何艳君:泡沫混凝土多功能材料的性能与用途

　　0前言

　　泡沫混凝土是一种轻质多孔材料。它与泡沫玻璃、泡沫陶瓷、泡沫铝并称为四大无机泡沫材料，是四大无机泡沫材料中产销量最大、最有发展前景的品种。

　　泡沫混凝土是自水泥混凝土产生100多年来最重大的科技进步之一。它将重质的水泥混凝土轻质化、功能化，赋予它轻质、保温、隔热、吸声、隔声、耐火、防火、抗渗、防水、抗冲击波、抗电磁波、透水、透气、过滤、抗腐蚀、保水、吸能等几十种功能。是迄今为止功能最多的大宗无机轻质材料之一。它的发明与应用，为混凝土开辟了一个特种应用领域。未来，泡沫混凝土将深刻影响人们的生活，造福于社会方方面面。其重大意义将会在日后很快显现。

　　1  保温隔热应用

　　泡沫混凝土内部包含大量封闭气孔，气孔内不流动的空气是很好的绝热介质，可切断热交换。其密度越低、气孔越多、绝热性就越好。特别是密度低于500㎏/m?的泡沫混凝土，其导热系数小于0.09w/m.k。通常把导热系数低于0.23的材料称为绝热材料，把低于0.14的绝热材料称为保温材料。泡沫混凝土大多数均低于0.14，多数低于0.09，因而是良好的保温隔热材料。

　　1.1  建筑保温隔热应用

　　建筑保温隔热是泡沫混凝土主要应用领域，目前占泡沫混凝土总产量的80%用于建筑保温。它的良好保温性能与建筑节能的政策拉动，促使它在建筑保温领域开始规模化应用。目前，开发应用的重点已开始向墙体转移，下一轮应用热潮，将会主要是自保温墙体。各种泡沫砌块、泡沫墙板、泡沫现浇墙体、各种复合结构外墙外保温板等已在各地纷纷推出，其规模化生产应用已拉开了序幕。从全国总体来看，泡沫混凝土在建筑保温的应用，已从初期发展到全面推广应用阶段，在3~5年内将出现应用高峰。

　　建筑保温若全部应用泡沫混凝土，包括屋面隔热保温层，墙体保温层，地暖保温层（或垫层），等于用泡沫混凝土把整个屋子包起来，一平米建筑面积大约需要0.2m?～0.5m?泡沫混凝土（屋顶、地面、四壁均以5cm保温层计算），一座1万平米建筑面积的建筑，就需泡沫混凝土2000m?～5000 m?。全国的新建建筑及原有节能改造若均采用泡沫混凝土，其需求量将是天文数字。

　　1.2  管道及热工设备保温

　　目前，我国热力管道及热工设备对保温材料的需求量为250万m?/年，仅一个电厂就需保温材料2-5万m?，北方冬季供暖热力管道及工厂热力管道度保温材料的需求更为惊人。目前的主导产品矿棉类无机纤维使人皮肤瘙痒、吸水性强、价格高，也急需换代，泡沫混凝土在这一方面也会大有作为。1957年前后，我国曾利用苏联技术生产应用了6万m?泡沫混凝土热力管道保温外壳，用于大连电厂及峰峰电厂的热工管道保温。后因中苏关系恶化而停止生产。这表明泡沫混凝土取代无机纤维棉是可行的。目前，泡沫混凝土尚无在这一领域应用，急需开发。

　　热力管道保温的主要产品为预制管道保温外壳及异形材，也有保温面板。

　　1.3  冷库保温

　　冷库保温现使用泡沫塑料。因泡沫塑料易老化萎缩和易燃，因此发达国家均改为泡沫混凝土浇筑或砌筑保温层，我国也已开始取代。其主要采用整体现浇，屋面、墙体、地面全部泡沫混凝土现浇，无冷桥，无缝隙。

　　1.4  工业炉窑保温

　　其主要产品为耐火保温砖。

　　钢铁厂、玻璃厂、陶瓷厂、有色金属冶炼厂、水泥煅烧窑等大型工业炉窑，为降低能耗，在耐火砖外侧，需砌筑一层保温耐火砖。原多使用漂珠砖、氧化铝泡沫砖，价格极高，我国已开始采用泡沫混凝土耐火砖取代高价传统产品，价格不到其一半，很有竞争力。

　　2  吸声隔声应用

　　开孔泡沫混凝土是极好的吸声材料，而闭孔泡沫混凝土又是极好的隔音材料，二者都有极大的市场，特别是吸音材料，前景更好。

　　通常把平均吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料。其传统产品有两类：纤维类（岩矿棉板等）及多孔类（泡沫塑料及泡沫玻璃等）。泡沫混凝土属新型多孔类吸声材料，它的平均吸声系数为0.8~1.4，属强吸声材料，可达一级或二级标准。它在以下几个方面的应用有很大的市场及竞争优势。

