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泡沫混凝土在建筑工程中的应用

    泡沫混凝土在建筑工程中的应用
    摘要:混凝土是建筑工程结构中的关键材料,在道路桥梁工程以及房屋建筑等项目中应用广泛,混凝土的施工质量对工程的整体质量影响很大。由于现阶段对可持续发展理念的跟进,也为了营造更适合人们生活的环境,在建筑工程领域,人们不断的进行探索,研制出了很多新型材料,从而促进了工程建设的快速发展。本文首先讲述了泡沫混凝土的制泡技术及制备方法和泡沫混凝土在建筑工程应用中的特性,并分析了泡沫混凝土在建筑工程中的应用,之后再对国内外的泡沫混凝土研究现状和发展趋势做了分析,进而讨论了现阶段泡沫混凝土应用中存在的问题,最后分析了泡沫混凝土的未来发展趋势。
    【关键词】建筑工程;泡沫混凝土;特性;应用分析
    Abstract
    Concrete is the key material in construction engineering structure, widely used in the project of road and bridge engineering and house building etc. The construction quality of concrete had a great influence on the overall quality of the project. Due to the present stage to follow the concept of sustainable development, also in order to create a more suitable for people living environment, in the field of construction engineering, people constantly explore, have developed a lot of new material, had promoted the rapid development of engineering construction. This article first told the story of foam concrete foam technology, the preparation methods and the property of the foam concrete in engineering application and analyzed the application of foam concrete in construction engineering. Then  analyzed the domestic and foreign research situation and development trend of foam concrete, and then discussed the present problems existing in the application of foam concrete, finally the future development trend of foam concrete are analyzed.
    【Key words】construction engineering foam concrete features  application analysis
    前言
