泡沫混凝土在装配式建筑中的应用研究

李晓

【摘要】本文基于对泡沫混凝土在传统工程的应用分析，得到了泡沫混凝土的性能特点，并结合装配式围护结构的施工实际，挖掘到了泡沫混凝土在实际工程中的物理性能优势和施工成本优势，并展示了组合式泡沫混凝土围墙、隔墙对泡沫混凝土在装配式建筑中的应用研究，具有一定的参考价值。

【关键词】泡沫混凝土;装配式建筑;围护结构;ALC条板

泡沫混凝土出现于20世纪30年代，是一种环保、节能、低廉的建筑节能材料[1，2]，它是通过物理或化学方法在混凝土浆体中引入大量气体，形成含有大量细小封闭气孔的混凝土制品[3]。目前主要应用于屋面保温、外墙保温、路基扩建、回填减重等方面，主要利用其轻质、多孔的特性。在诸多应用体系中，尤其是装配式建筑的维护体系中，呈现出对传统建筑材料全面替代的趋势。

本文的研究主要基于两点：一是泡沫混凝土在传统应用范畴中的应用原理;二是泡沫混凝土在装配式建筑维护体系中的应用优势分析。在此基础上，对泡沫混凝土的成本优势和发展前景进行简单的展望。

1.泡沫混凝土的传统应用

泡沫混凝土是由水泥、发泡剂、外加剂、掺合料、纤维[4]等材料加水搅拌形成的新型混凝土，其原材料构成与普通混凝土之间存在较大的差异，最显著的差异在于：泡沫混凝土不需要粗骨料、非必要细骨料，同时泡沫混凝土需要掺入一定量的纤维材料。材料的构成特点，使泡沫混凝土具有以下几种特质：

（1）轻质性，泡沫混凝土是在比较理想的状态下，用引入气泡的方式填充混凝土中的空隙，其容重相对于普通混凝土而言，减少的幅度极大。

（2）力学性能存在比较优势，由于缺少骨料填充，泡沫混凝土的抗压强度在同等水灰比条件下是低于普通混凝土的。但由于纤维材料的掺入，使泡沫混凝土在同等抗压强度条件下，抗拉抗折性能优于普通混凝土。

（3）耐久性能具有较大优势，泡沫混凝土使用的主要添加剂为发泡剂，能使混凝土中的气泡含量提升5倍以上。密闭气泡的大量存在，阻断了混凝土的受蚀路径和内部热导、电导路径，使混凝土的抗冻融破坏、抗氯离子渗透、抗碳化能力得到显著提升。

上述几种特质与泡沫混凝土的传统应用领域之间是存在高度对应关系的。泡沫混凝土分别应用于屋面保温、外墙保温、路基扩建和沟槽回填。其中屋面保温利用了泡沫混凝土的保温隔热性、轻质性、耐久性优势;外墙保温利用了泡沫混凝土的保温隔热性和耐久性优势;路基扩建主要利用了泡沫混凝土抗拉抗折比较优势和耐久性优势[5];回填减重主要利用了泡沫混凝土的轻质性和耐久性优势。而对泡沫混凝土的优势利用与其利用部位之间，也存在强烈的耦合性。当作为围护结构（屋面、外墙）时，偏重于轻质性;当作为受力结构（路基、回填层）时，偏重于力学比较优势;而耐久性优势，更多地发挥增值作用。需要注意的是：力学比较优势是相对的，而耐久性和轻质性优势是绝对的。所以，泡沫混凝土能够应用于围护结构是绝对的，而在受力结构中的应用是相对的。

这一概念，有助于我们理解泡沫混凝土在装配式建筑中应用的模式，即增进我们对泡沫混凝土首先应用于装配式建筑的围护结构这一事实的理解。

2.泡沫混凝土在装配式建筑围护结构中应用的优势分析

装配式建筑，在我国作为新兴的建筑产业，很大程度上代表了新型材料、新型建材、新型理念、新型技术的深度融合。泡沫混凝土作为新型材料，在围护结构领域对传统材料形成了强大的替代趋势。

2.1在室内隔墙方面的两种主要形式

（1）预制混凝土隔墙是一种典型的装配式混凝土结构。自20世纪80年代开始，就广泛运用于房建工程的整体装配施工，这种结构最大的缺陷是自重大、成本高。其中成本高是预制混凝土隔墙的材料成本与现浇混凝土相比优势不显著。自重大则进一步带来了施工机械成本的增加和承载结构力学设计阈值的增高，引起装配式结构整体成本的攀升。

