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发泡水泥(foamed cement )[4][2]，又称泡沫混凝土、轻质混凝土等，[3]是用物理方法将泡沫剂制备成泡沫，再将泡沫加入到由水泥，骨料，掺合料，外加剂和水制成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型养护而成轻质微孔混凝土材料。[2]广泛应用于建筑工程和节能墙体材料中。[1]
泡沫混凝土最早起源于5000多年前的古埃及，人们将空气引入一些天然物质，制成了多孔材料。19世纪，人们用化学发泡法制作出了真正意义上的泡沫混凝土。2004年，新加坡的研究人员Kong 等开始尝试制备高强度泡沫混凝土，想尝试将其用于结构中。[5]中国住房和城乡建设部于2011年4月发布了《泡沫混凝土》(JG/T 266—2011)标准。[2][6]
发泡水泥按施工工艺分为现浇泡沫混凝土（S）和泡沫混凝土制品（P）两类。[2]其核心工艺是发泡和浆料搅拌，[7]具有利废、环保、节能、价廉、阻燃性等性能。[8]其主要产品有现浇筑泡沫混凝土、泡沫混凝土砌块、水泥基泡沫保温板等。[9][2]
世界情况
泡沫混凝土最早起源于5000多年前的古埃及，人们将空气引入一些天然物质，制成了多孔材料。古罗马人于2000多年前发现动物血液加入混凝土中能持久产生气泡。其实，真正意义上的泡沫混凝土起源于19世纪，最早用于制备泡沫混凝土的方法是化学发泡法，人们利用NaCO，与 HCl溶液反应生成CO2的原理制备泡沫混凝土。1923年，欧洲人首次提出将预制气泡与水泥浆体混合来制备多孔混凝土的新方法。1946到1958年，苏联在泡沫混凝土领域占据领先位置，并在此期间制订了一系列有关泡沫混凝土的规范。1954年，Valore 详细研究了泡沫混凝土的组分和物理性能，并总结了其应用范围。[5]
1967年， Cormick等首次提出了泡沫混凝土配合比设计的方法，即通过计算固体容积确定配合比的方法。1979年，美国研究人员将泡沫混凝土应用于油田固井，拓宽了泡沫混凝土的应用范围。1996年, Pickford等开始尝试在桥梁工程中应用泡沫混凝土。1998年，韩国的研究人员 Byun等尝试用聚合物作为发泡剂制备泡沫混凝土。2001年和2002年，Kearsley和 Wainwright探究了分级的粉煤灰和未分级的粉煤灰对泡沫混凝土抗压强度，孔结构和渗透性的影响及区别。2004年，新加坡的研究人员Kong 等开始尝试制备高强度泡沫混凝土，想尝试将其用于结构中。[5]
中国情况
中国的泡沫混凝土的发展开始于20世纪中叶，苏联专家把泡沫混凝土技术传入中国。1952年中国开始正式研制泡沫混凝土，并在此时成立了以黄兰谷为首的泡沫混凝土实验中心。1954年中国科学院与其他单位共同制备出蒸压泡沫混凝土板，并将其用作保温墙板。1955到1957年，原水电力部成功地将泡沫混凝土应用于高温管道中，可耐受200 ~ 500 ℃的温度，提高了管道的保温性能。1959年以后，中国泡沫混凝土发展缓慢。改革开放以后，中国于2007年制订了一系列有关泡沫混凝土的图集，泡沫混凝土开始朝着规范化发展。2010年，我国开始制备超轻泡沫混凝土，再次拓宽了泡沫混凝土的应用。[5]2011年4月，住房和城乡建设部于发布了《泡沫混凝土》(JG/T 266—2011)标准。[2][6]
按干密度分类
按泡沫混凝土干密度分为11个等级，分别用符号A03、A04、A05、A06、A07、A08、A09、A10、A12、A14、A16表示。[2]