    泡沫混凝土在工程建筑方面应用广泛,其生产技术和生产工艺经过几十年的长期研究和改进,也逐渐被全世界采用。泡沫混凝土是一种气泡绝热材料,由于其内部大量密闭的泡沫孔隙,使得其密度较轻,具有保温隔热的特性。制作泡沫混凝土的制泡技术有原位发泡法、压缩空气发泡法、机械搅拌法等,泡沫混凝土的制备方法有混合搅拌法和预制泡混合法,这两种制备泡沫混凝土的方法其特性和应用各有不同。泡沫混凝土由于其密度低、隔音、防火等优点,所以可以应用在制作隔热保温材料、轻质墙板、泡沫混凝土挡土墙、泡沫混凝土砌块等等很多方面。国内外对泡沫混凝土的研究也比较重视,但是在增强泡沫混凝土的强度方面仍是一个难题,需要我们继续研究和反复试验。并且在监管体系的制定、制备耐寒泡沫混凝土材料等方面也需要落实。在未来的建筑发展过程中,防火轻质高强度材料会越来越受到大众的欢迎,所以对泡沫混凝土的研究既有实际价值,也有市场价值。随着对泡沫混凝土应用研究的不断深入,我也将不断推动我国建筑领域的发展。
    1、泡沫混凝土的制泡技术及制备方法
    泡沫混凝土采用物理方法制备大量的泡沫,再将泡沫添加到填料、胶凝材料、粉煤灰和各种外加剂和水组成的   胶浆中,经过搅拌---浇模---成型---养护等过程而制作成泡沫混凝土,它属于多孔的轻质材料。
    1.1泡沫混凝土的制泡技术
    1.1.1原位发泡法
    原位发泡法是利用化学反应的原理来作为发泡的机理。比如,选择铝质类发泡剂,就可以让混凝土中的碱性物质和AL反应,产生的H2就可以在混凝土中产生气泡,从而可以制作出泡沫混凝土。化学反应方程式为:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2(气体)。
    1.1.2压缩空气发泡法
    压缩空气发泡法是一种比较简易,损失也比较小的一种发泡方法。制泡过程如下:将合适浓度的泡沫剂溶液倒入料仓里面,再开动气泵,当内部压力达到设定值后,气泵就自动停止,这样开关打开后,气泡就会连续喷出。这种发泡方法效率比较高,并且可以直接吹进搅拌好的水泥浆中,简单易操作,并且中间环节被省去,泡沫破灭的损失就减少了。
    1.1.3机械搅拌法
    机械搅拌法是在高速搅拌的机器里面放入一定浓度的泡沫剂溶液,经过搅拌之后,使得泡沫达到稳定、细小、均匀时就可以了,一般情况下,容积为2M3的打泡机搅拌时间为5分钟左右。不过,这种方法制作的泡沫,如果当时不能用完,它就会自动破灭,这也就造成了浪费。
    1.2泡沫混凝土的制备方法
    目前泡沫混凝土的制作一般包括混合搅拌法和预制泡混合法两种。
    混合搅拌法制作泡沫混凝土的主要工艺流程为:制备发泡剂水泥砂浆-à将制备好的砂浆进行预制浇筑-à将浇筑的坯体进行静停发泡。
预制泡混合法制作泡沫混凝土的主要工艺流程为:制备水泥砂浆-à制备泡沫-à将制备好的砂浆和泡沫混合并浇筑混凝土。
    分析以上两种制备泡沫混凝土的方法可以知道,两种生产工艺存在很大的区别。用混合搅拌法制作泡沫混凝土,首先要制备发泡剂水泥砂浆,然后将制备好的砂浆进行预制浇筑,最后一步是在静停过程中完成发泡制作。预制泡混合法是首先制作出气泡,再和浆体进行混合,最后用混合均匀的泡沫浆体预先制备泡沫混凝土,或者进行现场浇筑。这两种泡沫混凝土的制作工艺不同,决定了它的性能和作用也不同。经过实际验证,预制泡混合法制作的泡沫浆体其具有良好的流动性,可以远距离的运输,但是混合搅拌法制备的浆体进行现场浇筑和泵送是不可行的。
    2、泡沫混凝土在建筑工程应用中的特性
泡沫混凝土相对于其他材料具有很明显的优势,主要是因为其内部含有非常多的封闭的孔隙,并且具有一般材料所不具有的力学性能,在建筑工程中,泡沫混凝土发挥着它自己独特的优势。
    2.1降噪耐火
    噪音问题是现在城市生活中非常头疼的问题,而泡沫混凝土源于其属于多孔材料,所以其具有良好的吸音效果,从而可以被制作成隔音材料。在现在地下建筑物顶层、建筑物楼层处的隔音层都可以采用泡沫混凝土作为隔音材料,从而缓解噪音对居民生活的影响。
    2.2高强度低密度
