泡沫混凝土复合墙体材料的应用研究.docx

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泡沫混凝土复合墙体材料的应用研究

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建工学院硕士学位论文

泡沫混凝土复合墙体材料的应用研究

摘要

泡沫混凝土可以是水泥浆或砂浆，分类为轻质混凝土，其中的空隙通过合适的发泡剂被截留在砂浆中。

它具有流动性好，自重低，原料消耗少，可控低强度，防火隔热，抗水减震和绝热良好等性能，在墙体材料应用方面广泛。

随着我国经济的发展，科学技术的进步，着力于泡沫混凝土领域的行业调整和技术革新取得了显著的成绩，其优异的性能得到国内外广泛的关注，如良好的保温隔热性能，耐火性能以及隔音性能。

近几年，随着我国对外贸易以及对外投资的迅速发展，一些大型工程更多的采用优异的泡沫混凝土，与此同时，也展现我国在泡沫混领土领域的卓越进步，并取得了巨大的经济效益，在国内外市场上具有广阔的发展前景。

本研究通过泡沫混凝土配比设计和制备及轻质泡沫混凝土的性能研究、泡沫混凝土复合墙体材料、混凝土泡沫性能表征和微孔结构调控、国内外对泡沫混凝土复合墙体材料使用推广情况、国内对泡沫混凝土复合墙体材料生产使用的政策等研究对比，把现浇泡沫混凝土复合墙泡沫混凝土复合墙体材料体具有的特点和优势充分展示。