按强度等级分类
按泡沫混凝土强度等级分为11个等级，分别用符号C0.3、C0.5、C1、C2、C3、C4、C5、C7.5、C10、C15、C20表示。[2]
按吸水率分类
按泡沫混凝土吸水率分为8个等级，分别用符号W5、W10、W15、W20、W25、W30、W40、W50表示。[2]
按施工工艺分类
按泡沫混凝土施工工艺分为现浇泡沫混凝土（S）和泡沫混凝土制品（P）两类。[2]
标记
| 标记方法（图示） | 标记要求 | 具体实例 |
|---|---|---|
 | 参数无要求的可缺省 | 干密度等级为A03、强度等级为C0.3、吸水率等级为W10的现浇泡沫混凝土，其标记应为：FC A03-C0.3-W10-S-JG/T 266——2011 |
以上资料：[2][10]
产品特点
发泡水泥与普通混凝土在原材料上最大的区别在于其不使用粗集料，同时引人大量均匀分布的气泡，导致内部具有大量均匀分布的细孔，具有密度小、质量轻、保温、隔音、抗震性能良好等优点。[8][1]
优点
| 优点概括 | 详细说明 |
|---|---|
| 轻质 | 泡沫混凝土的密度较小，密度一般为300~1800 kg/m³，常用泡沫混凝土的密度为300～~1200 kg/m³，密度为160 kg/m³的超轻泡沫混凝土也在建筑工程中获得了应用。在建筑物的内外墙体、层面、楼面、立柱等建筑结构中采用该种材料，一般可使建筑物自重减小25%左右，有些可达结构物总重的30%~40%，同时可提高构件的承载能力[3] |
| 保温隔热性能好 | 泡沫混凝土中含有大量封闭的细小孔隙，使其具有良好保温隔热性能，通常密度在300~1200 kg/m³'范围的泡沫混凝土，导热系数为0.08~0.3 W/(m · K)，热阻为普通混凝土的10~20倍，节能效果好[3] |
| 隔音耐火性能好 | 泡沫混凝土属多孔材料，在建筑物的楼层和高速公路的隔音板、地下建筑物的顶层等可采用该材料作为隔音层。泡沫混凝土是无机材料，不会燃烧，在建筑物上使用可提高建筑物的防火性能[3] |
| 整体性能好 | 可现场浇筑施工，与主体工程结合紧密[3] |
| 低弹减震性好 | 泡沫混凝土的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击荷载具有良好的吸收和分散作用[3] |
| 防水性能强 | 现浇泡沫混凝土吸水率较低，相对独立的封闭气泡及良好的整体性使其具有一定的防水性能[3] |
| 耐久性能好 | 与主体工程寿命相同[3] |
| 生产加工方便 | 泡沫混凝土不但能在厂内生产各种各样的制品，而且还能现场施工，直接现浇成屋面、地面和墙体[3] |
| 环保性能好 | 泡沫混凝土所需原料为水泥和发泡剂，发泡剂大都接近中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染并消除了消防隐患[3] |
| 施工方便 | 只需使用水泥发泡机即可实现自动化作业，可泵送实现垂直高度200m的远距离输送，工作量为150~300 m /d[3] |
| 其他 | 泡沫混凝土还具有施工过程中可泵性好，抗压强度高(0.5～22.2 MPa)、冲击能量吸收性能好、可大量利用工业废渣、价格低廉等优点[3] |
缺点
发泡水泥有强度偏低、开裂、吸水等缺点。[8]对于屋面泡沫混凝土，在施工过程中常出现强度比设计要求低、泡沫混凝土开裂、内部吸水、体积密度偏大、泡沫破裂等问题。[11]
制作材料
主要工艺
发泡水泥的主要工艺是发泡和浆料搅拌。[7]
物理发泡
