国外泡沫混凝土工程应用进展

　　【关键词】本文介绍了泡沫混凝土的性能特点、国外泡沫混凝土的应用情况、国外现有的主要标准规范。

　　【摘要】泡沫混凝土； 国外工程应用；标准规范

　　1  泡沫混凝土的性能特点

　　泡沫混凝土是一种预先制备好水膜泡沫，然后再与水泥（砂）浆混合，固化得到的一种特种水泥基材料。在英国过去10年里，其发展速度超过了任何其他特种混凝土，普遍公认的数据，英国每年的泡沫混凝土用量大约为100万立方。泡沫混凝土的性能特点主要有以下几个方面：

　　（1）轻质  根据泡沫掺量以及集料种类的不同，泡沫混凝土可制成150-1800kg/m3密度等级的材料，由于其含有大量的泡孔，是一种轻质的材料，可应用于对材料自身荷载有要求的领域。

　　（2）高流态  由于掺入的泡沫是水膜性的，在与水泥（砂）浆混合搅拌时，部分泡沫会破裂变成水，因此泡沫混凝土是一种大水灰比的材料，一般均在0.6以上，具有很高的流动性，具有自密实的特点。

　　（3）低弹性模量（耗能减震）  泡沫混凝土的弹性模量值明显低于普通的混凝土，其干密度在500-1500kg/m3时，其对应的弹性模量在1.0-8.0KN/mm2之间。泡沫混凝土由于含有大量的微孔，因此具有很好的吸能减震的作用，泡沫混凝土的耗能机理可归结为：①应力波在相邻介质达到平衡前在泡沫混凝土泡壁与泡孔之间进行多次的反射和透射，从而将一部分能量耗散；②动载作用下泡沫混凝土材料本身可以产生大变形来消耗冲击能量，泡沫混凝土相对于普通混凝土来说，具有波阻抗低、大孔隙率的特性。比普通混凝土更容易进入塑性阶段，能够更有效的反射和吸收冲击能量，所以其应力衰减效果比混凝土要好，而透射能量的衰减效果更是大大强于普通混凝土。

　　（4）保温隔热  泡沫混凝土是一种轻质材料，容重在180-1400kg/m3时，其导热系数一般在0.047-0.355 W/(m·K)之间，是很好的无机保温隔热材料。

　　（5）隔音  泡沫混凝土还是很好的吸音材料，由于其内部含有大量的泡孔，当声波传到材料中时，由于泡孔的存在，相当一部分声能会转化为热能或在漫反射中损耗掉，声波被衰减，这就是泡沫混凝土吸音的基本原理。

　　2国外工程应用领域

　　由于泡沫混凝土具有以上的独特性能，使得其在下述工程领域得到了广泛的应用，目前主要体现在以下方面：

　　2.1空洞填充工程

　　用砂石填充空洞，往往会产生沉陷等问题。国外目前广泛的采用泡沫混凝土来填充大型空洞，这些空洞包括废弃的下水道、井、大型油罐、地窖、旧建筑的地下室、废弃的地铁等等。这主要是利用了泡沫混凝土的低成本和可以具有很高的流动度的特点，其可以绕过障碍物，填充到空洞的每一个角落。一般用于填充的泡沫混凝土密度500-1000kg/m3，强度1-2N/mm2。

　　2.2路桥工程

　　在桥墩后面填充泡沫混凝土，可以减少对结构的侧压力，也会起到降低沉陷风险的作用。泡沫混凝土也可以用于桥贴面、填充桥拱结构间的空洞以及最终的桥面。而且在桥梁工程中，桥体结构自重大，在桥堤连接处往往会出现地基沉降现象，桥堤与桥体出现一高一低断面，车辆行驶在上面就会产生跳车的现象，所以有些工程也采用回填泡沫混凝土来平衡地基的沉降。

　　在道路建设工程方面比较著名的工程有（1）美国奥克兰Cypress Avenue的重建工程，在1989年的地震中原工程遭到了严重的破坏，在重建工程中选用了泡沫混凝土来降低土壤沉降以及降低未来可能地震震动对其产生的破坏，因为泡沫混凝土中含有的大量泡孔，具有显著的消震作用。这项工程总共使用了大约73400m3的500kg/m3密度、强度为1.0N/mm2的泡沫混凝土。（2）与上述工程相似，在伦敦Dockland Canary Wharf的两条路上也使用了50000m3的干密度500kg/m3的泡沫混凝土，用以降低竖向荷载和地基沉降。

