第一届中国泡沫混凝土技术交流会论文(一)

第一届中国泡沫混凝土技术交流会论文

目 录

1. 国内外泡沫混凝土概况与发展趋势

2. 聚合物水泥泡沫保温材料的研究

3. 泡沫混凝土的变形和开裂问题及其可能的控制途径

4. 泡沫混凝土的组成、密度和强度的相关性研究

5. 泡沫混凝土多功能材料的性能与用途

6. 国外泡沫混凝土生产与应用管窥

7. 泡沫混凝土在矿井中的应用初探

8. 泡沫混凝土的研究及常见问题分析与对策

9. 用煤矸石为主要原材料制备泡沫混凝土的优越性1

10.利用石墨尾矿制备泡沫混凝土

11.泡沫剂稳定性的表征及其影响因素的研究

12.泡沫参数对泡沫混凝土性能的影响研究

13.泡沫混凝土基本理论研究

14.几种矿物掺合料对泡沫混凝土基本性能的影响

15.发泡水泥的制作工艺及其应用

16.利用工业废渣生产泡沫混凝土砌块新技术

17.石英砂水泥发泡保温材料的研究

18.现浇泡沫混凝土施工中的问题及对策

19.泡沫混凝土在地暖绝热层中的应用

20.泡沫混凝土在轻型钢结构ASA板镶嵌式集成节能建筑体系中的开发应用

21.浅谈屋面泡沫混凝土保温找坡工程专项施工方案

22.既有建筑屋面保温防水改造实践

23.国外泡沫混凝土工程应用进展

24.泡沫混凝土现浇施工技术在中国国家博物馆工程的应用

国内外泡沫混凝土概况与发展趋势

闫振甲

（中国混凝土与水泥制品协会泡沫混凝土分会专家委员会 主任委员）

泡沫混凝土行业网：

1 泡沫混凝土的起源与国外的发展历史

1.1 起源

原始的泡沫混凝土可以追溯到5000年前，古埃及人使用一些天然物质，使之混合后产生气体，制作多孔材料。2000多年前，古罗马人用石灰、砂子、砾石混合，创造了原始的混凝土。此后不久，他们就惊奇地发现，在这个原始混凝土内加入动物血液，混合搅拌后，就产生了持久的气泡，使混凝土成为一种稳定的多孔材料。而且，他们探索出在这种多孔混凝土内加入马毛，来解决它的收缩开裂，就像我们今天在泡沫混凝土内使用人造纤维。可以说，古罗马人创造的这种多孔材料，应是最贴近当代泡沫混凝土技术的源流。至今，动物血水解物发泡剂仍是泡沫混凝土所用动物蛋白发泡剂的一种。

真正意义的近代工业泡沫混凝土，最早的探索开始于18世纪末、19世纪初。此前的原始泡沫混凝土的特征，是没有控制混凝土中引入空气量的技术手段，即没有控制材料密度的手段。瑞典极端寒冷的冬天，使他们急于找到高效保温材料。他们在前人原始泡沫混凝土技术的基础上，进行了泡沫混凝土的基础性研究。1923年，欧洲人首次提出了用预制气泡和水泥砂浆相拌合生产多孔混凝土的方法，世界上首次出现了真正近代意义上的泡沫混凝土。

1.2 在国外的发展

上世纪初，北欧各国及俄国，都曾积极致力于泡沫混凝土的技术开发。自此以后，泡沫混凝土开始较快地发展。上世纪三十年代初至五十年代初的二十年，是泡沫混凝土工业化技术体系形成的时期。在这一时期，正值二战爆发，生产加气混凝土的铝粉供应紧张，于是欧洲各国纷纷转向以泡沫取代铝粉，以泡沫混凝土取代加气混凝土，刺激了泡沫混凝土在二战前后及战争期间的研发及生产，形成了其发展的第一个高潮。其应用领域以建筑保温为主。

在这一时期，技术成就最大的是前苏联。应该说，前苏联为泡沫混凝土技术成熟并走向工业化生产，起到了关键性的作用。从1926年开始研发到1930年在列宁格勒（现圣彼得堡）开始工业化生产，前苏联只用了四年时间。从1936年

起，他们在已成功生产自然养护泡沫混凝土的基础上，实现了蒸压泡沫混凝土及蒸压泡沫硅酸盐的工业化生产，建立了以彼尔伏乌拉尔斯克、别莱兹尼克等泡沫混凝土大型企业。这些企业生产的泡沫混凝土砌块、墙板、饰面板、屋面板、楼板等，开始大量应用于工业与民用建筑。从1946年-1958年，前苏联出台了《泡沫混凝土屋面板》1781-49、《厂房屋顶用钢筋泡沫混凝土大型板》7741-55等一系列国家标准，是世界上最早形成泡沫混凝土制品标准体系的国家，比我国早50多年。可以说，前苏联奠定了泡沫混凝土技术体系的基础。他们当时建立的一整套完善的泡沫混凝土原料测定与制品检验方法，泡沫混凝土蒸压技术规程，泡沫沉陷距与泌水率检测仪（苏联中央工业建筑科学研究所研制）等检测仪器，至今仍被世界各国所广泛应用。如今我国流行的大多数发泡剂，也均为前苏联所发明。如A·T·巴拉诺夫和Л·M罗普费里德发明了石油磺酸铝发泡剂，并于1950年开始用于雷特卡林泡沫混凝土厂、第聂伯彼特罗夫斯克泡沫混凝土厂等，实现了工业化应用；Л·M罗普费里德研究出水解血胶发泡剂，在五十年代初期开始工业应用；M·H·格兹列尔和Б·H·卡乌夫曼于上世纪四十年代就研究出松香皂发泡剂，至今仍是世界上应用最广泛的发泡剂；1940年前苏联中央工业建筑科学研究所以植物根茎研究出植物皂素发泡剂。如今泡沫混凝土基础技术,大多来自于前苏联。

自上世纪五十年代开始，泡沫混凝土技术开始从它的发源地欧洲以两个渠道向世界各地传播。一条渠道是前苏联将其技术传播到中国及东欧的波兰等各国，另一条渠道是德、英、瑞典、荷兰等西欧国家将其传播到北美及亚洲的韩国及日本等国。这一阶段是泡沫混凝土技术在世界各地的传播及发展期。在这一时期，泡沫混凝土的应用仍以建筑保温制品为主。