同时对新型材料存在的泡沫混凝土表面易开裂、抗弯、抗压不够、强度偏低、吸水等缺陷提出改进建议。

通过国际国内市场分析得出泡沫混凝土复合墙体材料市场应用前景广阔，能促进我国建筑节能进度。

以此理论研究，为生产实践服务，促进装备制造业和绿色节能环保产业的可持续发展。

关键词：

泡沫混凝土，复合墙体材料，应用研究

第一章：

绪论

1.1研究背景…………………………………………………………5

1.1.1泡沫混凝土概述………………………………………………5

1.1.2研究内容与任务…………………………………………………5

1.2泡沫混凝土在我国的发展历史……………………………………6

1.2.1上世纪五十年代的研发高潮……………………………………6

1.2.2泡沫混凝土在我国的重新崛起与快速发展……………………7

1.2.3泡沫混凝土的生产原理及工艺…………………………………9

1.2.4泡沫混凝土的性能………………………………………………9

1.3国内外对泡沫混凝土的应用………………………………………10

1.3.1国内应用情况……………………………………………………10

1.3.2国外应用情况……………………………………………………11

本章小结……………………………………………………………12

第二章泡沫混凝土复合块体的制备与性能试验……………………13

2.1发泡剂的种类………………………………………………………13

2.2泡沫混凝土的微观结构…………………………………………14

2.3泡沫混凝土的微结构与性能的关系………………………………15

2.4泡沫混凝土复合体的配合比设计…………………………………16

2.5泡沫混凝土复合体的制备…………………………………………16

2.6存在的问题…………………………………………………………18

本章小结………………………………………………………………………19

第三章泡沫混凝土砌块做为新型墙体材料的优势分析……………19

3.1我国泡沫混凝土发展现状………………………………………19

3.2泡沫混凝土砌块做为新型墙体材料的原因…………………22

3.3.生产泡沫混凝土砌块设备特点分析……………………………23

3.4现浇泡沫混凝土复合墙体的技术特点和优势…………………24

本章小结………………………………………………………………………25

第四章我国泡沫混凝土发展趋势与方向……………………………25

4.1泡沫混凝土墙体材料将成为第一大保温材料…………………25

4.1.1 泡沫混凝土现浇墙体…………………………………………26

4.1.2 泡沫混凝土外墙外保温板……………………………………26

4.1.3 泡沫混凝土外墙自保温墙板…………………………………26

4.1.4泡沫混凝土集成化住宅…………………………………………27

4.1.5泡沫混凝土陶粒砌块及蒸压砌块………………………………27

4.2土木工程及岩土工程回填及生态覆盖…………………………27

4.3功能材料…………………………………………………………28

4.4泡沫混凝土技术的发展方向………………………………………28

4.4.1超低密度产品…………………………………………………28

4.4.2提高泡沫混凝土强度………………………………………28

4.4.3减少水泥用量降低成本………………………………………28

4.5发展建议…………………………………………………………29

4.5.1进一步加大扶持力度………………………………………29

4.5.2加大促进行业发展的力度……………………………………29

4.5.3企业应积极参与促进行业发展的活动………………………30

本章小结………………………………………………………………30

第五章发展与展望……………………………………………………31

5.1国内对泡沫混凝土复合墙体材料研究情况……………………31

5.2国外对泡沫混凝土复合墙体材料研究情况……………………32

5.3国内泡沫混凝土复合墙体材料实际用途……………………33

5.4泡沫混凝土自保温切块的四大优点……………………………35

5.5泡沫混凝土复合墙体材料发展前景……………………………35

结论……………………………………………………………………36

参考文献………………………………………………………………36

第一章绪论

泡沫混凝土被定义为轻质多孔混凝土，它可以分为轻质混凝土（密度为400-1850公斤/立方米），并由砂浆中泡沫剂混合产生的随机空隙。

由于泡沫混凝土具有高流动性、低水泥含量、低骨料用量和优异的隔热性能，被国内外建筑工程单位所公认。

此外，泡沫混凝土是在制造大型轻质建筑材料，部件以及结构构件，隔墙，填充建筑的一种经济有效的解决方案，由于其生产过程简易，广泛用于路基填充物的应用。

在实际工程中，泡沫混凝土已广泛应用于各种施工中，泡沫混凝土在德国、英国、菲律宾、土耳其和泰国等国家的建筑工程中得到了广泛的应用。

我国政府已经把建筑节能作为一项基本国策，在这种氛围下，泡沫混凝土作为一种具有巨大发展前景的节能环保建筑材料，泡沫混凝土应用得到了大力的推动，也为国家的基础建设和经济提供了良好的机遇。

我国是一个地域广阔的发展中国家，处处都在建设，对建筑材料的需求是巨大的。

同时，我国也是生产泡沫混凝土的大国，而且能够合理利用很多生产原料，其中，使用粉煤灰作为泡沫混领土的原料，这里体现的是环保的理念，通过积极回收和利用工业废渣废料，将其作为泡沫混领土的生产原料，能够有效的减少环境的污染，以及保护更多耕地。

泡沫混凝土被广泛地应用于建筑中，受到世界各国的普遍重视，一直广泛应用于建筑保温。

由于世界能源枯竭的趋势，各国重视建筑节能，形成了世界性的泡沫混凝土热。

现在，中国的相关单位已经建筑行业中节能环保定位成我们的基本国策，随着我国经济的发展和社会的进步，环保观念已经深入人心，建筑方面的节能环保策略让泡沫混凝土的迅速发展奠定了坚实的政治基础。

我国作为生产泡沫混凝土的大国，生产原料来源广泛，特别是使用粉煤灰为原料，即能综合利用工业废渣，治理环境污染，不破坏耕地。

欧复泡沫混凝土砌块砖设备生产的泡沫混凝土砌块，符合国家建设部提出的建筑节能达到60%的建筑标准要求，可以推动墙体材料的改新，并使得危害严重的工业废渣粉煤灰得到综合治理和利用，在充分享受墙改和税收等多项政策优惠的同时，环境保护、社会和谐和经济效益相结合，具有非常大的市场发展。

1.1.1泡沫混凝土的起源与概述

历史上，罗马人第一次意识到，通过将一些小砾石、石灰，水和动物血混合在一起，加热搅拌过程中加入粗砂，使混合物中出现气泡，然后制备成多孔材料，这种方法能够更加持久，并提高了泡沫混领土的可行性。