    泡沫混凝土空隙多、频率大、密度小,从而其相对质量较轻,一般建筑物工程中的泡沫混凝土密度为300—1200KG/M3。由于其低密度的特性,所以在被用在立柱、内外墙体等上时就可以减轻建筑物自重,有时候可以降低自重的百分之二十五甚至百分之四十。由于其高强度的特性,在做建筑物的结构构件时,泡沫混凝土的使用可以提高建筑物的承受能力,和普通混凝土比起来,其承载力更好。
    2.3隔热保温
    大量封闭的细小孔隙是泡沫混凝土相对于普通混凝土的最特殊的地方,并且由于这些孔隙的存在,使得泡沫混凝土具有良好的隔热保温的性能。密度为300—1200KG/M3 的泡沫混凝土,其导热系数在0.08---0.3W/(M*K)。泡沫混凝土在建筑工程中使用之后,可以使得房屋冬暖夏凉,这样可以大大节省冬天的取暖消费和夏天的制冷消耗,同时,冬夏的取暖和制冷减少,就可以为环境保护做出贡献。
    2.4其他优点
    泡沫混凝土的优点和特性还远不止这些,其中,泡沫混凝土的耐久性能好,其高性能状态能维持较长一段年限;生产和加工方便,投入生产比较容易;价格低廉,不会造成买不起的状态;耐水性能好,泡沫混凝土吸水能力不强,具有一定的防水性能,而且也可以添加防水剂,变成防水泡沫混凝土;泡沫混凝土可以进行现场浇注,整体性能优良;泡沫混凝土的多孔性使得其弹性模量较低,在满足刚度和强度的基础上,对分散和吸收冲击载荷具有实际作用;泡沫混凝土还有可泵性好等等很多其他的优点。
    3、泡沫混凝土在建筑工程中的应用分析
    泡沫混凝土由于其一些特殊性质使得它的应用面非常广泛,它可以被用作制成保温隔热的现浇混凝土墙体、轻质隔墙板和砌块、泡沫混凝土结构屋面地面、隔热层、隔声层、回填材料等等。近年来,泡沫混凝土的制作和使用得到了建筑节能工作的重视,泡沫混凝土作为一种新型的节能材料正逐渐被人们认可,并且在社会上得到了广泛的应用。
    3.1保温隔热的现浇混凝土墙体
    在一般建筑工程中,能作为屋面保温隔热材料的泡沫混凝土大致可以分为制品类保温隔热材料和现浇类建筑保温材料这两种。 现浇类建筑保温材料主要包括各种使用泡沫混凝土现浇的墙体。墙体保温隔热材料也可以分为两种,一种是制品类,包括泡沫混凝土砌块、泡沫石膏砌块、保温内外墙板以及彩色保温砌块等,另一种是现浇类墙板保温隔热材料,主要包括各种使用泡沫混凝土现浇的墙体。
    3.2泡沫混凝土做补偿地基
    在建筑施工后,建筑物群各自的自重不同,所以在建筑设计施工之后就会产生自由沉降差。所以,一般在建筑施工之前,在设计过程中,就必须在自重较小的部分采用软材料填充基础当作补偿地基。泡沫混凝土由于其良好的压缩性和高强度的优点,所以可以较好的满足补偿地基材料的要求。
    3.3泡沫混凝土砌块的应用
    泡沫混凝土砌块是一种泡沫混凝土材料构件,在墙体的应用中非常广泛。近年来,聚苯乙烯泡沫混凝土的研制成功,使得泡沫混凝土砌块的应用得到了长足发展,在城市楼房建设中应用的非常多。聚苯乙烯泡沫混凝土砌块将聚苯乙烯泡沫塑料作为骨料,加入水泥和粉煤灰作为胶凝材料,不仅可以用作非承重墙的墙体材料,也可以用作屋面保温材料。
    3.4泡沫混凝土轻质墙板的使用
    泡沫混凝土因为有多孔的特点,所以其密度较小,可以用作轻质墙板。在泡沫混凝土得到推广之前,一般建筑工程的墙体采用的是GRC轻质墙板材料,不过这种材料由于其成本较高没有得到广泛的应用。与GRC轻质墙板相比,泡沫混凝土克服了它成本高、难推广的问题,采用泡沫混凝土生产技术生产出来的轻质墙板不仅成本较低,并且可以大量生产,再加上浆体的流动性得到了增强,所以使得施工更加的方便和快捷。
    3.5泡沫混凝土用作挡土墙
    泡沫混凝土用作挡土墙时主要是作为港口的岩墙。泡沫混凝土在岸墙后充当轻质回填材料,这样可以降低垂直载荷,也使得对岸墙的侧向载荷有所降低。泡沫混凝土的这一功能是由于其是一种粘结性能良好的刚性体,并不对侧向产生压力,降低了沉降,所以随之也节省了维修费用,从而使得开支得到了控制。