1979年，美国的Yamads等人首次将泡沫混凝土在油田固井方面获得成功，使泡沫混凝土走出了保温的单一领域，开始向多领域发展。其后，日本将其成功用于岩土工程的回填。韩国及日本将其应用于地暖保温层。进入新世纪之后，泡沫混凝土在吸音隔音领域，吸能吸波领域、耐火材料领域等许多新的应用方面研究活跃，并逐步形成了规范化应用。可以说，自1979年至今的30年，是泡沫混凝土技术水平的提高与应用领域的高速扩展阶段。目前，它的应用领域已达20多个，并由民用扩展到军用、航空、工业应用等高端领域，为它未来的发展开辟了宽阔的道路。目前，泡沫混凝土最为发达的三个地区是：欧洲、北美、亚洲的中日韩及东南亚.在其它地区，泡沫混凝土也有一定的应用。总的来看，泡沫混凝土基本普及应用到全世界。

2 泡沫混凝土在我国的发展历史

2.1 上世纪五十年代的研发高潮

中国泡沫混凝土的发展并不晚，仅次于欧洲。这主要是因为前苏联的原因。一方面，前苏联在泡沫混凝土技术方面及应用方面，在上世纪50年代初均走在世界前列。另一方面，当时苏联援建中国的热潮正高，为他们把泡沫混凝土先进技术及时传播到中国提供了社会历史条件。

泡沫混凝土几乎和新中国同时诞生和成长。1950年，前苏联专家就开始向中国推广泡沫混凝土技术。1952年，中国科学院土木建筑研究所成立了以黄兰谷为首的泡沫混凝土试验中心，开始了中国泡沫混凝土的正式试制。当时，由于我国的工业蒸汽管道的热绝材料是从前苏联进口的苏维利特碳酸镁板，每吨含运输费约为当时的1400元（相当于现在的几万元），而我国正大规模建设的工业管道，保温材料需求极大，例如一台发电机组就需要260吨，造价极高。当时研发泡沫混凝土的第一个目的，就是用于工业管道及储槽的绝热材料。当年，第二机械工业部第四设计处，重工业部有色金属管理局等进行了生产，并将其成功应用在工业管道保温上。

1954年，在中国科学院土木所与其他单位合作下，由前苏联专家指导，在哈尔滨生产出蒸压泡沫混凝土板，用于哈尔滨电表仪器厂屋面。这是我国首次将泡沫混凝土用于建筑保温。

1955年-1957年，原水利电力部电力建设科学技术研究所试制成功使用温度可达250~510℃的泡沫混凝土管壳，应用于峯峯电厂、大连电厂的高温管道保温上。

1956年，原纺织工业部基本建设设计院也开展了粉煤灰泡沫混凝土的试验研究，其目的是针对当时泡沫混凝土以水泥为主，成本较高的情况，以粉煤灰取代水泥，来降低成本。在原北京市建材局，中纺部第二工程公司、水利科学研究院等配合下，他们一年多的试验取得了成功，将泡沫混凝土成本降低了40%，并在工程中作了应用。

1952-1959年的8年间，是我国泡沫混凝土发展的第一个高潮期，形成了一定的生产规模。但可惜的是，由于随后的中苏关系恶化，苏联专家撤走，再加上紧接其后的文化大革命，致使我国泡沫混凝土从1960年-1980年，整整20年之久，很少有人问津。假若按50年代的速度发展，我国早已成为泡沫混凝土生产

的强国。这实在令人惋惜。

2.2 泡沫混凝土在我国的重新崛起与快速发展

泡沫混凝土重新在我国兴起，是从现浇开始兴盛并发展起来的。这是与上世纪五十年代第一个高潮时期以制品为主有着根本性的不同。在1980年前后，随着改革之风吹开国门，欧洲的泡沫混凝土现浇技术进入了我国的开放前沿广东。由于广东及其周边地区夏季炎热，对屋面保温需求强烈，泡沫混凝土屋面现浇率先在广东流行。当时，广州、东莞、佛山等地，大量的屋面保温都应用了现浇泡沫混凝土。此后，泡沫混凝土屋面保温现浇逐渐向北推进，经福建、湖南、江西等省一路北上，如今已发展到北京、辽宁、陕西等全国各地，成为泡沫混凝土在我国的两大应用领域之一。2007年，中南地区建筑标准图集07ZTJ2005《泡沫混凝土屋面保温隔热建筑构造》，及四川省工程建设标准设计图集DBJT20-58《泡沫混凝土楼地面、屋面保温隔热建筑构造图》先后推出，标志着现浇屋面保温隔热层的规范化应用已经开始。

继泡沫混凝土屋面保温现浇之后，在上世纪九十年代末期，泡沫混凝土地面保温层现浇自韩国传入我国，率先在靠近韩国的烟台、威海、天津、大连、秦皇岛等地成功地应用。进入新世纪之后，由于其适应了建筑节能的需求，获得了迅猛的发展，并从2005年起进入发展高潮。如今，泡沫混凝土现浇地暖保温层技术自东向西、向南、向北三面扩展，已发展到全国除两广及福建、台湾之外的大部分省区，成为泡沫混凝土第一大应用领域。河北省地暖协会出台的泡沫混凝土地暖保温层地方标准，是我国第一个泡沫混凝土标准。之后，山东、辽宁也都出台了地方标准。2009年春，我国第一部泡沫混凝土现浇行业标准《地面辐射供暖工程用发泡水泥绝热层、水泥砂浆填充层技术规程》颁布实施，将泡沫混凝土地暖地暖保温隔热层现浇应用推进到一个新的发展阶段。

从上世纪九十年代开始，泡沫混凝土现浇开始在我国的建筑工程回填及岩土工程回填开始应用，成为我国的第三大应用领域。上世纪九十年代初，煤炭科学研究总院从国外引进了泡沫混凝土工程填充技术，并成功应用于开滦煤矿特大顶板冒落崆峒的浇筑回填。其后，中国建筑材料科学研究院又将现浇泡沫混凝土应用于建筑补偿地基填充、引黄工程洞穿管回填等。2000年以后，泡沫混凝土在交通岩土工程方面开始应用。2003年，广东某路桥公司从日本引进了公路岩土工程回填技术，受到交通部的支持，在国内中江高速、京珠高速等一系列重大工程中成功应用。随后，他们又将这一回填技术在北京奥林匹克中心地下通道工程，

