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综述泡沫混凝土的应用范围及优势

2020-06-09 449 上传者：管理员

摘要：泡沫混凝土属于多孔混凝土的一种，由于其轻质、保温隔热、耐火性以及耗能减震等优点越来越广泛的应用于工程领域各个方面。文章主要从各个应用领域出发，综述泡沫混凝土的应用范围以及优势，提出一定的研究方向及建议。

关键词：
多孔混凝土
应用领域
材料科学
泡沫混凝土
综述
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泡沫混凝土的组成主要包括水、水泥、粉煤灰等，通过各种掺合料原料加工而成，加工时，通过物理或化学法，对材料进行处理，主要是把气泡引入胶凝浆体里，通过一定时间的凝结硬化，再最后制作完成，呈现大量孔隙轻质混凝土材料，这种材料广泛应用到各类建筑中，起到了良好的环保效果。泡沫混凝土的优点是轻质、保温、隔热、隔音、耐火、高流态、减震、环保、整体性好、施工简便等。此外，泡沫混凝土可以利用大量的工业废渣[1]，符合可持续发展的需要，此类混凝土成本较低，起到降低工程造价等作用。

自1950年苏联专家向我国推广泡沫混凝土技术，经过60多年的研究与应用，随着泡沫混凝土技术的不断发展，其技术水平已经非常成熟。在不同的建设领域得到了广泛应用，如挡土墙、用作复合墙板、管线回填、混凝土填层、屋面边坡等，具体主要从以下五个方面介绍，包括：路桥应用、屋面应用、地铁隧道应用、管线应用及其他方面应用。

1、路桥应用

泡沫混凝土因轻质高强、不可压缩以及高流动性等特点应用于道路桥梁换填，为路桥设计中的一些难题提供了相应的解决方案。在施工设计中主要以实际工程为准，以工程需要的标准进行整体设计，使混凝土强度和密度符合实际工程需求，全面提高了混凝土施工效率，保证了工期。

在路桥方面的应用主要包括：（1）道路桥台背路基换填。泡沫混凝土用于填筑桥台与路基连接处，可以使得桥台与路基结合部附近沉降曲线的梯度变化更加缓慢。大幅度降低填土荷载，减小地基附加应力，提高路基的稳定性；使得路基与桥台间的过渡段材料性能不至于突变；混凝土可以直立填筑，减少了侧向压力。（2）用于道路加宽。混凝土可以直立填筑，减少了土地的占用，一方面缩短了工期，另一方面减少了工程造价。（3）用于桥梁减跨。主要能够全面解决好土压力及台前锥坡等问题，使桥台设计更加优化，呈现了单排桥台，减少桥跨及造价。

作为轻质回填材料可以降低路基的整体自重，减少对结构物的侧向压力。Kazuya Yasuharad[3]等主要对轻质土工材料（LGM）进行系统的研究论证，通过在各种道路上的应用，提高了交通能力，保证了材料的科学性、稳定性，特别是在路基的基础建设中，有效提高了道路的承载能力，减少了交通荷载压力，行驶过程中，能够避免出现震动反应，保证了车辆的稳定性。通过系统的研究，我们发现，LGM如果用于路基建设时，震动水平会不断产生变化，以LGM弹模增加或者减少为基准，相应增加或者减少。

2003年，陈忠平、肖礼经、蔡力等全面对泡沫混凝土进行了基本研究，根据实际现场为例，进一步拿出科学的实证，通过现场的测试与研究发现，材料性质较为稳定，泡沫混凝土在公路工程实践中有着良好的效果。2004年，魏越强等又在此基础上，提出无砂大空隙率混凝土台后填筑物的想法，并通过试验研究取得了良好的实践效果[4]。

在钱江通道及接线工程绍兴段，泡沫混凝土应用于软基地段路基工程，28d抗压强度均超过0.6MPa，密度为600kg/m3左右。泡沫混凝土填筑处理后，从施工期至预压期这一时间段计算，建设物的累计沉降量为50～300mm之间，如果卸载，工后的沉降就变得非常小[8]。吕锡岭也以高速拓宽工程为载体进行了一系列研究，全面对泡沫混凝土拓宽路基附加应力规律和沉降等进行了分析，全面得到了拓宽参数对新旧路基均匀沉降所产生的影响面。

