泡沫混凝土技術在英國的發展狀況

黃樂平，佘偉

（1.浙江建設職業技術學院工程造價學院,浙江杭州311231；2.東南大學材料科學與工程學院,江蘇南京211189）

0 引言

1920年英國開始了泡沫混凝土的研究， 并在小范圍內得到應用。隨生產設備升級和高性能發泡劑的發明，泡沫混凝土得到大范圍的推廣應用。 20世紀80年代，英國天然氣公司和亨伯賽德郡將泡沫混凝土嘗試用于溝渠修復。 1991年英國公路管理局使用泡沫混凝土作為地基換填材料， 充分利用了泡沫混凝土自流平、 抑制沉降和有效分布荷載等特點。 此后，泡沫混凝土在溝渠工程、地基工程和其它領域得到極大的推廣應用。2000年左右，英國泡沫混凝土每年用量達到100 萬m3左右。 我國在泡沫混凝土領域的研究應用稍有落后，20 世紀50年代末，泡沫混凝土技術和應用實例從前蘇聯傳到我國，因其具有質輕、保溫、隔熱、隔聲、環保、成本低等特性，在我國得到廣泛推廣。

隨著泡沫混凝土在英國多領域內應用提高，大量學者對泡沫混凝土的性能進行研究。 目前研究方向主要集中在輕質高強、多功能化、穩定性和耐久性等方面。 泡沫混凝土還具有大量吸納工業廢棄物的功能， 使用粉煤灰和礦渣等工業廢渣不僅可以降低生產成本，而且可以提高泡沫混凝土的性能。研究發現在泡沫混凝土中利用低鈣粉煤灰可提高其流動性和強度。 30%粉煤灰取代水泥后泡沫混凝土強度并沒有降低。 泡沫混凝土的抗沖擊性能可在“吸能、防撞和防爆” 工程上運用。 通過對比300 kg/m3和600 kg/m3不同密度等級泡沫混凝土的氣泡大小的變化，指出氣泡表面的殘余表面能和漿體用量是控制穩定性的兩個關鍵指標。 低密度等級下，漿體用量少，對氣泡運動的限制作用不明顯，氣泡易融合長大，造成早期塌模，使用CSA 水泥可有效防止塌模的產生。

1 應用領域

英國泡沫混凝土被廣泛應用于回填工程，包括住房、道路、橋梁、空洞填充和地面工作。

1.1 空洞填充

泡沫混凝土的流動性意味著它可以在重力或普通混凝土泵作用下達到任何狹窄的空間。在表面沒有太多干擾的情況下，泡沫混凝土可以填充任何空洞。 當泡沫混凝土填充縫隙后，它不會崩塌或倒縮，也不會施加巨大的橫向負載。 一般用于空洞填充的泡沫混凝土密度為500～1 000 kg/m3。

1.2 道路回填

泡沫混凝土應用在道路回填工程能夠減少施工用地，減少工程投資，且在保證強度的同時能夠減小承載負重，避免了由于沉降帶來的一系列工程問題，減少了道路維修養護的費用。另外，在工程施工過程中，不需要額外振搗和碾壓，直接泵送泡沫混凝土，工作面小，對交通的影響很小。

1.3 擋土墻工程

泡沫混凝土在岸墻工程中作為輕質回填材料不但可減少垂直截荷，也可減少對岸墻的側向載荷。 因為泡沫混凝土是一種粘結性能良好的剛性體， 它并不沿周邊對岸墻施加側向壓力。 泡沫混凝土也可用來增進路堤邊坡的穩定性， 用它取代邊坡的部分土壤，減輕了自重，從而就增加了邊坡的穩定性。

1.4 地面地基處理

當結構置于泡沫混凝土基礎上總負荷匹配時，這樣就類似于軟地基的移除。有效避免了由于建筑的不均勻沉降導致大量裂縫產生。 目前，泡沫混凝土在英國已成功應用于大型港口填筑。 此外，泡沫混凝土還可用于斜坡路基代土填筑和凍土地帶地基填筑等。

