泡沫混凝土施工

【学员问题】现浇泡沫混凝土施工需注意的要点？

【解答】泡沫混凝土作为一种新型材料，具有保温隔热，兼具防水，防火等性能。由于其施工简单，保温隔热性能良好，作为现有隔热材料陶粒的替代品被广泛运用在工程项目中。其基本原理是利用混凝土中封闭气孔达到保温隔热的效果。表1为正常养护条件下，普通混凝土与泡沫混凝土物理力学性能的比较。

泡沫混凝土与普通混凝土性能比较

项目 泡沫混凝土 普通混凝土

干密度[kg/m3] 400～1600 2200～2400

抗压强度[MPa] 0.5～10.0 30～80

弯曲强度 [MPa] 0.1～0.7 3.0～8.0

弹性模量[GPa] 0.30～1.20 20～30

干燥系数[×10-6] 1500～3500 600～900

导热系数[W/（m·K）] 0.11～0.30 ≈2.0

抗冻融性[%] 90～97 90～97

新拌流动性[mm] >200 ≈180

通过资料收集，我发现有专家已经对这种新型材料在实际运用进行调查研究，发现了一些问题，而这些问题值得我们注意：一是泡沫混凝土强度偏低。体积密度为800—850 kg/㎡的泡沫混凝土的抗压强度严重偏低，一般低于2.0 MPa，有的甚至不足1.0 MPa.二是开裂、吸水。硬化泡沫混凝土表面开裂、吸收大量外来水分。三是防水层的设置。是否采用倒置式防水。如果这些问题不能有效地解决，泡沫混凝土的效果将会受影响。

一、影响泡沫混凝土强度的因素及改善途径

泡沫混凝土中气孔的引入一方面是赋予其普通混凝土所没有的轻质、隔音、保温、高流动性等性能，但从结构和力学的角度看，同时也引入了大量的缺陷，从而导致硬化泡沫混凝土强度的大幅度降低。由于泡沫混凝土中的孔隙率一般高达50%-70%，而且孔径主要为10μm以上，因此，泡沫混凝土的强度大大低于普通混凝土的强度。与普通混凝土一样，泡沫混凝土的强度并不是一个固定的数值，不同的胶凝材料种类、水泥用量、混凝土配合比、水灰、泡沫用量（即不同的体积质量）、发泡剂、养护制度以及其它外加剂的采用与否等都影响泡沫混凝土的强度。

（一）配合比的影响

泡沫混凝土的制作主要是以水泥、发泡剂为主料，有时可能加入一些混合材料（如硅灰、矿渣、粉煤灰等），还有可能加入细集料（砂子）加入不同的材料对泡沫混凝土的影响也是不一样！第一种情况仅以水泥和发泡剂的主料，不加其他辅料。这种情况相对比较简单，所用水泥的强度等级越高、用量越多，制备的泡沫混凝土强度也就越大。所以当希望制备较高强度的泡沫凝土时，需要选择高强度等级的水泥。而第二种情况是加入混合材料：混合材的加入会导致泡沫混凝土早期强度的显著降低，而对后期强度的影响并不大。如果添加适当的强度激发剂，则早期强度的降低幅度可以得到减缓。另外，如果采用超细混合材时，如硅灰、超细磨矿渣粉，则强度降低不大，有时甚至反而有所增大。第三种情况是掺用砂子作细集料，泡沫混凝土的强度原则上也会发生不同程度的降低，但是砂子的掺用对提高硬化泡沫混凝土的体积稳定性、减小收缩将十分有利。实际施工中往往以同时掺用混合材和砂子的情况为最多见，因此，泡沫混凝土的配合比存在一个适宜的范围，需要根据试验确定。

（二）水灰比的影响

如仅从硬化泡沫混凝土的内部结构变化分析，水灰比的增加必然导致泡沫混凝土强度的降低。但是，大量的实验已证明，当水灰比在一定的范围内增加时，泡沫混凝土的强度不但不降低，反而表现出提高的趋势。

泡沫混凝土的制备与普通混凝土不同，它存在一个泡沫引入的过程。为了较好地在这个过程中将泡沫均匀引入到水泥浆料中并完好均匀地分布于泡沫混凝土体系，要求水泥浆料具有良好的流动性。较高的成型水灰比恰好是保证水泥砂浆具有良好的流动性的必要条件。相反，如果在低的水灰比条件下，采取适当的技术措施保证浆料具有良好的流动性，也可制备出高强度的泡沫混凝土。实际上，当试图控制泡沫混凝土的水泥用量的体积密度不变时，其中的砂子和泡沫的含量必然减少，致使硬化泡沫混凝土孔隙率降低，这也是导致（如图1）水灰比增大时泡沫混凝土强度提高的重要原因之一。