然而，一直到1923年，欧洲的埃里克森才第一次申请了水泥基泡沫混凝土专利，提出了预制气泡的思想，。

此外，初始综合审查是由多孔混凝土进行。

在过去的20年中，在生产设备和高效减水剂的大幅改进，发泡剂允许使用泡沫混凝土在一个更大的规模和已经做了许多努力学习的行为特点和泡沫混凝土全面简化在结构应用中使用。

到目前为止，一些研究者报道，泡沫混凝土具有优越的性能，低密度有利于降低结构的荷载，如基础尺寸、劳动力、运输和经营成本。

此外，其纹理表面微结构增强了其抗火、热传导和声音吸收性能。

稳定泡沫混凝土拌和物的生产取决于多种因素，如发泡剂的选择、泡沫的制备方法、均匀空隙率的添加、材料截面和混合料的设计策略、泡沫混凝土的生产和性能。

泡沫混凝土是采用预发泡法或混合发泡法生产的。

预发泡方法包括：

将基料混合物和稳定预制的含水泡沫分开，然后将泡沫完全混合到基础混合物中。

在混合发泡中，表面活性剂与基础混合料混合，在混合过程中产生泡沫，形成混凝土中的蜂窝结构。

泡沫必须牢固稳定。

除了普通水泥、快硬水泥，高铝和硫铝酸钙已被用于减少设置时间和提高泡沫混凝土的早期强度。

粉煤灰和粒化高炉矿渣已用于30–70%和10–50%范围内，分别作为降低成本的替代水泥，提高一致性和降低水化热而导致的长期强度。

添加了10%的硅灰以增强水泥的强度。

备用细集料，即，粉煤灰，石灰，白垩和碎混凝土，焚化炉底灰，再生玻璃，铸造砂和采石场细，膨胀聚苯乙烯A混合料的用水要求取决于外加剂的组成和用途，并受混合物的一致性和稳定性的控制。

在较低的含水量下，混合体太硬，导致气泡破碎，而过高的水含量使混合体太薄而无法容纳气泡，从而导致气泡与混合物分离，从而分离。

1.1.2研究内容与任务

泡沫混凝土复合墙体材料的应用研究，其实就是充分发挥泡沫混凝土复合墙体材料的各种优异性能，如防水、保温隔热、隔音耐火、冲击、耐压等性能，用于现今各种特殊建筑工程的开发和探索。

其中，泡沫混凝土复合墙体的制备涉及很多关键技术，大部分技术是物理方面的操作，简单来说，就是制备泡沫,再将泡沫加入混合料浆中，这种混合浆料的成分有水、胶凝材料、粉煤灰、填料以及其他特殊添加剂,经过一定时间的搅拌，最后浇注成型，经过一定的处理过程，制备成一种多孔轻质材料。

这些轻质复合墙体材料，具有很强的综合性能，比如说防火、保温、节能、轻质、抗震、环保、隔音、耐久性好、施工方便等优点。

通过相关的研究对比，比较各种类型的泡沫混凝土复合墙体材料，充分展示各自的特点和优势。

通过国际国内市场分析得出其应用前景广阔，推动了泡沫混凝土复合墙体的推广，大大促进我国建筑节能进度，有利于促进智能施工设备制造业和相关产业的发展，为我国经济发展带来新鲜血液，对于我国建筑业和制造业的节能环保转化具有非常重大的先进意义，有利于推动我国的可持续发展基本战略的进行。

1.2.国内泡沫混凝土的发展历史

1.2.1上世纪五十年代的研发高潮

中国泡沫混凝土的研究较早，在新中国成立以后就慢慢出现了，主要原因是前苏联对于泡沫混凝土的研究较为成熟，在前苏联援助我国建设事业的同时，带来泡沫混凝土的高新技术，使我国对于泡沫混凝土的探索脚步更快，也给我国的国家建设提供了强大的助力。

这因为有了这个层面上的原因，使得泡沫混凝土的最新先进技术在后期能够非常顺利被我们国内建筑业所吸收和采用，为新中国的泡沫混凝土的开发和探索提供了优越的社会历史条件。