　　2.3耐火窑炉

　　由于泡沫混凝土具有很好的隔热性能，E P Kearsley等人尝试用泡沫混凝土作为窑炉的耐火隔热材料，其实验表明，普通硅酸盐水泥制备的泡沫混凝土在400℃后，材料就会被高温破坏而不能使用，但是使用高铝水泥等特种组分水泥以及其他一些材料制备的泡沫混凝土则最高可以经受1450℃高温的考验，再加上其可浇注施工，因此在高温窑炉耐火隔热领域具有一定的应用前景。

　　2.4钻井平台

　　国外有些海上钻井平台结构部分使用了泡沫混凝土材料来浇筑，一方面是由于其轻质，另一个重要的原因是由于泡沫混凝土中含有的大量泡沫使其具有吸能减震的作用。在海上钻井作业时经常会产生高频的震动，而且需要一个抗冲击层防止钻管、钻头、泥浆泵掉落到平台上对平台结构的破坏。泡沫混凝土就成为较为合适的材料。

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　　2.5房建工程

　　由于泡沫混凝具有保温隔热的性能，既可以预制也可以现场浇筑，因此相关领域的技术人员均对泡沫混凝土在房建方面的应用进行了广泛的研究。目前泡沫混凝土在房建领域应用方式主要有墙体现浇、预制制品安装砌筑，屋面现浇等。在中、远东地区，超过3000栋房子是在1948-1958年用1100-1500kg/m3的泡沫混凝土建造的，其使用超过25年后仍然表现良好，在南非人们用泡沫混凝土来屋面找坡和屋面隔热。在俄罗斯，由于其严寒的气候，泡沫混凝土的应用也很广泛。

　　2.6军事

　　泡沫混凝土在军用领域主要有两个方面：一是射击靶场方面，另一方面就是地下抗爆坑道建设方面。主要是利用了泡沫混凝土耗能消震性能。一般的靶场子弹进入靶墙后,被土壤中的酸性物质所腐蚀,日久天长就会造成铅对地下水的污染。泡沫混凝土能卡住子弹,且其碱性环境不会腐蚀弹头,而且不会像普通混凝土那样，子弹撞击后造成火花、噪音、甚至飞出弹片等问题。美国军事工程研究与发展中心土工技术与结构实验室开发了一种纤维增强泡沫混凝土（见图13），专门用于实弹训练。另一方面在地下抗爆坑道结构中，夹芯泡沫混凝土作为耗能层，爆炸应力波通过泡沫混凝土层时，其可以产生大变形、调节结构的变形，减缓对下面结构的冲击。

图13 泡沫混凝土在射击靶场应用

　　2.7声屏障

　　对一些处于道路旁边的居民来说，交通噪音是一个备受困扰的问题。因此，离居民楼较近的道路两旁需要配套建有隔音墙，即声屏障。泡沫混凝土具有很好的吸音功能，国外一些声屏障工程就采用了现浇泡沫混凝土墙来作为隔音设施。

图14 国外某道路泡沫混凝土声屏障

　　3国外现有的主要标准规范

　　目前，国外泡沫泡沫混凝土应用比较多的国家主要有俄罗斯、美国、英国、韩国、日本等国家，这些国家出台的相关标准不完全统计主要包括以下：

　　KS F4039-1999 现场铸型用泡沫混凝土标准

　　JIS A1162-1973 泡沫混凝土长度变化的试验方法

　　JIS A1161-1994 泡沫混凝土的体积比重、含水率、吸水率及抗压强度试验方法

　　GOST 25485-1989 泡沫混凝土 技术条件

　　GOST 21520-1989 墙壁用泡沫混凝土小砌块

　　GOST 19570-1974 住宅和公共建筑物内承重墙,间壁和楼板用

　　GOST 12852.6-1977 泡沫混凝土 吸湿水分的测定方法

　　GOST 12852.5-1977 泡沫混凝土 渗汽系数的测定方法

　　GOST 12852.0-1977 泡沫混凝土 对试验方法的一般要求

　　GOST 11118-1973 建筑物用热压泡沫混凝土外墙板. 技术要求

　　DIN 4164-1951 加气混凝土和加泡沫混凝土生产、使用和检验方法

　　ASTM F2471-2008安装浇注的稠密轻质泡沫混凝土衬垫以及制备方法

　　ASTM C869-2006 泡沫混凝土用生产预制泡沫材料用发泡剂规格

　　ASTM C796-2004 使用预制泡沫测试生产泡沫混凝土用起泡剂的检验方法

　　BS8500 British Cement Association. Foamed concrete. a specification for use in the reinstatement of openings in highways.

　　【作者简介】扈士凯，男，（1982-），河北人，硕士，主要研究方向：泡沫混凝土及发泡剂、墙体保温材料、混凝土外加剂、特种工程材料等。