通过上述研究，我们看到，如果路面的拓宽宽度加宽，对陈旧的道路就会产生影响，同时，也会出现较大的不均匀沉降现象，最大差异沉降率非线性增大；如果是零征地拓宽，那么，工程对陈旧的道路就不会产生影响；结果表明，挖路的宽度越是增加，那么，泡沫混凝土“应力置换”整体效果就会加强。高速公路高路堤路段滑塌采用泡沫混凝土处治能减轻填土自重，提高路堤的抗滑稳定性，而且能缩短施工工期，并节省用地，充分提高土地利用效率和工程质量[10]。

Paul J.Tikalsky等人研究的最后结果是，泡沫混凝土具备良好的抵抗冻融破坏能力，具有长久性，从整体看，性质、环境、渗透度和吸水率均达到一定的水平，抗压度1.0MPa，所以说，低密度泡沫混凝土砌块的抗冻能力超强[5]。2016年11月湖南省首个采用泡沫混凝土工程的公路终于完工。广州亚运大道现浇泡沫混凝土施工、京珠高速公路现浇泡沫混凝土工程、鸟巢周边道路现浇泡沫混凝土工程、天津津滨高速公路现浇泡沫混凝土工程等。

2、屋面、地面应用

自20世纪90年代末，泡沫混凝土屋面保温现浇技术从韩国引入我国，在东部沿海地区得到应用并不断发展。随着近十多年建筑节能和材料保温的趋势，泡沫混凝土发展达到顶峰。在我国尤其是北方一些取暖地区，泡沫混凝土被广泛的应用于墙体以及地暖等方面。河北省地暖协会出台我国第一部泡沫混凝土标准—《泡沫混凝土地暖保温层地方规范》。2009年春，我国对新型材料进行了全面的规范，泡沫混凝土已经在《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》的条款中出现，已经完全受到各界使用，也有了良好的合作效果。

泡沫混凝土综合利用工业废渣，在建筑墙体材料中得到应用。侯东君等研究表明随着泡沫的增加，陶粒泡沫混凝土强度逐渐降低，表观密度降低，吸水率增加，当泡沫掺量达到300%时，表观密度仅为340kg/m3，强度达到1.12MPa，满足墙体承重要求。

湖南工业学院张忠球、谢朝军也对料膨胀珍珠岩超轻保温混凝土砌块进行了一系列研究，通过与改性聚丙烯纤维进行合制，形成新型材料，通过改善制品抗拉能力的测试，基本对材料性能有了全面的了解，根据他们研究的结果制作泡沫混凝土材料，能够达到质轻、抗冻、防火的性能，在各个领域中的应用更加广泛，特别是在保温层及填充墙上的使用，能够达到显著效果。

代见青等人用拜耳法赤泥制备泡沫混凝土砌块，干密度在800～1200kg/m3时能达到JT/T 1062-2007标准中密度等级、强度等级、吸水率、导热系数和线收缩率的要求；在干密度时抗冻性能达到夏热冬冷地区的标准[6]。

3、地铁隧道应用

泡沫混凝土具有质轻、耗能减震、保温隔热等优良特性，用于高填方段、地铁隧道以及地下连续通道等减小回填荷载，有效降低地基应力，减小沉降的不均匀性，具有较高的社会效益和较大的发展前景。

泡沫混凝土首次在地铁中的使用工程是广州地铁三号线与快速路的重叠区建设，该项目主要是使用了泡沫混凝土材料，在路面建筑上，全面减少了荷载，抽芯试验的结果也非常乐观，地铁隧道减荷使用这类材料，完全可行。而后，泡沫混凝土又应用于北京奥运地铁隧道结构现浇泡沫混凝土工程减荷回填、国家体育场周边明挖隧道基坑边隙回填、金川公司采矿区回填。普通混凝土不能满足高寒地区建筑保温要求，市面上的有机保温材料增加了施工工程量和造价，且有机材料易老化，容易造成一定程度上的环境问题。

谭贤君、赵武胜等人利用9因素4水平正交试验得到影响泡沫混凝土隔震性能的主要因素及各组分的配合比，并制备一种高性能混凝土。经过静力和动力试验结果表明新制备的混凝土在强度、延度以及防水性能上得到较大改善，经过在具体工程中的使用显示该混凝土可以有效降低隧道衬砌单元的应力以及塑性破坏区的大小，此项研究成果对于高烈度区隧道的抗震设计有较好的意义[7]。铁峰山2号隧道工程中在膏盐段为了抵抗膏盐吸水膨胀后产生的膨胀压力。要求在隧道初衬和二次衬砌间设置一层泡沫混凝土。