    3.6泡沫混凝土的其他应用
    由于泡沫混凝土存在很多特性,所以其应用非常广泛,除开以上几点应用之外,泡沫混凝土还在其他很多方面有着其特殊的作用。由于泡沫混凝土具有良好的压缩性和强度适中等特点,所以可以作为理想的补偿地基材料;再由于其排水性和压缩性能,所以可以应用在田径跑道和运动场的垫层;另外,泡沫混凝土还可以应用于夹心构件、屋面边坡、管线回填、园林绿化等等。
    4、我国泡沫混凝土研究现状及发展趋势
    4.1国内泡沫混凝土研究现状及发展趋势
    随着国家标准、行业标准和地区标准的不断推出和改进,泡沫混凝土开始向着规范化和模式化生产,泡沫混凝土已经成为了我国关键研究领域之一。在2006年到2009年这四年之间,已经推出了10多项标准,并且还有后续的标准正在逐渐被制定。对密度小于300KG/M3的泡沫混凝土的研究比较少,如何能够在这一方面有所突破,将极大的扩宽泡沫混凝土的应用范围和领域。泡沫混凝土的强度有待提高,如何这一难题能够突破,那么泡沫混凝土在建筑保温工程中将会起着至关重要的作用。并且部分泡沫混凝土制品,在时间长之后,干缩性严重,这样就极易引起墙体开裂,从而影响建筑的正常使用。目前,泡沫混凝土的技术还没有完全成熟,各项标准和测试方法没有不尽完善,所以限制了泡沫混凝土在某些领域的应用,该行业也正是处于蓬勃发展的中期阶段,预计在未来几年会在全国得到普及。解决好低密度产品的强度问题,会促进泡沫混凝土的飞速发展和应用。
    4.2国外泡沫混凝土研究现状及发展趋势
    在1923年,第一次有人用气泡和水泥砂浆相拌合制作出多孔混凝土,这就是泡沫混凝土最初的前身。在1957年,有专家对泡沫混凝土的性能、主要生产设备、原料等等做了系统性的分析和专业性的研究。在1958年,A.T.巴拉诺夫对泡沫混凝土的物理性质做了分析,从而改变了其原料配比和制作工艺,从而改变了其价格高的缺点。在1979年,美国首次将其应用在油田固井方面,从而开拓了泡沫混凝土的新领域。之后,日本、韩国等多个国家将泡沫混凝土应用在地暖保温层和回填工程。20世纪以后。泡沫混凝土逐渐应用在隔音、吸音、耐火等领域,其应用逐渐规范。之后的30多年,世界各地都开始采用泡沫混凝土技术,但是泡沫混凝土强度如何得到提高,全世界都未能有很好的研究成果,在以后的10年内,如何提高泡沫混凝土的强度问题,将会是研究人员关注的重点和核心。
    5、泡沫混凝土在建筑工程应用中存在的问题
    5.1标准体系滞后问题
    现阶段,泡沫混凝土的保温制品和工程现浇领域已经有了规模化的采用,这就需要制定出相关的施工规程、材料标准和图集等等。但是在这方面,已经出台的和在编的标准落后与现阶段的发展需要,大大影响了泡沫混凝土在建筑工程行业和其他行业的发展和应用。
    5.2技术工艺有待完善
    5.2.1设备档次有待提升
    目前生产泡沫混凝土的设备大多是小型的半手工设备,生产泡沫混凝土保温板的设备大多也是小型的移动浇筑式设备,普遍表现为产量低,人工使用多,所以,对大型自动化的泡沫混凝土设备的研发势在必行。
    5.2.2技术性能有待加强
    目前,泡沫混凝土与其他无机材料相比,其缺点是密度大,导热系数相比较高,这是影响泡沫混凝土发展的不利因素之一。泡沫混凝土的技术目标是生产超低密度(100KG/M3---150KG/M3)的产品,其导热系数在0.042W/(M*K)--- 0.050W/(M*K)之间,但是目前该技术目标是达不到的。目前一般生产的是密度在160KG/M3---250KG/M3之间的保温产品,其导热系数在0.052W/(M*K)--- 0.065W/(M*K)之间,但是其密度仍然偏高。
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