混凝土在水泥项目上具有良好的应用和推广价值，尤其在海外项目上，更具有本土化作业优势。未来，在水泥项目上，泡沫混凝土技术可逐步结合设计向预制技术、复合墙体应用方向发展。■