2008年奥运会鸟巢周边地下通道工程中成功应用，使现浇回填技术日益发展。

2006年以后，我国以现浇为代表的泡沫混凝土，进入了蓬勃发展的新时代。目前，我国的泡沫混凝土基本以现浇为主制品为辅，我国泡沫混凝土现浇蓬勃发展的主要标志有以下几点：

① 泡沫混凝土新的、高端的应用技术及应用领域大量出现。2006年以后，一年出现的新技术、新的应用领域，可以超过前几十年的总和，且一年比一年数量多。作者简单的统计，在2006年以后出现的泡沫混凝土新技术达数十项

② 国内已开始出现规模化泡沫混凝土设备生产厂家。

③ 2.2.3泡沫混凝土企业快速增加，每年新增企业数量不少于百家， 2009年预计近1000家左右。论生产企业数量，我国已居世界第一；

④ 2.2.4泡沫混凝土标准开始制定和实施，自2006年-2009年，我国在四年中推出地方标准、行业标准、国家标准10多个，还有一批标准正在制定中。从此，我国的泡沫混凝土告别了无序发展的时代，开始逐步走向规范化生产。

5、泡沫混凝土行业协会成立，标志着我国泡沫混凝土有组织发展的开始。2009年元月8日，经民政部批准，中国混凝土与水泥制品协会泡沫混凝土分会成立，成为我国泡沫混凝土行业技术进步的发动机。

3 我国泡沫混凝土发展现状

3.1 总体状况

目前，我国泡沫混凝土企业总数预计近1000家左右，其中，现浇企业约占60%左右，制品企业约占20%左右，设备加工企业约占10%左右，发泡剂生产企业约占10%左右。企业的地域分布，泡沫混凝土最为发达的山东、河北、河南、天津、北京、辽宁、陕西、四川为最多，约占全国企业总数的60％左右，湖北、江苏、广东、浙江、福建、安徽、江西、山西、内蒙、新疆诸省区次之，约占企业总数的30％左右。吉林、广西、甘肃、宁夏、重庆、湖南、云南、贵州诸省，泡沫混凝土刚刚起步，企业数量较少，约占全国企业总数的10％左右。西藏、青海、黑龙江、海南四省区由于地处边远，泡沫混凝土最不发达，企业数量最少，有待以后发展。

我国泡沫混凝土年产量，2008年已达500万m3，2009年粗略估计应该突破600万m3。其中，泡沫混凝土地暖保温层约300万m3、屋面保温层约150万m3、

地面垫层约50万m3、各类回填约20万m3、特种功能应用30万m3、制品类约50万m3。现浇约占总产量的80％以上，其它约20％。

从应用领域来看，我国泡沫混凝土的主要应用仍是建筑保温，其用量约占泡沫混凝土总产量的85％，岩土工程约占8％，油田应用约占2％，其它应用约占5％。从长远看，建筑保温也仍将是泡沫混凝土的主要应用领域。

3.2 技术状况

从技术水平来看，我国泡沫混凝土已快速拉近了和发达国家的距离，在某些方面已超过了发达国家，居世界领先水平。总体来讲，我国泡沫混凝土的技术现状是：在一般常规应用领域特别是建筑保温领域，我国的工艺技术具世界前列，具有先时水平，但在装备技术及尖端应用领域，我国和发达国尚有很大的差距。

一般常规应用领域主要是泡沫混凝土用量最大的建筑保温、土木工程及岩土工程回填等。在这些方面，泡沫混凝土现浇具有优势，在我国发展迅速，施工量已居世界首位。现浇工艺技术在引进基础上经近几年的不断完善，已形成具有中国特色的技术体系，工艺水平已达到先进国家的水平。其中，公路回填、隧道回填、地基回填、油田固井浇注等已在我国成功应用。建筑保温屋面、地面、垫层现浇施工，技术已经成熟。特别值得一提的是泡沫混凝土墙体现浇，是我国拥有自主产权的创新技术。也它包括承重泡沫混凝土现浇墙体、钢结构现浇墙体、框架结构泡沫混凝土墙体、砖混结构夹芯泡沫混凝土墙体等。这是我国对国际泡沫混凝土现浇技术的重大贡献，对拉动泡沫混凝土发展具有不可估量的意义。目前，河南省在驻马店永泰公司的配合下，制定并颁布执行了《现浇泡沫混凝土墙体技术规程》地方标准，并有了许多工程应用；中国建筑标准设计研究编制的《钢结构住宅（二）》，也采用了泡沫混凝土灌芯现浇墙体。杭萧钢构利用这一图集，采用泡沫混凝土现浇，在武汉承建了世纪家园小区几十栋高层住宅。目前，我国在泡沫混凝土现浇墙体的研发、推广与应用方面，走在了世界的最前列。

和现浇相比，我国的泡沫混凝土制品和国外相比，整体规模偏小，技术水平不高，没有大宗应用的主导产品。国外大部分采用现代化的蒸压工艺，自动化程度高，产品质量好，在上世纪三四十年代已规模化生产了蒸压砌块与屋面大板、墙板等。而在我国，除广东天风墙体材料有限公司生产泡沫混凝土蒸压砖外，我国泡沫混凝土大部分为自然养护，产品质量差，实际应用不多。特别是泡沫混凝土砌块，虽然已出了行业标准，但至今没有规模化生产应用的产品。昆明、南昌等地先后建设的一批大型泡沫混凝土砌块生产线，由于制品后期干缩大，墙体裂

缝，都已倒闭。

目前，国内小企业手工作坊式生产泡沫混凝土砌块正在各地推广，质量很难保证，后期干缩不能解决，告戒大家且不可盲从。

虽然我国泡沫混凝土制品方面的整体技术水平还不高，但在某些方面，仍有技术创新和领先性。这些领先技术如：陶粒泡沫混凝土砌块、泡沫混凝土聚苯复合墙板、泡沫混凝土夹芯墙板与屋面板、泡沫混凝土集成化房屋等，均受到国际关注。其中，生产泡沫混凝土复合板和集成住宅的北京太空板公司、北京华丽联合公司，已成为泡沫混凝土行业最大的两家企业，产品已出口美国、欧洲、俄罗斯、蒙古国等10多个国家，为泡沫混凝土行业树立了榜样。