物理发泡是先用发泡机将发泡剂制成泡沫，再将泡沫用机械搅拌的方法，混入预先制好的水泥净浆或砂浆中。它的整个工艺过程完全是物理性质的，靠的是机械力来产生泡沫并在水泥浆中形成气孔。[7]物理发泡法又分为高速搅拌发泡法和压缩空气发泡法两种方法。[12]
高速搅拌发泡法是将预先稀释好的发泡剂溶液倒入高速搅拌机中，经快速搅拌产生泡沫，随后将泡沫取出倒入正在搅拌的胶凝材料浆体中进行混合搅拌。这种发泡方式操作简单，但在搅拌过程中很难使上下泡径均匀，搅拌过程中容易使泡沫产生破裂，而且不同的搅拌速度和搅拌时间会导致制备的泡沫性能存在很大的差异。[12]
压缩空气发泡法是采用空压发泡机，将稀释好的发泡剂溶液吸入混泡管在空气压缩作用下吹出泡沫，不但可以直接吹入水泥浆体，而且可以随时停止发泡，据需求量控制发泡量，减少浪费，而且方便与泵送设备协同使用，可用于大面积现场浇筑。[12]压缩空气法比高速搅拌法产生的泡沫泡径更均匀，性能更好。工程中，制备泡沫混凝土常用物理发泡法压缩空气法。物理发泡法对应的泡沫混凝土生产制备工艺为预制泡混合工艺。[12]
化学发泡
化学发泡法是指在胶凝材料浆体中加入一种或两种化学试剂，充分搅拌后浇模，使其通过化学反应静停发泡，使浆体发生膨胀。化学发泡大多采用过氧化氢为发泡剂，先制备出水泥净浆，并在净浆中事先加入一定量的MnO2或 KMnO4等作为催化剂，然后再将发泡剂加入到水泥净浆中，通过过氧化氢与催化剂在一定温度下反应生成氧气而形成气泡，气泡固定在水泥净浆中从而形成气孔。[7][12]
这种方法不适合大工程量的施工，而且化学反应的时间点不容易控制，产生的气泡数量不容易计算。气泡的质量也较差，在工程中应用较少。化学发泡法对应的泡沫混凝土的生产制备工艺为混合搅拌工艺。[12]
浆料搅拌
物理发泡的浆料搅拌首先要在搅拌机内制备凝胶材料浆体。当产量不高、不要连续进行时，用一台搅拌机，将泡沫加入浆体混合均匀。这种制浆及泡沫混合方法是间歇进行的，不能连续进行；当产量很高，要求制浆与混泡连续不断地进行时，制浆与混泡用搅拌机和专用混泡机分开进行。这样，搅拌机连续制浆，混泡机不停地混泡，就可以实现连续式生产。[7]
搅拌发泡是化学发泡所有工艺环节的核心，首先要进行胶凝材料浆体的制备，在满足工作性的前提下，水灰比可以比物理发泡稍低一些。其次将发泡剂加入胶凝材料浆体中后，需要高转速的搅拌机使发泡剂在极短的时间内均匀分布于胶凝材料浆体中，搅拌时间一般在20~40s之间。化学发泡在确定生产工艺和外界环境后，要保持生产环境不发生变化，并且避免噪声。[7]
生产流程
泡沫混凝土生产流程基本是先将水泥、掺合料、集料、复合外加剂和水分别计量、搅拌混合，加人制得的泡沫溶液内继续搅拌至均匀，再注模、低幅振动密实、预养护、脱模、养护得到成品。按照发泡方法分为物理发泡生产工艺和化学发泡工艺两种。[11][7]
| 物理发泡生产泡沫混凝土工艺流程[7] | 化学发泡生产泡沫混凝土工艺流程[7] |
|---|---|
 |  |
性能参数
| 项目名称 | 产品类型 | 主要指标 | 评价指标 | 相关要求 | 具体解释 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 性能检测项目 | 所有产品 | 干密度 |  | 泡沫混凝土干密度不应大于平价指标中的规定，其容许误差应为+5% | 干密度是评定泡沫混凝土密度等级的依据，与原材料、配合比、生产工艺及养护条件等因素有关 | |
| 导热系数 | | 导热系数不应大于评价指标 | ———— | |||