（三）体积密度的影响

泡沫混凝土的体积密度越小，强度就越低，这一现象与泡沫的引入有关。理论和实验都证明，泡沫混凝土的强度与其内部的孔隙率之间存在以下数学关系： R =R0？exp（-k？ε）（1） 式中：R-孔隙率为ε的泡沫混凝土的抗压强度（MPa）； R0-孔隙率为0的假想混凝土的抗压强度（MPa）； k一与所用材料和制备条件等因素有关的比例系数。

如果用p表示泡沫混凝土的密度，则根据密度与孔隙率之间的关系，便可以将上式写为： R =R/？exp（-k/？p） （2） 式中：R-密度为p的泡沫混凝土的抗压强度，MPa； R/-密度为最大时（对应孔隙率为0）的假想泡沫混凝土的抗压强度，MPa； k/-与所用材料和制备条件等因素有关的比例系数； 值得指出的是，密度一定的泡沫混凝土，当配合比、水灰比等其它工艺条件改变时，强度可能在一个较大范围内变动。

（四）养护制度的影响

早期养护制度对泡沫混凝土的强度发挥和最终强度至关重要。泡沫混凝土成型水灰比较大，所以，要加强早期养护和保水，防止水分过早散失。这不仅对泡沫混凝土的强度发挥具有重要意义，对防止硬化混凝土开裂也非常重要。

（五）外加剂的影响

泡沫混凝土使用的外加剂主要包括水泥强度激发剂、减水剂和发泡剂等。水泥强度激发剂主要是在水泥混合材料中采用，这样可以减轻泡沫混凝土早期强度降低的程度，但是，使用激发剂往往会降低泡沫混凝土的最终强度

混凝土减水剂使泡沫混凝土即使在较低水灰比下仍然能够顺利完成浆料与泡沫的混合，制备出泡沫分布均匀的泡沫混凝土。所以，掺加适量的高效减水剂是制备高强泡沫混凝土的重要手段之一（见图2）。但是，因为减水剂的价格比较贵而且有些减水剂与发泡剂在某些性能方面有相反的作用。所以减水剂的种类和添加量必需由试验确定。

发泡剂对泡沫混凝土强度的影响体现在泡沫的尺寸、均匀性（尺寸均匀性和分布均匀性）、泡沫的稳定性、发泡能力（泡沫密度或单位泡沫携水量）。要求发泡剂的发泡能力强、密度低、单位携水量小，泡沫牢固、细小、在混凝土中分布均匀。要研究开发和使用对泡沫混凝土副作用小、发泡能力大、泡沫强度高的新型高效发泡剂。

（六）提高泡沫混凝土强度的技术途径

由上述分析不难看出，提高泡沫混凝土的强度主要可以考虑以下几个技术途径：

（1）选择适宜的配合比；

（2）使用高效减水剂并控制适宜的低水灰比；

（3）采用优质高效发泡剂；

（4）加强泡沫混凝土的早期养护

二、影响泡沫混凝土硬化过程开裂与收缩的因素

泡沫混凝土的收缩、开裂和吸水是三个密切关联的问题：一般说来，泡沫混凝土由于早期养护不善、保水措施不够或使用过程中条件比较苛刻，均会引发其内部的水分蒸发，从而导致体积收缩、开裂或发生显著的吸水作用。而泡沫混凝土过多吸水又会降低保温隔热效果，从泡沫混凝土的制备过程和对硬化体断面的观察研究发现，泡沫混凝土内的孔绝大多数是相对独立的封闭孔。因此，得到完好养护的泡沫混凝土浸泡于水中。其吸水主要集中于表层，并不具有大的吸水性。影响泡沫混凝土收缩、开裂、吸水的因素主要有以下几方面：

（一）水泥用量的影响

普通硅酸盐水泥在水化硬化过程中固相体积是增加的，而水泥+水体系是收缩的。其次，水泥水化过程中还伴随热效应，引起初始体积膨胀而冷却时又收缩，导致表观收缩量增大。另外，水泥水化过程中还存在自吸水引起的自收缩现象。所以，一般情况下如果其它条件基本相同，水泥用量增加，泡沫混凝土的收缩也会相应增大。而水泥同时又是保证强度的重要因素之一，所以水泥用量存在一个合适的范围。

（二）水泥种类的影响

并不是所有的水泥硬化前后的体积都是收缩的，膨胀水泥在硬化前后体积不但不收缩反而有所胀。因此，如果采用适量的膨胀水泥，可以在一定程度上弥补或减轻泡沫混凝土整体的收缩。但是，膨胀水泥不但影响体积变化，同时也会影响其他一系列性能，过 多引人会引起硬化泡沫混凝土结构破坏，因此膨胀水泥的品种和掺用量必需通过试验确定。