1.5 房屋建筑保溫防火

輕質泡沫混凝土具有優良的隔熱性能使它成為一種理想的保溫材料，可以在現代建筑的服務管道鋪設或在老舊建筑的石膏天花板和舊式板條上方空間建造防火門從而在火災發生時切斷火災蔓延。泡沫混凝土也可以噴在鋼結構周圍的模板達到防火的目的。一般用于防火工程的泡沫混凝土密度為400～1000 kg/m3。

2 行業標準

經過幾十年的研究和運用，英國水泥混凝土協會和工業界陸續頒布了泡沫混凝土發泡劑、制備工藝和性能測試的各項標準如：BS EN 14371:2004、BS EN 13996:2002、BS8500、BS EN 1366-2:2015。

英國BS8500 標準， 從泡沫混凝土的總類、組成和具體工程參數對泡沫混凝土的應該給出了較為詳細的說明。

3 發展方向

3.1 綠色化

英國每年產生大量的工業廢棄物， 數量龐大，種類繁多。如果隨意堆放，不僅占用土地，而且造成土壤、水源和大氣污染，影響農作物生長，危害人體健康。將工業廢棄物添加至泡沫混凝土中是一種有效的處理措施。 泡沫混凝土自身具有較大的孔隙率，摻加廢棄物后對其性能影響不大，甚至稍有提高， 在消納工業廢棄物方面具有較大的應用前景。英國目前已成功將再生骨料和焚燒爐底灰、 廢玻璃、橡膠輪胎（橡膠）、鑄造粉砂等工業廢棄物應用于泡沫混凝土中，有效的利用了工業廢棄物。

3.2 輕質高強

一般而言，泡沫混凝土的隔熱性能隨密度的降低而提高，但由于其本身的不穩定性，在制備超低密度泡沫混凝土(＜300 kg/m3)時極易消泡、塌陷。 常規使用的促凝劑和快硬水泥的方法不但影響氣泡均勻分布，而且是以犧牲后期強度為代價，因此，制備穩定性好的泡沫對于降低泡沫混凝土的密度尤為重要。合成酶類發泡劑是近年來發展起來的一種新型的發泡劑技術。 它是由高活性的生物蛋白組成，與傳統蛋白類發泡劑水解發泡原理不同。 合成酶類發泡劑中的成分可有效提高泡沫和泡沫混凝土的穩定性，進而提高強度?；谶@種技術，英國某家公司發明了一種穩定性良好的泡沫， 可24 h 不泌水、不塌陷，并且可制備出75 kg/m3的超輕泡沫混凝土；另外通過納米改性提高泡沫的穩定性也是目前研究的一個新的方向。

3.3 多功能化

一直以來，由于泡沫混凝土強度低，收縮大，應用僅限于非承重領域。隨著人們對泡沫混凝土材料特性的認識加深，泡沫混凝土的優勢愈加凸顯。 而如何提高其強度也是學者研究的重點。提高其強度不僅可以拓寬泡沫混凝土在承重領域的應用，并且可推廣至其它領域作為一種替代材料，如軍事領域的防爆吸能等；另外，通過表面活性劑調控技術，可以實現連通孔， 賦予泡沫混凝土良好的吸聲性能。泡沫混凝土與其它材料的復合也具有極大的應用前景，如與高強混凝土，復合成夾心結構，具備防護與隔熱一體化性能。

4 結語

泡沫混凝土無論從科學研究上，還是工程應用上都具有廣闊的前景。為了生產出大量高質量的泡沫混凝土，大型化、自動化、加工精良化的制備泡沫設備是必不可少的；利用廢料生產泡沫混凝土是發展和推廣泡沫混凝土的有效方式之一；發展和推廣泡沫混凝土需要加強穩定性良好的泡沫研究；將泡沫混凝土制備成多功能材料是推廣其運用的重要方式之一。