1.2.2 泡沫混凝土的崛起与快速发展

我国的泡沫混凝土的迅速发展与崛起大致分为三个方面。

一是从混凝土现浇屋顶保温控温开始。

屋顶现浇技术开始兴盛并发展起来了，但是这与上个世纪五十年代以的第一次高速发展时期有本质上的不同。

党的十三届三中全会后，中国打开了国门，改革开放迎来了新的发展环境，国外先进的泡沫混凝土现浇技术在这一时期迅速地传入了国内，特别是广东等地更快地运用到这一先进技术。

这里也是一定特殊原因导致的，广东等地气候较为炎热，对于房屋温度控制的要求较高，实现屋顶保温控温是这一地区的房屋的建设具有更为迫切的需要。

泡沫混凝土屋顶现浇技术在广东地区迅速发展起来，如广州、东莞、佛山等地，后期发展的过程中，这一先进的房屋控温保温技术从广东地区一直在向我国的其他地区发展，导致泡沫混凝土现浇屋顶保温控温技术在这一时期，达到大规模大范围的普及。

随着泡沫混凝土房屋屋顶现浇技术的逐步普及，所以相关地区都相继出台一些对于这一技术的标准化规定，加快实现了泡沫混凝土屋顶现浇技术的标准化规范化操作，对后期的进一步研究和应用具有重大意义。

二是泡沫混凝土地面保温层现浇技术的发展。

泡沫混凝土地面保温层现浇技术在上个世纪末期从韩国引进我国的，首先是距离韩国比较近的地区成功开展实际应用，比如烟台、威海、天津、大连、秦皇岛等地区。

到了21世纪后，泡沫混凝土地面保温层现浇技术所起到的节能环保作用受到了很大的关注，这正迎合了我国对于节能环保的最新需求，所以在技术引入的同一时间，开始迅速发展起来。

泡沫混凝土地面保温层现浇技术在我国各地都得到大力的推广，并2005年左右，进入了高速发展时期，特别是在我国寒冷的北方地区，对于这项技术的应用达到高潮，也使我国成为了泡沫混凝土应用大国。

河北省专门出台了泡沫混凝土地面保温层现浇技术相关的地方规范标准，之后，其他地区也相继出台了一系列相关的泡沫混凝土地面保温层现浇技术规范标准，为后期的进一步应用奠定了坚实的基础。

三是从工程回填及岩土工程回填开始。

在二十世纪末期，泡沫混凝土现浇技术渐渐应用于我国的建筑工程回填和岩土回填领域。

泡沫混凝土现浇技术在我国建筑工程回填及岩土工程回填领域的应用历史比较曲折，首先是在开滦煤矿特大顶板利用泡沫混凝土现浇实现浇筑回填的目的，后期，才将这一技术慢慢应用其他方面的回填工程，比如建筑补偿地基填充、引黄工程洞穿管回填等工程上的应用。

进入21世纪后，泡沫混凝土在交通岩土工程的应用的发展进入了一个不同时期，由于其在国内中江高速、京珠高速、北京奥林匹克中心地下通道工程的大力推广使用，得到广泛的认可，最重要是泡沫混凝土现浇技术在奥运会鸟巢周边地下通道工程的案例使得泡沫混凝土的使用达到了空前的发展状态，泡沫混凝土现浇回填技术在后期的发展将不断突破，实现泡沫混凝土现浇技术在我国各项重要建筑工程上面的全面推广。

经过对泡沫混凝土应用历史的系统化研究，我国的泡沫混凝土现浇技术是在2006年呈现进入我国以现浇为代表的泡沫混凝土蓬勃发展新时代。

目前，我国的泡沫混凝土基本是以现浇为主、制品为辅。

蓬勃发展的主要标志有以下几点：

①泡沫混凝土新技术、新领域及高端应用领域广泛。

2006年以后泡沫混凝土新技术达数十项，超过前几十年的总和，且呈现逐年增加趋势。

②国内已开始出现规模化泡沫混凝土设备生产厂家。

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，目前无论生产企业数量，还是应用总量我国已居世界第一；专业生产企业高达2000余家。