3.3 装备状况

我国泡沫混凝土生产装备加工，已发展到一定规模，生产厂家已从10年前的几家发展到今天的数百家，发展速度惊人。目前已初步形成了年产700套的生产能力，预计5年后年产量将突破1000套，居世界首位。我国泡沫混凝土生产装备以现浇成套机组为主，是在引进韩国机型的基础上加以国产化改造而成的。其机型以中小型为主。由于这种机型适应了中国泡沫混凝土企业以小企业居多的现状，因而获得了快速发展，基本取代了进口机型。除现浇设备之外，我国的泡沫混凝土制品生产装备也在近几年获得技术突破。特别是泡沫混凝土夹芯板、复合板、集成化房屋、陶粒砌块等生产线，已初步定型，有一定的创新性，已进入推广应用阶段，还有少量出口。预计在3～5年内制品生产线的加工将达到一定规模，并将大量出口。

我国的泡沫混凝土装备具有中国特色，小型化、实用化、操作简易化的特点明显，且价格只有欧美设备的几十分之一，经济实惠。这种设备不但适应了中国的国情，也适应了发展中国家的国情，因而受到发展中国家的欢迎。发展中国家的泡沫混凝土均在起步阶段，对泡沫混凝土设备需求旺盛。他们买不起欧美的高价泡沫混凝土设备，纷纷转向中国。我国泡沫混凝土设备已出口亚州、非洲、南美州等几十个国家，在金融危机冲击下仍不减态势，成为发展中国家最大的泡沫混凝土设备供应国。特别是周边的俄罗斯、蒙古国、哈萨克斯坦、越南、泰国等国家及我国的台湾省，一直对我国泡沫混凝土设备保持了旺盛的需求。也可以说，我国对拉动发展中国家泡沫混凝土的发展，做出了重大贡献。在短短的五年内，我国就从泡沫混凝土技术设备的进口国发展成为一个出口国，这一转变是我们的骄傲。

虽然我国泡沫混凝土生产装备已达到一定的技术水平和规模，但和欧美发达国家相比，尚存在较大的差距。欧美设备大型化、自动化、加工精良化的综合优势十分突出。象现浇成套装备，欧美均配备有原料筒库和全自动配料系统，以及浆体密度自控系统，自动化程度很高，产量也很大。而我国设备则皆为人工配料、电控手动操作，浆体密度难以控制，其差距显而易见。如何提高我国泡沫混凝土生产装备的技术水平，是今后3～5年我们面临的重要课题。

除装备水平之外，在高技术应用领域方面，我国和发达国家也存在较大差距。诸如泡沫混凝土电磁屏蔽、吸声、吸能、抗爆等方面的应用，海上工程的应用，核设施工程的应用等，我国应用量非常有限，有些还是空白。在这些高科技应用领域，我们还要奋起直追，力争在5年后能拉近与发达国家的差距。 4 我国泡沫混凝土发展趋势与方向

泡沫混凝土的快速发展是一个世界性的大趋势。十年前，泡沫混凝土大多在欧美发达国家及俄罗斯生产应用。如今，泡沫混凝土迅速扩展到全球各地的发展中国家，即使落后的非州国家也开始生产应用泡沫混凝土。在发达的欧美及日本，其用量也在迅猛增长，在韩国，泡沫混凝土几手进入了每一个家庭，成为建筑不可缺少的材料。

泡沫混凝土已经产生了70多年，历史悠久，但始终没有获得广泛的应用。这主要是历史发展的条件不成熟，社会经济不能为它创造适宜的应用环境。如今，在经过70多年的缓慢发展之后，泡沫混凝土终于迎来了高速发展的新时代。其原因是：

● 它碰到了建筑节能的历史机遇

泡沫混凝土最初的产生缘于北欧寒冷国家的建筑保温，几十年来，它的主要应用市场始终是建筑保温。虽然近年在其它领域的应用量上升，但建筑保温始终是主导。由于世界能源枯竭的趋势日益明显，促进世界各国纷纷重视建筑节能，这就为泡沫混凝土的发展创造了条件。也可以说，世界性的泡沫混凝土热是建筑节能的产物。我国政府已把建筑节能定为基本国策，推进力度逐年加大，这一点，就决定了泡沫混凝土将在我国持续高速发展。

● 它作为多功能材料的优势随着科技的发展而日益显现

以前，人们只把它当保温材料应用，而近年，却发现它竟有如此之多的特殊功能，像吸能抗震抗爆、隔音吸音、吸收电磁波、透水过滤、抗渗抗潮、保水绿

化、耐火、防火、抗冲去防护、漂浮承载等等。以功能之多来评价，它应是最优异的新型功能材料之一。这些功能的发现，使它的用途越来越广，受到各行各业的关注。这也是它得以高速发展的重要原因。

4.1 在建筑保温中将取代泡沫塑料，成为第一大保温材料

泡沫塑料在建筑保温中连续引发特大火灾，引起举国上下呼吁淘汰，这一呼声日益高涨，决定了泡沫塑料必将退出建筑保温市场。泡沫塑料退出后，用什么材料来取代，是建筑节能的头等大事。从目前的发展趋向来看，除了泡沫混凝土，没有任何其它材料可作为取代品。

在无机不燃材料中，泡沫玻璃、泡沫铝、泡沫陶瓷的价格高，不能成为取代品；而岩棉矿棉等纤维保温材料虽然价格略低，但仍远高于泡沫混凝土，且使人浑身剌痒，污染环境。另外，它们不是硬质块状材料，应用也比较困难。这一切，也决定它们也不会成为建筑保温的主导材料。膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等颗粒状松散保温材料，吸水率高，制品不抗冻融，松散不易使用，使它们的应用受到限制。而泡沫混凝土，价格低廉，原料易得，既可快速现浇施工，又可制成各种制品，同时它又具有防火性，隔声性、抗震性、耐侯性，用其取代泡沫塑料，是最合适的材料。即使它还存在密度较大、保温性不及泡沫塑料、强度较差三大不足，但综合比较，它仍是泡沫塑料取代品的最佳选择。用泡沫混凝土取代泡沫塑料，这一发展趋势将日益明朗并终将实现。