4、管线应用

低密度气泡混合轻质土的保温、隔热性能特别突出，在地表浅层管槽内，铺设管道完成后，使用气泡混合轻质土进行回填。早在1979年，北京动物园暖气外线工程中，对1000m直埋敷设暖气管道保温采用了轻质气泡混凝土材料，取得良好的效果。该材料的应用一方面解决了路面工后的沉降问题；另一方面对暖气管道进行了保温处理。

煤炭工程中使用泡沫混凝土工程，能够在技术上达到最大效果，开滦煤矿特大顶板冒落崆峒浇筑回填中就应用了这项技术，和传统的材料比较，泡沫混凝土回填灌浆操作更加简化，施工快速，回填快充实、管道上浮小、成本投入少，在实践中有着良好的效果。我们可以根据山西引黄工程连结段工程这个实例对材料的性能情况进行比较，王武祥主要对泡沫混凝土穿管回填灌浆试验进行了介绍，通过系统的分析，工程使用的就是混凝土密度1200kg/m3的新型材料，抗压为2.0MPa[8]，最后的结果表明，经济和社会效益双赢。

粗油、化学品地下废弃管线、污水管空穴等施工，控制不当，就会出现塌方事故，而使用了600kg/m3～1100kg/m3的泡沫混凝土就能够减少危险，确保回填效果[9]。

5、其他方面应用

挡土墙施工中也使用到这种技术，填充轻质材料能够全面减小侧向压力，有效降低垂直荷载，保证了整体结构的稳定；能够有效降低噪音，声屏障工程主要是特制陶瓷泡沫混凝土，有隔热、隔声、高强的特点。国外在泡沫混凝土的应用上与国内基本相同，其中在国外许多研究者利用泡沫混凝土的耗能减震性，将泡沫混凝土用作军事方面，一方面是射击靶场，另一方面是地下坑道防爆建设[10]。此外，美国研究者还研究了一种纤维增强泡沫混凝土用于专门的实弹训练。

6、总结及展望

泡沫混凝土由于其轻质、流动性好、保温隔热以及抗震减耗等方面的优点，在工程领域得到广泛应用。但是由于其强度较低，也使它的应用受到一部分限制，目前对于泡沫混凝土还存在以下问题：（1）国家正式出台的标准及规范相对较少，对工程的指导作用较少，此外泡沫混凝土的工程研究领域多于理论研究。（2）关于泡沫混凝土的实验设计方面没有统一的标准，还在应用普通混凝土的实验方案。（3）泡沫混凝土的耐久性还需要进行改善，泡沫混凝土强度较低。（4）泡沫混凝土吸水率较大，在多水以及季节性冰冻地区的应用受到限制。有关混凝土的冻融研究相当广泛，而针对泡沫混凝土的冻融特性研究相比非常缺乏。

参考文献：

[1]张巨松,王才智,黄灵玺,等.泡沫混凝土[M].哈尔滨工业大学出版社,2016.

[2]唐虹.泡沫混凝土在现代建筑中的应用[J].贵州工业大学学报:自然科学版,2005,34(3):115-117.

[3]张磊,杨鼎宜.轻质泡沫混凝土的研究及应用现状[J].混凝土,2005(8):44-48.

[4]杜素云,刘启顺,操龙玉,等.泡沫混凝土在绍兴软基地段路基工程中的应用[J].混凝土,2013(4):147-149.

[5]吴颖峰,夏国权.泡沫混凝土在公路高路堤段滑塌处治中的应用[J].铁道建筑,2013(11):78-79.

[6]竺万发,张业红,苏英,等.我国泡沫混凝土的研究进展及工程应用[J].材料导报,2013,27(S1):317-320.

[7]张忠球,谢朝学.新型轻质保温混凝土砌块的探索性研究[J].建筑砌块与砌块建筑,2006(1):44-46.

[8]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(1):38-42.

[9]谭贤君.高海拔寒区隧道冻胀机理及其保温技术研究[D].中国科学院研究生院,2010.

[10]赵武胜,陈卫忠,谭贤君,等.高性能泡沫混凝土隧道隔震材料研究[J].岩土工程学报,2013,35(8):1544-1552.

夏英志.泡沫混凝土的发展及应用现状综述[J].科技创新与应用,2020(18):178-180.