　　2.1  室外吸音材料（公路、铁路吸音屏障）

　　泡沫混凝土室外吸音材料市场主要是高速公路及铁路两旁的吸声屏障。我国未来大力发展铁路公路，吸声屏障至少有3000万m?以上的需求。目前道路用吸声屏障主要是碎木屑水泥板及泡沫玻璃板。前者吸声系数很低，不能满足高速铁路的需要，且不美观，后者价格太高。而泡沫混凝土吸声性能好，可满足任何道路吸声要求，而价格却很低，我们应不失时机开发。

　　2.2  室内墙面吸声

　　室内吸声有吸声吊顶及吸声墙面。泡沫混凝土在墙面吸声上有很大市场优势。它与岩矿棉等纤维吸声板相比，没有切割安装时让浑身刺痒的缺点，且强度好，价格也低。在地铁墙面，本产品将大有市场，在大型商场、车站候车室、影剧院、会议厅等其他建筑墙面也有极大的市场。

　　2.3  隔声夹芯复合板（隔断薄板）

　　现有的室内隔断均是在木龙骨两侧安装5~10㎜的纸面石膏板，墙内是空的，不隔声，也不坚固，还无法钉钉子。泡沫混凝土复合隔声板5㎝厚，占空间小，两表面为彩色装饰面层，中间为4㎝厚泡沫混凝土，隔断作用与隔声作用兼有，安装快一倍，受到消费者欢迎。

　　3  吸能功能应用

　　3.1  机场防护吸能应用

　　泡沫混凝土具有极强的抗冲击性能。用大锤能把普通混凝土砸破，但难以砸破泡沫混凝土。利用它的这种吸能性，国外已经研发和应用了一批高附加值产品，如飞机场安全防护泡沫块、赛车场安全防护泡沫块、公路事故易发地带安全防护泡沫块等。当飞机、汽车因失控冲出跑道或道路时，进入发泡块防护带，由于泡沫块的冲击力吸收性能，使其停滞并保护飞机或车辆无损。

　　3.2  射击和爆炸吸能防护在军事上的应用

　　泡沫混凝土对子弹冲击波及爆炸冲击波具有良好的吸收作用，可大大降低射击及爆炸的破坏力。在抗爆炸方面，具有开发意义的产品有军用、民用两类：

　　3.2.1  军用

　　泡沫混凝土可用于各种地下或地上军事工程、弹药库等。在其工程墙体和顶部增加几十厘米泡沫混凝土（现浇或砌筑）可降低爆炸破坏力。目前已在我军开始应用。另外，组装式泡沫混凝土防震指挥所、战地医院用房屋，具有极大开发价值。

　　3.2.2  民用

　　抗爆泡沫混凝土主要应用于炸药库、易爆化工原料库、易爆设备厂房，当其发生事故时，可减少爆炸破坏力，降低损失。

　　4  抗电磁辐射的应用

　　泡沫混凝土是优异的电磁屏蔽材料，可吸收和消除电磁波。近来，它开始在电磁辐射较大的军事及民用建筑中使用，其产品为防辐射板，需求量较大，特别是在军工方面。估计目前的国内市场需求约每年50万㎡，其出口市场会更大，因发达国家需求很大（我们有美国样品）。

　　5  透水及过滤功能的应用

　　开口率达80%以上的泡沫混凝土具有优异的透水及过滤功能，使它应用前景广阔。

　　5.1  透水透气应用

　　5.1.1  透水地砖

　　北京仁创集团开发的透水砖受到胡锦涛总书记的高度评价，但由于其价格较高无法普及，只用于一些高档场所。我们研制的泡沫混凝土透水砖，透水能力与之相同，但成本只有其1/5-1/10，可普及应用。

　　5.1.2  透气植草地面。

　　透水砖也是透气砖。透水透气可使植物在泡沫混凝土地面下生长，并穿过孔隙长到地面上，形成绿化植被。美国利用这一点，开发了泡沫混凝土垃圾场现浇覆盖、公路铁路及堤坝河岸的护坡现浇覆盖、沙土地防沙覆盖。用泡沫混凝土浇筑后仍可长草，解决了覆盖混凝土与绿化长草的矛盾。

　　5.2  过滤应用市场

　　5.2.1  河沙水过滤

　　全国各地从河水中捞砂者甚多，捞出的砂子要让水尽快滤除。采用泡沫混凝土作滤水层，又快又好，在全国有很大的推广应用价值。其他如水淬矿渣、工业残渣等均可使用此过滤板。

　　5.2.2 工业机械过滤层

　　将泡沫混凝土制成过滤机的滤芯，成本低，滤水效果好，可取代价高而难制的泡沫陶瓷滤芯。

　　6  防火功能的应用

　　6.1  防火门

　　防火门是中高层建筑为切断火灾蔓延而设的大型提升门，为建筑规范所必不可少的防火构造，我国现有建筑每年约有六亿元的市场需求。2009年3月实行的新的防火门标准，把防火等级提高，原有产品都不符合标准，各厂家均在研发泡沫混凝土防火门芯。这一市场目前急需供货而尚没有满意产品，开发前景特别看好。