④泡沫混凝土标准规范。

2006年-2009年的四年中，我国先后推出地方标准、行业标准、国家标准10多个，还有一批新的标准正在制定中。

我国的泡沫混凝土告别了无序发展的时代，走向规范化生产时期。

⑤泡沫混凝土行业协会成为我国泡沫混凝土行业技术进步的发动机。

2009年1月8日，中国混凝土与水泥制品协会泡沫混凝土分会的成立为行业发展起了巨大推动作用。

1.2.3泡沫混凝土的生产原理及工艺

泡沫混凝土是将泡沫加入粉煤灰、胶凝材料、填料、各种外加剂和水性组成的砂浆中，经搅拌、浇注、成型、固化制成的多孔轻质材料。

从泡沫、石灰、水泥、水、填料的泡沫混凝土，采用一定的方法对骨料、外加剂、砂，一般选用粉煤灰、碎石、陶粒、膨胀珍珠岩、聚苯乙烯等材料作为填料和骨料，与普通混凝土相似的缓凝剂，一般使用混凝剂、防水剂、减水剂等外加剂改善混凝土性能。

泡沫混凝土材料根据其不同的生产工艺可分为湿砂浆和干粉砂浆两种。

湿砂浆法一般是在混凝土搅拌站砂、水泥、水与砂浆混合后，再由泡沫和砂浆配制而成，与搅拌机混合，使泡沫和砂浆充分搅拌好，最后将混凝土注入泵内或直接浇注即可。

干粉砂浆是粉煤灰水泥、碎石等建筑材料运到施工现场，在施工现场加水搅拌，然后用泡沫到砂浆，以便在均质混合直接现场浇注泡沫和砂浆。

1.2.4泡沫混凝土特征

泡沫混凝土作为一种多孔材料，具有大量的封闭孔隙，具有良好的物理力学性能。

轻泡沫的密度小，密度水平普遍300-1800kg／m3，常用泡沫混凝土的密度等级300-1200kg/m3，近年来，密度为160kg/m3的超轻泡沫混凝土在工程建设中的应用。