| 强度等级 |  | 泡沫混凝土每组立方体试件的强度平均值和单块强度最小值不应小于评价指标 | 强度等级是反映泡沫混凝土力学性能的主要指标，是指泡沫混凝土试样在压力作用下达到破坏前所能承受的最大压力 | |||
| 吸水率 |  | 泡沫混凝土吸水率不能大于评价指标 | 吸水率是评定泡沫混凝土吸水率等级的依据，是指规定条件下试样在一定时间内吸收的水分质量与其干质量的比值 | |||
| 耐火极限 | 泡沫混凝土为不燃烧材料，其建筑构件的耐火极限应按符合 GB 50016 的规定确定 | 泡沫混凝土为不燃烧材料，其建筑构件的耐火极限应按符合 GB 50016 的规定确定 | —————— | |||
| 尺寸偏差和外观检测项目 | 现浇类 | 表面平整度、裂纹、厚度、表面油污、层裂、表面疏松 |  | 现浇泡沫混凝土的尺寸偏差和外观质量应符合评价指标 | ——————— | |
| 制品类 | 缺棱掉角，尺寸允许偏差，外观质量 |  | 泡沫混凝土制品不应有大于30mm的缺棱掉角；尺寸允许偏差应符合评价指标；外观质量里裂纹、表面油污、层裂、表面疏松指标应符合现浇类尺寸偏差和外观检测项目要求；表面平整度偏差不应大于3毫米 | ——————— | ||
以上资料：[10][8][2]
应用领域
泡沫混凝土在中国的应用主要是屋面泡沫混凝土保温层现浇、泡沫混凝土面块、泡沫混凝土轻质墙板、泡沫混凝土补偿地基等，但其以特有的特性，在节能墙体材料、建筑工程中的应用领域不断扩大，并且加快了工程进度，提高了工程质量。[3][8]
用作挡土墙
主要用作港口的岩墙。泡沫混凝土在岸墙后用作轻质回填材料可降低垂直截荷，也减少了对岸墙的侧向载荷。这是因为泡沫混凝土是一种粘结性能良好的刚性体，它并不沿周边对岸墙施加侧向压力，沉降降低了，维修费用随之减少，从而节省很多开支。泡沫混凝土也可用来增进路堤边坡的稳定性，用它取代边坡的部分土壤，由于减轻了质量，从而就降低了影响边坡稳定性的作用力。[3]
修建运动场和田径跑道
使用排水能力强的可渗性泡沫混凝土作为轻质基础，上面覆以砾石或人造草皮，作为运动场用。泡沫混凝土的密度为800-900kg/m³，此类运动场可进行曲棍球，足球及网球活动。或者在泡沫混凝土上盖上一层0.05m厚的多孔沥青层及塑料层，则可作田径跑道用。[3]
作夹芯构件
在预制钢筋混凝土构件中可采用泡沫混凝土作为内芯，使其具有轻质高强隔热的良好性能。通常采用密度为400 - 600kg/m³的泡沫混凝土。[3]
管线回填
地下废弃的油柜、管线(内装粗油、化学品）、污水管及其他空穴容易导致火灾或塌方，采用泡沫混凝土回填可解决这些后患，费用也少。泡沫混凝土采用的密度取决于管子的直径及地下水位，一般为600-1100kg/m³。[3]
贫混凝土填层
由于使用可弯曲的软管，泡沫混凝土具有很大的工作度及适应性，因此它经常用于贫混凝土填层。如对隔热性要求不很高，采用密度为1200kg/m³；左右的贫混凝土填层，平均厚度为0.05m；如对隔热性要求很高，则采用密度为500kg/m³；的贫混凝土填层，平均厚度为0.1- 0.2m。[3]
屋面边坡
泡沫混凝土用于屋面边坡，具有重量轻、施工速度快、价格低廉等优点。坡度一般为10mm/m.厚度为0.03-0.2m，采用密度为800 - 1200kg/m³的泡沫混凝土。[3]
储罐底脚的支撑
将泡沫混凝土浇阶在钢储罐（内装粗油、化学品）底脚的底部，必要时也可形成一凸形地基，这样可确保整个箱底的支撑在焊接时年处于最佳应力状态，这一连续的支撑可使储罐采用薄板箱底。同时凸形地基也易于清洁。泡沫混凝土的使用密度为800-1000kg/m³。[3]