　　6.2  防火板

　　发泡防火板，防火性更强，发泡后密度降至800㎏/m?，轻质性突出，具有很大市场优势。北京、山东等地一些企业，均使用我方发泡技术生产防火板，十分成功，有推广意义。

　　7  抗渗防水功能的应用

　　闭孔性泡沫混凝土具有憎水性，滴上水呈荷叶露珠效应，因此其抗渗防水优异。这种泡沫混凝土有两大应用市场：

　　7.1  建筑防水及工程防水

　　在建筑所有需要防水的部位如屋面、地下室、卫生间等浇筑或砌筑泡沫混凝土，可省去防水剂，且达到永久防水，克服防水涂料易脱落失效的缺点。用其代替防水材料，成本低、寿命长，更具竞争性。在水利工程如水渠、水池、水塔、游泳池、地下军事工程、隧道、堤岸、鱼塘、人工湖等防水抗渗方面，均可使用泡沫混凝土砌筑或浇筑，省去所有防水材料，它既是结构材料，又是防水材料有很大优势。

　　7.2  地下及水中工程抗氯离子侵蚀应用

　　在氯离子含量大的土壤内或水中，混凝土工程的基座、基桩、桥墩等，都可能遭受氯离子侵害。假如在这些工程结构的外部砌筑或浇筑一层泡沫混凝土保护层，由于泡沫混凝土不透水，氯离子就不会由水携带侵蚀混凝土。目前这一技术在我国已有应用。

　　8  轻质降密填筑功能的应用

　　8.1  轻质填筑应用

　　道路回填如引桥填筑、软基路段填筑、桥台台背填筑、斜坡路基代土填筑、道路加宽填筑、冻土地带地基填筑、桥面两侧人行道填筑、溶岩覆盖层填筑、抗冻保温浇筑、桥墩基坑回填等几十项应用。这方面的应用，日本非常发达，美欧也很广泛。我国已从日本引进技术，广东冠奥路桥公司在国内已做了大量道路工程，交通部积极推广，其发展态势良好。如市场开发起来，工程量很大。

　　建筑回填已应用的有补偿地基，地下室及地下广场的顶层覆盖回填，楼层轻质地面垫层等。其中，楼面垫层工程量最大，它主要用于浇筑覆盖室内地面管线（电视、空调、电脑、照明、音响、电话等线路），原使用焦渣垫层，现已改为泡沫混凝土。不做地暖的多层建筑都要有垫层，一栋楼就要有几万㎡的浇筑量。奥运期间，我们曾承接了国家邮电会议中心大楼的地面垫层工程。另外，地下工程的顶层回填工程量也很大，奥运工程地下通道顶层就回填了8000m?泡沫混凝土。

　　9  轻质装饰材料及园林制品的应用

　　这方面的应用附加值很高，是泡沫混凝土利润较大的应用领域之一，且市场面大、产品多、生产者少、非常有前景。

　　9.1  室内轻质装饰品

　　泡沫混凝土的轻质性，使它很适合生产仿金仿银仿古壁画、挂件，艺术装饰板、室内摆件等。这些制品原使用石膏生产，强度差，后改为树脂、菱镁，但重量大。许多厂家以发泡降密减重，南京、福建、广东等许多装饰品公司都生产发泡工艺品。

　　9.2  外墙轻质装饰砖

　　这方面已经开发的产品有：大理石或花岗岩饰面泡沫混凝土装饰外墙挂板、瓷砖（3㎜）饰面泡沫混凝土挂板、艺术混凝土饰面泡沫混凝土挂板、铝塑板饰面泡沫混凝土挂板。

　　9.3  轻质园林制品

　　这类产品主要有：仿木仿竹葡萄架、仿木仿竹建筑构件、仿木仿石露天桌凳、仿木仿桥石、仿木仿石栏杆、仿木仿石花池、透气艺术高档花盆、微孔假山石及假山，可漂浮于水面的景观荷花灯、仿真王莲和荷叶、漂浮假山等。其中，透气花盆有较大的出口前景。

　　10  漂浮性能的应用

　　10.1  海上漂浮操作平台

　　国外已利用泡沫混凝土制造海上石油钻井平台及其它操作平台，具有造价低，不易发生沉没事故等优点。2008的年冬，广东某石油企业曾就此向我们进行过技术咨询，拟建海上平台。随着海上石油开采业及国防建设的快速度发展，我国的工业及军事海上泡沫混凝土平台将会在未来获得应用。