（2）ALC条板隔墙是由日本、德国引进的一种新式隔墙材料，相对于预制混凝土隔墙，ALC隔墙有效降低了隔墙自重，同时作为一种典型的多孔介质材料，具有良好的隔音隔热效果。但在施工过程中，需要进行大量的湿作业，增加了人工成本，降低了勾缝施工质量的可控性。

2.2在室外围墙方面的两种主要形式

（1）砖砌围墙是一种应用极为普遍的传统的围墙形式。单砖制造工序相对复杂，人工成本高。原则上讲，砖砌围墙不属于装配式建筑的范畴，但该种形式的围墙在装配式建筑的室外设施建造中相对普遍，故于此列出。

（2）预制混凝土围墙是将预制混凝土用于室外所产生的一种围墙形式。其特点与预制混凝土隔墻基本相同。因其较大的自重会提高对生产基础施工的要求，安装过程的机械成本也会增加。

2.3综合以上四种结构形式，可以归纳出当前在装配式建筑围护结构设计和施工中的普遍性痛点

（1）设计的均衡性问题。在建筑结构设计中，均衡性问题主要体现在力学系统的传导路径。传统的预制混凝土构件，增加了力学系统的额外压力，对设计的均衡性影响突出。

（2）工艺的可控性问题。按照社会生产的一般规律，在施工的各个环节中，人为因素参与越少、机械化越高、定量越精确，则工艺的可控性越强，砖砌围墙和ALC条板隔墙，显然对这一问题存在不利影响。

（3）成本的限制性问题。伴随我国劳动力成本的增加，在建筑施工中使用的人工数量已成为主要的成本考虑因素之一。人工作业具有低效性、低质性和高成本的特点，是现有装配式围护结构共同面临的问题。

根据以往在装配式施工中的长期实践，发现泡沫混凝土轻质隔墙能够针对性地解决上述痛点。在池州项目实践中制作了泡沫混凝土相关产品，主要性能指标如表1所示。

2.4通过泡沫混凝土与常见的四种材料的对比，可以得到以下几个特点

（1）泡沫混凝土的比重与ALC板材差别不大，导热系数略优。在抗压强度方面，泡沫混凝土可调整的区间较大。

（2）泡沫混凝土与砖砌体、预制混凝土相比，具有明显的比重优势和保温隔热优势。需要注意的是此处三者仅作为围护结构进行比较，混凝土在强度上的较大优势，在作为围护结构时，并不是亟须考虑的事项。

以围护结构的特殊性而言，泡沫混凝土在物理性能上相对于砖和预制混凝土具有较大的优势，而相对于ALC板墙，物理优势并不明显。

泡沫混凝土应用于隔墙时，减少了拼装次数，无须人工抹灰湿作业处理;在应用于围墙时，可以直接以单体立墙形式加以快速组装，大幅降低人工成本耗费，围墙基础也采用装配式方式快速施工。因而，泡沫混凝土轻质隔墙相对于预制混凝土和ALC隔墙，有效地解决了安装过程中现场工作量大和湿作业多的问题，相对于预制混凝土和砖砌体围墙，有效解决了机械化快速施工的问题。

泡沫混凝土的主要优势，如表2所示。

3.结论

本文基于对泡沫混凝土在一般工程中的应用情况分析，得到了泡沫混凝土在装配式建筑中具有巨大应用潜力的结论。同时结合对装配式建筑中常见的隔墙、围墙形式的比较分析，得到了现有结构形式的主要难点和成本不利点，而通过与泡沫混凝土在实际工程中的应用情况比较，挖掘到了泡沫混凝土在装配式围墙、隔墙中应用的绝对优势和相对优势，泡沫混凝土在装配式围护结构中的广泛应用将是未来的趋势。

参考文献

[1]高倩，王兆利，赵铁军.泡沫混凝土[D].青岛理工大学学报，2002（03）：113-115.

[2]陶有生.泡沫混凝土[J].砖瓦，2010 （12）：44-45.

[3]张磊蕾，王武祥.泡沫混凝土的研究进展及应用[J].建筑砌块与砌块建筑， 2010（01）：38-42.

[4]陈兵，刘睫.纤维增强泡沫混凝土性能试验研究[D].建筑材料学报， 2010（03）：286-290.

[5]孙小永，杨栋.泡沫混凝土技术在水泥工程上的应用[J].水泥技术，2019， 206（02）：73-76.

（作者单位：中国水利水电第八工程局有限公司）

【中图分类号】TU723.3

【文献标识码】B

【文章编号】1671-3362（2020）09-0096-02