由于泡沫混凝土的密度很小，材料在建筑物的内外墙、楼板、楼板、柱子等建筑结构中的使用，一般可以使建筑物的重量减轻约25%，部分总重量为30%～40%。

如果采用泡沫混凝土代替普通混凝土，可以提高构件的承载能力。

因此，泡沫在混凝土施工中的应用具有显著的经济效益。

2.良好的保温性能。

由于泡沫混凝土中含有大量封闭的小孔隙，所以它具有良好的热性能，具有良好的隔热性能，在普通混凝土中是不适用的。

通常在泡沫混凝土系列300-1200kg／m3之间的密度，0.08-0.3w/导热系数（m.k）之间。

泡沫混凝土作为一种建筑墙体和屋面材料，具有良好的节能效果。

3隔音性能好。

泡沫混凝土是一种多孔材料，也是一种良好的隔音材料，在建筑底板和高速公路噪声板上，可以作为建筑物的顶层保温层。

泡沫混凝土是一种不燃的无机材料，具有良好的耐火性能，在建筑中应用，可以提高建筑物的防火性能。

4其他性能。

泡沫混凝土还具有施工工艺，可泵送性好，防水能力强，冲击能量吸收性能好，可广泛使用工业废料，价格低廉等。

泡沫混凝土砌块、泡沫混凝土轻质墙板、泡沫混凝土补偿地基。

1.3国内外对泡沫混凝土的应用

1.3.1国内应用情况

随着建筑节能政策的实施，墙体材料改革取得了举世瞩目的成就，节能材料也非常受欢迎。

泡沫混凝土以其优良的性能，在节能墙体材料中得到了广泛的应用。

泡沫混凝土砌块。

泡沫混凝土砌块是目前应用最广泛的泡沫混凝土墙体材料。

在中国的南部地区，密度等级900-1200kg／m3的泡沫混凝土砌块作为填充墙框架的一般使用，主要使用块绝缘性能和光强度高的特点。

哈尔滨学院建筑用聚苯乙烯泡沫塑料混凝土砌块用于城市建筑施工。

这一块是由聚苯乙烯泡沫塑料作为骨料，水泥和粉煤灰作为胶结材料，加入少量外加剂，通过混合、成型、自然养护，其规格有200×200×200mm，可用的内部和外部的非承重墙体材料，也可用于屋面保温材料。

②泡沫混凝土轻质墙板。

目前，建筑及隔墙的主要材料是GRC轻质墙板，由于原材料价格昂贵，影响了其应用。

中国建筑材料科学与技术采用GRC隔墙板生产技术结合固体泡沫和泡沫水泥的研究院，开发了粉煤灰泡沫水泥轻质墙板的生产技术，并已应用。

③泡沫混凝土补偿基金。

现代建筑设计与施工越来越重视建筑在自由沉降的施工过程中。

由于建筑群的重量不同，施工过程中会有免费的结算。

在建筑物的设计过程中，要求填充建筑物下部重量的软材料。

泡沫混凝土能较好地满足基础材料的补偿要求。

④建筑保温材料。

在建筑工程中，作为屋面保温材料的泡沫混凝土可分为两种形式，一种是产品保温材料，另一种是现浇建筑保温材料，包括使用各种泡沫混凝土的墙体。

外墙保温材料按上述方法也可以分为两大类，一是产品类别，包括泡沫混凝土砌块、彩色保温砌块，内、外墙板泡沫石膏砌块和保温，和其他的是浇注墙板的保温材料，主要包括各种在墙的施工泡沫混凝土现浇使用。

1.3.2国外泡沫混凝土的应用

　　近年来，美国、英国、荷兰、加拿大等欧美国家和日本、韩国等亚洲国家，充分利用泡沫混凝土的特点，它将继续扩大项目建设，加快工程进度、提高工程质量中的应用，如下。

（一）用作挡土墙。

主要用作港口的岩墙。

泡沫混凝土作为轻质回填材料，可以降低竖向荷载，减小墙体的侧向荷载。

这是因为泡沫混凝土是一种很好的刚性附着体，它不沿墙面四周施加侧向压力，沉降量减小，维护费用降低，从而节省了大量开支。

泡沫混凝土还可以用来提高路堤边坡的稳定性，从而取代了某些边坡的土质，降低了边坡的质量，降低了边坡的稳定性。

②运动场和田径场建设。

采用排水能力强的泡沫混凝土作为轻质地基渗透，铺上碎石或人造草皮，作为体育场地。

泡沫混凝土的密度为800-900公斤/立方米。

这样的场馆供曲棍球，足球和网球。

或者在泡沫混凝土上覆盖一层为0.05m厚的多孔沥青层和塑料层，可用于田径跑道。

③的夹层构件。

在预制钢筋混凝土构件中可作泡沫芯泡沫，它具有轻质高强保温的优良性能。

常用泡沫混凝土的密度400-600公斤/立方米。

④用作复合墙板。

使用泡沫混凝土制成各种轻质墙板，在框架结构中为保温墙体或墙体制作复合墙板，泡沫混凝土的密度一般约为600公斤/立方米。

⑤管道回填。

地下废弃油罐、管道（内置原油、化学品）、污水管等易引发火灾或塌方，使用泡沫混凝土回填可以解决这些麻烦，成本也较低。

泡沫混凝土的密度取决于管道和地下水位的直径，通常600-1100kg/m3。

⑥贫混凝土填。

由于柔性软管的使用，泡沫混凝土具有大量的工作性和适应性，因此它经常用于贫混凝土填充。

如隔热要求不是很高，为1200公斤/立方米左右的贫混凝土层密度液使用，如隔热要求高的平均厚度，500kg/m3的贫混凝土填层