建筑保温是一个巨大的市场，在未来十年中，保温材料需求至少也有几千亿元的市场容量。若泡沫混凝土能够成为主导型建筑保温材料，其辉煌前景是令人鼓舞的。据说，国家有关部门正在制定在建筑保温中限制使用和逐步淘汰泡沫塑料的政策，这将为泡沫混凝土创造一个蓬勃发展的大好机遇。泡沫混凝土行业人士若能抓住这一历史机遇，泡沫混凝土必将成为第一大建筑保温材料。愿大家为实现这一目标而不懈努力。

现在，国内建筑保温中泡沫混凝土的开发热点有下面的五个方面。

4.1.1 泡沫混凝土现浇墙体

现在，泡沫混凝土现浇主要应用于屋面保温层与地暖保温层。在近几年内，这一应用仍将保持强劲的发展，中西部及严寒地区都将逐步推广应用这一技术。在泡沫混凝土屋面及地面现浇持续发展的同时，我国墙体泡沫混凝土现浇将会获得更快的发展。这一趋势已经显现。建筑保温的主要部位是外墙，建筑隔声的主

要部位是内墙。泡沫混凝土用于外墙现浇可实现自保温，用于内墙现浇可实现自隔声自吸音，在内墙外墙的应用均有优势。近来，国内许多泡沫混凝土企业已开始发展现浇自保温外墙，承重隔音内墙，非承重隔音内墙等，而且已形成了开发热潮，一大批应用技术正在各地紧张研发中。根据这一趋势，泡沫混凝土现浇墙体将会在2～3年中得到推广应用，在3～5年后得到普及应用。由于墙体现浇量要远大于屋面和地面，因此，若这一技术得以推广，现浇墙体将会成为泡沫混凝土第一大应用领域。

4.1.2 泡沫混凝土外墙外保温板

泡沫混凝土外墙外保温板是指采用粘贴或干挂工艺固定于外墙面的保温板。其幅面20×20cm、25×25cm，厚度3～5 cm、密度为150～270kg/m3。由于这种保温板已在四川、甘肃、上海、浙江等地得到成功地应用，引起了国内不少泡沫混凝土企业的兴趣。目前，不少企业已在研发此类产品，准备取代泡沫聚苯板，用于外墙外保温薄抹灰系统，或外墙内保温薄抹灰系统。由于这一技术比较成熟，随着建筑防火力度的加大，这一产品将会逐步得到推广应用，成为未来建筑保温的主导产品之一。

4.1.3 泡沫混凝土外墙自保温墙板

这类墙板包括单侧复合有饰面层或保护层的泡沫混凝土复合墙板、双面复合有饰面层或保护层的泡沫混凝土夹芯墙板。其中夹芯墙板的研发最热，单北京市就达10多家。其成型工艺型式有先制高强外壳，后浇筑泡沫混凝土芯层；先制两侧面板，再复合泡沫混凝土土芯层；先制泡沫混凝土芯层，再复合高强面层；各家工艺不尽相同，均有创新，各有亮点。这类墙板可实现外墙自保温，安装后不需另做保温处理，且防火、耐久、隔音性优异。一旦各家产品定型推出，将实现我国墙板的更新换代。

4.1.4 泡沫混凝土集成化住宅

集成化住宅是世界性发展潮流，泡沫混凝土自保温装配集成化住宅更是一个开发热点。如今，国内不少企业均在着力开发这种自保温装配住宅。正在研发的产品有两大类。

① 中高档别墅

此类住宅多采用轻钢结构，组装速度快，抗震性强，可实现自保温，造价低于普通别墅。泡沫混凝土一般制成各类夹芯保温板，使用时拼装。乌鲁木齐绿地

公司此类产品的目标市场锁定了国内高端别墅，并重点出口。也有不少公司想重点做中档住宅。

② 小康村住宅

此类住宅采用承重泡沫混凝土墙板拼装，或采用轻钢结构泡沫混凝土复合板体系。其特点是造价低，墙体坚固，适合农村的特点。目前，国内也有不少企业在致力开发。

4.1.5 泡沫混凝土陶粒砌块及蒸压砌块

泡沫混凝土砌块一直是国内各方热衷的第一重点产品。但由于自然养护产品的强度差，后期干缩大，致使本产品始终没有在我国规模化生产应用。目前，国内企业已转向陶粒泡沫混凝土砌块及蒸压泡沫混凝土砌块的研发。这两类砌块是发展方向。国外企业多采用蒸压，前苏联在上世纪三十年代采用的是自然养护工艺，因强度低、抗冻性差、干缩大，从上世纪四十年代改为蒸压工艺。陶粒泡沫混凝土砌块是我国的创新，技术先进，应大力发展。

4.2 土木工程及岩土工程回填及生态覆盖

在未来，这将是泡沫混凝土第二大应用领域。目前，这一领域的应用量虽然还不大，但已显现出良好的发展前景。我国大规模投资高速公路和铁路，将为泡沫混凝土在软土地基填充、冻土地带路基填充、盐碱地抗腐蚀路基填充、引桥代土填充、斜坡路基防滑填充、拓宽路基代土填充、地下通道减荷填充，隧道一二次衬砌空间填充、护坡植草覆盖浇筑、大堤的减侧压回填、地下管线填埋等几十项应用中得到推广。可以预期，在5～10年内，泡沫混凝土将会迎来在这一领域广泛应用的时代。

在建筑工程领域，它作为补偿地基已经应用、地下建筑的代土减荷覆盖也已应用，在其它基础回填方面也会有越来越多的应用。

在矿井防瓦斯防地面沉降回填方面，泡沫混凝土正备受关注，各大专院校也开始这方面的研究。我近年每年都要接待来自各矿区的技术咨询者，证明它的应用正开始趋热。我国的大量矿井已进入老化期和报废期，防止地面沉降及防瓦斯已成重大问题，用土回填，难度很大。用泡沫混凝土填充，省力省工省材料，国内已有成功经验，将是我国矿井未来环保和安全重点发展项目。相信它将很快进入广泛应用的时期。这一巨大市场的开发将是指日可待，且工程量也是很大很大的。