　　10.2  海上风力发电机漂浮基座

　　目前国外大力发展海上风力发电。其海上风力发电机已广泛采用泡沫混凝土漂浮基座。我国目前也正在发展海上风力发电，泡沫混凝土企业应积极配合，开发其漂浮基座。图1为国外以泡沫混凝土为基座的海上风力发电机。

　　10.3  水上漂浮住宅和渔村

　　国外在水灾多发地区，大量应用泡沫混凝土基础平台，建造水上住宅（见图2）。这种住宅的房屋在遭遇水灾时可漂浮在水面上，保护居民安全。另外，我国的水上渔村大多以船为家，几百艘甚至几千艘渔船排成水上街巷，渔民生活艰苦，建议新渔村建设采用泡沫混凝土建造，使渔民有一个漂浮式的固定住宅

　　             1、泡沫混凝土为基座的海上风力发电机                                      2、渔民水上漂浮住宅

　　10.4  漂浮人工岛

　　在香港，澳门及我国其它沿海土地紧缺地区，现在主要的造地方式是填海，工程量大。若改用泡沫混凝土建造漂浮人工岛，造价要远低于填海，且不存在淹没及水灾问题。这方面的应用将会大有作为。

　　10.5  水上宾馆、水上餐厅、水上游乐园

　　国外已开发应用泡沫混凝土基础平台及建筑结构的水上宾馆、水上餐厅、水上游乐园等各种水上商业建筑，在我国则仍为空白。目前我国的水上餐厅、水上宾馆、水上乐园多为铁船或木船，不耐老化且造价高，应大力推动泡沫混凝土在这方面的应用。

　　11  煤井及其它矿井的应用

　　11.1  矿井巷道顶板冒落空洞充填

　　我国此项技术的应用早在上世纪九十年代初期已经开始。开滦矿业集团当时就曾成功应用这一技术治理了钱家营矿特大冒顶事故。此项技术最初是由我国煤炭科学研究院北京开采研究所从国外引进技术，并根据我国国情加以改进，在在煤矿冒顶治理中推广应用的。

　　11.2  煤矿采空区回填

　　和以前的砂土回填及普通混凝土回填相比，泡沫混凝土回填具有充填速度快，材料用量少，回填成本低，填充稳定性好等综合优势。特别是在采空需搬迁村镇区，可避免搬迁，回填成本只相当于搬迁成本的十分之一，具有很突出的经济效益。一个千人村镇，搬迁费往往数亿元，而采用泡沫混凝土边采边回填，则只需几千万元。

　　11.3  矿井支护制品

　　煤矿矿井的泡沫混凝土支护墩柱，是近年发达国家开发应用的高技术支护制品，在美国、澳大利亚已获得广泛的应用。目前，这一技术在我国也已经应用，山西等地在中国矿大刘文涛博士指导下开始生产并用于矿井。将来有望在矿井巷道支护中大规模采用。

　　11.4  煤井密封墙体

　　煤井废弃巷道不但会成为瓦斯气体的危险散布通道，还降低井下的通风效果，必须予以密封。目前多采用修筑密封泡沫混凝土墙体。墙厚0.5～1m，可采用泡沫混凝土现浇，也可采用泡沫混凝土砌块砌筑。目前，我国已有不少煤矿已采用此项新技术。其优点是密封性好，用料少，可适应矿井围岩的弹性变形。

　　11.5  矿井堵水

　　矿井下的堵水一直是一个技术难题，传统堵水材料皆不是很理想。近年，国外已开始采用泡沫混凝土注浆堵水。由于泡沫混凝土闭孔率高，材料本身不透水，而且其弹性可吸收井壁的变形，因而堵水效果较好，是一项堵水新技术。

　　12  油田应用

　　在上世纪九十年代初期，美国将泡沫混凝土技术引入油气田开采并获得成功，并迅速在世界各地油田获得应用，我国也在上世纪末引进此项技术，并在国内各大油气田先后采用，成为一项重要的油气开采技术。

　　12.1  泡沫混凝土固井

　　以泡沫混凝土取代高价漂珠混凝土固井，具有成本低、泵送性好、施工速度快、密度任意可调、硬化体密实性好、不透气、不透水、抗侵蚀能力强等一系列优点。目前，这项技术已被世界各国认同，是未来固井的主要技术手段，我国也已在各大油田采用。

　　12.2  泡沫钻井堵漏

　　在地层裂缝发育地区，油气井的钻井漏失，需要良好的堵漏技术。近年，采用微泡沫钻井液提高钻进速度，并利用粗泡沫堵漏，成为一项令人瞩目的新技术，在我国也已开始应用。

作者：何艳君 （北京广慧精研泡沫混凝土科技有限责任公司）