园林绿化应用
将发泡水泥做成容重在600-1000kg/m³；可用来做园林中的扶手，假山、凳子、桌子等。[3]
墙体现场浇筑
泡沫混凝土经现场发泡、浇筑用作建筑物的非承重墙体，改变了常用预制砌块砌筑墙体的方法。墙体整体性好，施工简便，劳动强度小，造价低。同时具有轻质、保温隔热、防水防渗等优点，是传统墙体的替代产品。[3]
其他
泡沫混凝土也可用于防火墙的绝缘填充，隔声楼面填充、隧道衬管回填；以及供电、水管线的隔离等方面[3]
发展趋势
中国泡沫混凝土年产量高居世界第一，但行业总体距离发达国家还是有一定的距离。其产品种类单一，高附加值应用短缺，存在低档次恶性竞争现象。同时制备技术不成熟，核心外加剂的研发力度不够，产出的泡沫混凝土普遍存在密度高、强度低、干缩大等问题，产品性能难以保证。泡沫混凝土企业规模小，数量多，生产经营模式粗放，工艺陈旧，难以实现产业化。[13]
技术方面，要加强泡沫混凝土微观结构与性能之间和微观孔结构方面研究，建立相应的模型模块进行各种性能分析。[14]应用上，应积极研发高效发泡剂、外加剂等，改进生产工艺，升级机具；开辟多元化发展道路，开发新产品，实现高技术含量、高附加值产业结构。[13]同时，可将农村建筑废物中的发泡混凝土回收，利用其轻质和破碎后比表面积大的特点，将其制备成为适合微生物附着的载体填料就地用于农村生活污水处理。[1]
衍生产品
中国泡沫混凝土行业发展迅速，泡沫混凝土及制品年应用量超过5000万立方米，形成了相对完善的泡沫混凝土生产与应用技术体系，制定了《气泡混合轻质土填筑工程技术规程》《泡沫混凝土应用技术规程》《水泥基泡沫保温板》等多项产品标准和应用技术规程。[9]
| 产品名称 | 技术标准 |
|---|---|
| 泡沫混凝土砌块 | 《泡沫混凝土砌块》(JC/T 1062-2007(2017)) |
| 蒸压泡沫混凝土砖和砌块 | 《蒸压泡沫混凝土砖和砌块》(GB/T 29062-2012) |
| 陶粒发泡混凝土砌块 | 《陶粒发泡混凝土砌块》(GB/T 36534-2018) |
| 泡沫混凝土填芯砌块 | 《泡沫混凝土填芯砌块》(JC/T 2483-2018) |
| 泡沫混凝土自保温砌块 | 《泡沫混凝土自保温砌块》(JC/T 2550-2019) |
| 屋面保温隔热用泡沫混凝土 | 《屋面保温隔热用泡沫混凝土》(JC/T 2125-2012(2017) |
| 地面辐射供暖绝热层用泡沫混凝土 | 《地面辐射供暖绝热层用泡沫混凝土》(JC/T 2240-2014(2017)) |
| 聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土 | 《聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土》(JC/T 2458-2018) |
| 陶粒泡沫混凝土 | 《陶粒泡沫混凝土》( JC/T 2459-2018 ) |
| 水泥基泡沫保温板 | 《水泥基泡沫保温板》(JC/T 2200-2013) |
以上资料：[9]
参考资料 14
- 参考 1
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 标准信息查询 — 国家标准委
- 参考 7
- 参考 8
- 全国标准信息公共服务平台
- 泡沫混凝土检测项目有哪些 混凝土检测机构 — 国家金属制品质量检测中心
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14