值得一提的是泡沫混凝土生态覆盖。这包括道路边坡防滑坡植草覆盖、沙土地防沙植草覆盖、垃圾场植草覆盖、岩石裸露区植草覆盖等。我国在这方面的应用已经开始。据一些泡沫混凝土设备厂家介绍，近来，许多设备均是应用于上述生态覆盖施工，呈现出良好的发展态势。我国的边坡植草、沙土地植草、垃圾场植草等，尚处于起步阶段，它采用透水透气性泡沫混凝土，既保护了地面，又不影响植物生长，施工速度又快，实在是一项理想的新技术。相信它会大规模推广应用。

4.3 功能材料

泡沫混凝土最具有技术含量，最具有其附加值的应用，当属其在功能材料方面的应用。这一应用使它在许多方面走向高端应用领域。例如其防电磁辐射，已应用于一些军事工程浇筑和民用工程浇筑，将来它很可能以物美价廉而成为这一领域的主导材料。这几年，我国的各军事院校和军事科研单位，已注重于它在抗爆吸能方面的应用开发，并已用于地下管道、地下军事工程的抗爆层浇筑。在未来，它在军事方面的应用将会日益扩大。如军事工程吸能防护层、战时机场跑道的现浇抢修、军用及民用机场的安全防护、机场跑道的基础回填等，均会有大量的应用。

泡沫混凝土的功能目前已发现的有20多种，其大量的应用仍然在民用方面。其中，未来最具发展前景的将是它在建筑吸音隔音方面，作者预测它将会成为最具发展潜力的新型吸音材料。另外，它在耐火保温领域、过滤领域、抗渗防水领域、轻质装饰材料领域等都会有广阔的应用前景。随着泡沫混凝土的许多功能被人们发现，它作为功能材料的应用会无比引人注目。

5 泡沫混凝土技术的发展方向

泡沫混凝土要获得普及应用，应重点解决以下几个技术问题，需要全行业人士共同努力。

5.1 超低密度产品

超低密度是指密度小于100kg/m3的泡沫混凝土。它的导热系数约为0.04～0.05。与聚苯泡沫板基本相当。如果我们能开发出此类泡沫混凝土，将为其全面取代聚苯板铺出宽广大道。目前，100kg/m3左右的产品在实验室已经可以制出，但如何实现工业化稳定生产，并进一步降低密度到50～80 kg/m3，就成为下一步大家共同努力的目标。这一技术能否成功，对泡沫混凝土在建筑保温中的地位至

关重要。

5.2 泡沫混凝土强度提高问题

泡沫混凝土的主要缺点就是强度低，如何提高其强度，是一个长期的技术课题。特别是100～300 kg/m3的低密度产品，其强度最差，但需求量又最大。如果我们能解决它的强度问题，它的用量将会数倍的增长。

5.3 水泥用量大，成本高问题

目前，大多数企业生产泡沫混凝土，全部采用水泥，成本较高，在与聚苯泡沫的竞争中没有成本优势。如何降低水泥用量，降低成本，也将是全行业的重要课题。

6 发展建议

6.1 国家应加大对泡沫混凝土的扶持力度

泡沫混凝土作为可以取代泡沫塑料的防火保温材料，是一个新的经济增长点，对刺激内需、提高我国经济增长速度，改善民众居住环境，有着重大的意义。建议国务院、发改委、建设部等国家部门，加大对泡沫混凝土的扶持力度，促进泡沫混凝土高速增长。

① 国家应尽快出台一批扶持和鼓励政策，支持在建筑保温中以泡沫混凝土逐步取代泡沫塑料，采用泡沫混凝土防火材料进行保温的建筑应以经济补贴或减税扶持，对生产泡沫混凝土的企业应予各种政策优惠。至少国家应出台一个鼓励泡沫混凝土发展的文件，给以泡沫混凝土行业以激励。

② 中国建材联合会、中国混凝土与水泥制品协会等上级协会，应大力支持泡沫混凝土的发展，并出台鼓励性文件。

③ 国家应加大对泡沫混凝土研发的投入，包括科研单位的科研投入、中试企业的中试投入、产品研发企业及设备研发企业的科研投入。

④ 国家应加大对泡沫混凝土企业的经济支持力度，给以贷款扶持，基金扶持等各种融资扶持。

6.2 泡沫混凝土协会应加大促进行业发展的力度

泡沫混凝土协会应尽快做好如下工作：

① 壮大行业队伍，鼓励企业入会，争取会员达到300家以上；

② 组织好技术培训，提高企业技术水平；

③ 代表行业多与国家主管部门沟通，多为行业争取到更多支持；

④ 组织好行业准入，鼓励企业创优；

⑤ 组织好企业交流，搞好沟通服务；

⑥ 组织行业进行新工艺、新设备、新发泡剂研发；

⑦ 组织专家服务团队，搞好企业技术咨询；

⑧ 加大对全社会的宣传力度，提高泡沫混凝土的社会认知度，扩大泡沫混凝土的影响力，让中国人都喜欢上泡沫混凝土。

6.3 泡沫混凝土标准规范及测试方法应尽快出台

建议国家主管部门尽快制定泡沫混凝土各种标准及测试方法。否则，设计部门无标准可依，泡沫混凝土就难以应用。各企业应积极参与标准制定，支持标准制定。

6.4 企业应积极参与促进行业发展的活动

我们的企业必须认识到，行业发展大了，企业才能做大。因此，企业不能只能眼前小利而不关心行业的整体发展。建议大家以后多参与各种有利于行业发展的活动，多支持协会的工作。不能只要协会服务，而不配合协会工作。要看到行业壮大发展对企业的间接效益及拉动作用，大力参与协会活动。

7 结语

总体来看，我国泡沫混凝土行业目前正处于起步发展阶段向繁荣阶段过渡的转折期。这一转折期预计将在未来3～5年内基本完成，在2013年全面进入普及应用期。在今后3～5年内，我国将完成泡沫混凝土高速发展的条件准备，为大规模应用奠定各方面的基础。这些条件是：