（三）集料的影响

试验和工程实际统计数据表明，几种典型的水泥材料的收缩率波动为：水泥净浆（1500—3000）x10-6 、水泥砂浆（900—1500）x10-6 、水泥混凝土（600—900）x10-6 、水泥泡沫混凝土（1500—3500）x10-6 .可见，普通水泥混凝土的收缩率最小，水泥净浆收缩率较大，泡沫混凝土的收缩率最大。这是因为普通混凝土中掺有大量体积不变的粗集料，而没有集料的水泥净浆在硬化前后总体积本身就是减小的。泡混凝土收缩最大，一方面是因为其中没有粗集料，另一方面是因为其中含有大量的孔隙，隙的大部分被水填充，使用过程随着孔隙中水分的逸出，外观表现出体积收缩。由此可见，掺加集料无疑是减少沫混凝土收缩的措施之一。不，泡沫混凝土中只能掺加一部分细集料。同时，因为集料在化学上的惰性，过量的掺加将导致泡沫混凝土强度显著降低，因而其掺量受到一定限制。当泡沫混凝土的密度、水灰比等工艺参数基本确定以后，细集料增加，水泥用量将减少，所以，集料掺用与否和掺量多少同样存在一个适宜的选择。

（四）水灰比和养护方式的影响

泡沫混凝土在60oC环境下的水分损失和干燥收缩

试验结果表明，水分逸出与硬化泡沫混凝土收缩变化有着明显和密切的同步性。这说明水分逸出直接导致泡沫混凝土的收缩，而当水分停止逸出时，泡沫混凝土也即停止收缩。根据经典的水泥化学理论，水泥完全水化所需的水量，即理论水灰比应当为0.38，而泡沫混凝土的成型水灰比往往高达0.70甚至0.80.多余的水分将残留于硬化泡沫混凝土的气孔之中，这部分水约占成型水量的1/2左右。一旦周围相对湿度较低或环境温度较高时，水分就会蒸发，然后逸出。尤其是在硬化的早期阶段，泡沫混凝土的结构还比较薄弱，如果养护不善，水分极易损失，导致较大的收缩和表面开裂，削弱硬化体内部结构，引发硬化泡沫混凝土高吸水性。据此，泡沫混凝土的初始水灰比便成为影响硬化泡沫混凝土收缩的一个先决因素。制备低收缩泡沫混凝土的关键技术之一是控制低水灰比。将密度为1100 kg/m 的泡沫混凝土试样浇筑24 h后，分成表面尼龙薄膜密封和表面不做任何处理的2批试样，在温度、湿度等完全相同的环境下养护，测定不同龄期的干燥收缩量（见图4）。从图4对比得知，表面密封处理后的试样，收缩量远远小于表面敞开的试样，而且在5 d龄期时收缩就基本趋于稳定。结果再次证明水分逸出与干缩之间的密切关联性和早期保水对控制泡沫混凝土收缩的重要性。

（五）减小泡沫混凝土收缩和开裂的技术途径

由上述分析可知，减小泡沫混凝土收缩、防止开裂和吸水的技术措施主要有以下方面：

（1）适宜的水泥用量；

（2）掺加适量膨胀水泥；

（3）低的成型水灰比；

（4）优化养护制度、加强早期保水；

（5）使用防水剂（掺用或表面涂布）；

（6）在保温层增加铁丝网（防裂网）来防止泡沫混凝土开裂。

三、防水层的设置

泡沫混凝土相比一般保温隔热材料优点之一是具有一定防水性！下图为泡沫混凝图与其他隔热材料的物理性能对比。

采用传统正置式防水（防水层在保温层上）存在的问题：无论是刚性防水还是柔性防水，如果保护层被破坏将会直接导致防水层暴露或被破坏。将会可能引起防水层被破坏，雨水就会进去保温层。而保温层采用泡沫混凝土的话，虽然具有一定的防水能力，但一部份水仍能通过保温层渗透到结构层中，而一部份则留在保温层。原因是保温层上层是防水层，防水层阻碍了保温层中水分的挥发。这是目前屋顶防水主要存在的问题。

而采用泡沫混凝土作保温层，运用倒置式防水（保温层在防水层上），则是即充分利用保温层的防水能力，又保护了防水层，可谓是一举两得！保温层在防水层上面，不但能避免高温对防水层的损害，延长了防水层的寿命，而且能增强防水效果。假如保护层被破坏，同时也破坏了保温层，水进入保温测层后，可能停留在保温层中或者挥发掉，不会渗透到结构层，因为中间还有一个防水层！由于保温层上面没有防水层，水分在被太阳直晒后是会挥发掉的。

因此，在采用泡沫混凝土作保温层的时候，防水层的设置尽量考虑采用倒置防水。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。