● 市场的培育和扩大；

● 技术设备的开发、完善、提高；

● 各种标准及规范的制订与实施；

● 企业规模的形成及企业数量的剧增。

届时，一个泡沫混凝土全面发展的辉煌时代将如期到来，我国泡沫混凝土将进入大规模应用的时期。

聚合物水泥泡沫保温材料的研究

李应权，徐洛屹，扈士凯，罗宁，段策，秦洪友

（2：建筑材料工业技术监督研究中心，北京，100024；

3：北京中建国信科技开发中心，北京 100024）

中国外墙防火网：/

【摘要】本文介绍了我国建筑节能的现状，提出建筑节能必须与防火安全并举，介绍了水泥基泡沫材料的概念与类型。本项目对聚合物水泥泡沫材料的关键组分—聚合物、泡沫剂及多种专用外加剂的制备及其性能进行了研究，设计开发了配套使用的新型发泡机，通过材料配方与制备工艺的优化集成，制得了性能优异的聚合物水泥泡沫材料，并通过SEM、XRD等现代测试分析手段对泡沫材料的微观形貌、水泥水化进程、固化机理进行了分析研究。研究结果表明：聚合物水泥泡沫材料是一种技术性能、经济效益和社会效益都十分突出的新型节能保温材料，在实现建筑节能的同时，保证防火安全和使用寿命。

【关键词】聚合物水泥泡沫材料；泡沫剂；发泡机；干表观密度；导热系数；抗压强度 22232310 前言

随着全球工业化进程的发展，世界性的能源紧缺矛盾日益突出，而我国的能源短缺状况尤为严重。建筑能耗是我国能源消耗的大户，尤其是北方地区，采暖能耗超过当地社会总能耗的40%。我国建筑物的保温隔热性能普遍很差，单位面积采暖能耗约为发达国家的2-3倍，我国建筑取暖一般以煤为主，据统计每年采暖燃煤排放二氧化碳约1.9亿吨，排放二氧化硫约300万吨，严重污染环境、破坏人类生存环境。因此，中国要走可持续发展道路，必须大力推行建筑节能。

我国“十一五”规划纲要提出，到2010年全国城镇建筑节能率将达到50%，其中，各特大城市和部分大城市、北方寒冷地区节能率将达到65%，这样就对保温材料及其配套技术提出了新的要求。目前，国内外常用得保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料（EPS、XPS）、聚氨酯硬质泡沫体（PU）等，优点是轻质、保温性好。但这些有机泡沫材料易老化，不能与建筑物同寿命，在建筑物使用期内，需要多次更换保温层，浪费大量人力、物力、财力。更为严重的是其防火安全性差，各地屡屡发生由有机保温材料被引燃而导致的火灾事故，如央视文化中心、济南奥体中心、北京大学体育馆（奥运乒乓球馆）、中国科技馆新馆、南京中环大楼等，火灾时烟雾大、毒性大，造成了巨大的经济损失及人员伤亡。中国建筑既要真正做到保温节能，又要防火安全，这是当前建筑节能中刻不容缓的头等大事。 1国家科技部院所技术开发研究专项课题(NCSTE-2007-JKZX-284)

鉴于上述状况，2007年起,建筑材料工业技术监督研究中心就开始着手进行聚合物水泥泡沫材料及其保温系统的研究工作。它是以聚合物改性水泥为基材，通过物理化学方式引入大量微小、稳定、封闭的气泡，采用多项现代材料技术手段及特定工艺制成的一种新型多功能保温隔热材料，建筑节能率可达65%以上，在实现建筑节能的同时保证防火安全。它仅在水泥中引入少量的聚合物，而且均匀地分散在水泥中，产品不燃烧（A级），同时克服了无机材料易开裂、吸水率高、保温效果差的缺点，轻质、保温、隔热、隔音、抗震、环保、利废、耐久、与建筑物同寿命，可应用于屋面、墙体和地面保温。既可现场浇筑施工，又可在工厂预制成保温砌块、墙板或装配式构件等，现场砌筑或装配施工。本研究方向和研究成果符合国家节能减排的产业政策和市场需求，构建建筑节能与防火安全的新体系，必将极大的推动我国建筑节能行业的技术进步。

1 水泥基泡沫材料的概念与类型

水泥基材料包含水泥净浆、砂浆和混凝土等，这些材料都以水泥作为胶凝材料。以水泥基材料为基础，通过各种方式引入气泡，所形成的材料统称为水泥基泡沫材料，主要分为以下几种类型：

（1） 将泡沫剂（表面活性剂）水溶液通过物理方式预先制备出泡沫，再与搅拌好的水泥基材料浆体搅拌成料浆，此为发泡水泥、泡沫砂浆或泡沫混凝土；

（2） 将引气剂（表面活性剂）与水、水泥、砂、石一同混合搅拌制成的砼为引气混凝土，采用这种方式通常气泡含量不高，混凝土含气量一般在10%以下；

（3） 采用机械充气的方法制成的混凝土称为充气混凝土；

以上三种均采用物理（机械）方法使材料获得气泡结构。

（4） 将发泡剂（如铝粉、双氧水等）与水泥基材料一起混合搅拌均匀制成料浆，在静停过程中通过化学反应产生气泡，料浆逐渐膨胀，所形成的材料为加气混凝土，又可分为蒸压加气混凝土和免蒸压加气混凝土。这种方法称为化学发泡。

（5） 同时采用物理制泡方式和化学发泡方式制备的材料称之为水泥基复合发泡材料。

（6） 通过聚合物对（采用以上五种制泡方式中的任意一种）水泥基泡沫材料改性制备的有机-无机复合泡沫材料统称为聚合物水泥泡沫材料。

2 总体研究方案与技术路线

本课题借鉴泡沫混凝土、加气混凝土的发泡技术，在研制出高性能泡沫剂及多种外加剂的基础上，采用自主设计的新型发泡机制备出高稳定泡沫，再将聚合

物改性水泥及掺合料、外加剂、纤维等搅拌成净浆，然后在均化器内将泡沫、净浆、助剂等搅拌成料浆后，浇筑、静停、养护，从而得到高性能聚合物水泥泡沫保温材料。

本项技术引入成膜聚合物，旨在改善气泡的密闭性，提高保温效果；采用先进的外加剂技术，减水、促凝、早强、增强，大大改善料浆及硬化体性能；结合疏水化处理技术、超细微粉技术，采用多组分系统集成优化方法以及独特制备工艺，制成的轻质、保温、防火、耐久的聚合物水泥泡沫材料，可应用于各种建筑围护结构保温工程，其在实现建筑节能65%的同时,保证防火安全和使用寿命。 3 关键组分材料与设备的研制

3.1 HJ-1高性能泡沫剂的研制

通过分子结构设计和材料优选、配方与工艺正交试验研制出新一代HJ-1高性能泡沫剂。该泡沫剂为液态，易溶于水，常温发泡，制备的泡沫具有超高的稳

图3.1 HJ-1高性能泡沫剂的研制 图3.2 泡沫细腻、稳定，制泡数天不破泡 定性，独立、微小、封闭，将泡沫与水泥浆或混凝土搅拌均匀，自然凝固成型，即可制得各种轻质水泥基泡沫材料，其技术性能列于表3.1和表3.2。

表3.1 HJ-1高性能泡沫剂主要技术指标

表3.2 HJ-1泡沫剂与国内外不同品牌泡沫剂性能比较

大量对比试验结果表明：HJ-1高性能泡沫剂的技术性能优于目前已知的国内外同类产品的性能。目前该泡沫剂已在北京、上海、河南等地得到应用。2009年HJ-1高性能泡沫剂成功地试用于国家博物馆的现浇泡沫混凝土施工中，同时还在一些企业的轻质墙板生产中得到批量应用，取得了良好的技术经济效益，过硬的产品质量赢得了用户的好评。

3.2 SP-Ⅱ新型发泡机的设计开发

针对HJ-1高性能泡沫剂有别于常规制泡工艺参数的特点，我们自主设计开发了配套使用的SP-Ⅱ新型发泡机，其可实现双向送液、双泡管发泡、无气阻。可根据需要宽幅调整泡沫密度，目标定量重复性好，泡沫细腻、泡径均匀，解决送液气阻问题，在常规条件下均能顺利发泡，整机安全可靠，便于调整、维护、检修。其工作原理如图3.3，样机见图3.4。

图3.3 新型发泡机工作原理图 图3.4 SP-Ⅱ新型发泡机样机

3.3 专用高效减水剂的研制

高效减水剂是制备高强水泥基材料的重要组分。本研究所用的专用减水剂为自主研制，其最大特点是与泡沫相容性好，对气泡稳定性无不利影响，增强效果

显著，而且掺量低、减水率高、流动度保持率高、低收缩、碱含量低、环境友好。本品由不饱和单体通过自由基聚合得到梳形分子结构的聚合物，其特点是主链上带多个活性基团，并且极性较强，如：羧酸、磺酸基、聚氧化乙烯基等亲水的活性基团，并且侧链较长、数量多，分子链具有梳型结构。疏水基团的分子链段较短，数量也少。自制高效减水剂基本性能如表表3.3和表3.4。

表3.3 专用高性能减水剂的基本性能

表3.4 专用高性能减水剂的试验结果

3.4 改性聚合物的优选

聚合物是本项目研究的关键材料之一。本项目优选出一种特殊组成的成膜聚合物，其能附着在水泥凝胶体或颗粒表面形成完整、连续、密实的膜结构，从而提高了泡壁的封闭性，因而大大提高了泡沫材料的保温效果；同时它还能提高材料的韧性、抗裂性、粘接力和防水、密封性能，降低吸水率，因而材料在潮湿环境下的保温隔热性能大大提高。其基本性能如表3.5所示。

表3.5 专用聚合物乳液的基本性能

产品性能

外观

固含量，%

pH值

粘度，mPa·s

乳液类型 指标 白色乳液 50±1 7-9 500-2000 阴离子乳液

3.5 促凝剂的研制

本试验针对硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥开发了专用促凝剂。该产品特点是促凝、快硬，分散性好，凝结硬化均匀。本品无氯、无毒，不燃不爆。在泡沫水泥中加入促凝剂，可以加速水泥凝结硬化，防止塌模，提高早期强度。

3.6 憎水剂的优选

水泥基泡沫材料存在的最大问题之一就是吸水率高。保温材料一旦吸水，其导热系数将大幅度提高，保温效果大大降低。降低吸水率的方法很多，采用内掺或外涂憎水剂是简便易行的方法。通过大量的正交试验，我们优选出特定组成的憎水剂，其具有优异的憎水性和持久的防水性，对多孔保温材料最为适合。 4 聚合物水泥泡沫材料配方与工艺的优化集成技术研究

在研制出聚合物水泥泡沫材料关键组分材料—聚合物、泡沫剂及多种专用外加剂的的基础上，采用自主设计开发的新型发泡机，对泡沫剂配比、浓度、温度等影响因素以及制泡工艺参数进行了系统研究，得到一整套制备高性能泡沫的工艺技术。采用正交试验方法，对影响净浆性能的各种因素进行系统研究，确定了各种组成材料的最佳匹配与用量。通过对影响聚合物水泥泡沫材料性能的各种因素进行深入研究，掌握了制备高性能聚合物水泥泡沫材料的影响规律。通过材料配方与制备工艺技术优化与集成，获得了高性能的聚合物水泥泡沫材料，实现了水泥基泡沫材料整体关键技术的重大突破。

在本项目研究过程中，我们使用了多项创新技术：采用自主研发的泡沫剂及独特制泡工艺，大幅度提高了泡沫的稳定性；通过自主研发的减水剂，大幅度降低水灰比(净浆减水率超过60%)，提高强度；通过促凝、早强、稳泡等技术措施，控制料浆凝结硬化，提高体积稳定性，避免塌模；采用疏水化处理技术，大幅度降低泡沫材料的吸水性；创造性地引入成膜聚合物，附着在水泥颗粒或凝胶体表面形成膜结构，提高泡壁的封闭性，大大提高了泡沫材料的保温性，同时也提高了材料的韧性、粘结力和防水性；应用纳米改性技术，促使泡壁材料微观结构的有序化排列，提高泡壁的连续性和均匀性，从而提高泡沫材料强度和保温性。通过集成技术工艺，获得了高性能聚合物水泥泡沫材料，可使建筑节能率达65%以上。本材料不仅节能，而且利废，可利用工业废渣30%左右，有利于环境保护。

本项目开发出的高性能聚合物水泥泡沫材料具有轻质、防火、高效保温、低吸水率和高耐久等优异性能。超轻聚合物水泥泡沫材料的主要技术指标为：干密度150-190kg/m3、导热系数 0.045-0.049W/（m·K）、抗压强度200-300kPa，不

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