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我国固废物泡沫混凝土研究现状

文档作者：王朝强谭克锋王培新徐秀霞文档来源： I．西南科技大学材料科学与工程学院 2．四川华构住宅工业有限公司技术中心 3．西南科技大学生命科学与工程学院		点击数：	更新时间： 2022年11月19日
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文章编号：1007—046X(2014)O1～0027—05
1厦废刖用
我国固废物泡沫混凝土研究现状
The States--Of-The--Arts of Solid Wastes Foamed Concrete in Our Country
王朝强，，谭克锋 ，王培新2，徐秀霞3
(I．西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳621010； 2．四川华构住宅工业有限公司技术中心，四川乐山614000；
3．西南科技大学生命科学与工程学院，四川绵阳621010)
摘 要： 阐述了泡沫混凝土的特性、分类。介绍了目前我国对粉煤灰型泡沫混凝土、煤矸石型泡沫混凝土、赤泥型
泡沫混凝土、工业废渣复合型泡沫混凝土(如钢渣、矿渣、粉煤灰等)，其他型泡沫混凝土(如农作物
秸杆、氟石膏、高碱玻璃纤维、陶粒等)的大量研究，使得工业固体废弃物成为泡沫混凝土的主要生产原
料。
关键词： 泡沫混凝土； 固废物；研究现状
中图分类号：TU528．2 文献标志码：B
0 前言
泡沫混凝土是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械
方式充分发泡并将泡沫加入到由水泥、集料、掺合料、外
加剂和水制成的浆料中，经混合搅拌然后经过泵送系统进
行现浇施工或模具成型，再经养护所形成的一种含有大量
封闭气孔的新型轻质高强保温材料⋯。
1 泡沫混凝土的优点及分类
1．1 泡沫混凝土的优点
(1)轻质性。泡沫混凝土的密度较低，常用泡沫混凝
土的密度等级为300～1 200 kg／m3，实际工程中泡沫混凝土
的密度可以降至200 700 kg／m3，比普通混凝土表观密度
(2 200 2 400 kg／m3)小很多。由于泡沫混凝土的密度小，
在建筑物的内外墙体、屋面、楼面、立柱等建筑结构中采
用该种材料，一般可使建筑物自重降低25％左右，有些可
达结构物总重的40％。
(2)保温隔热性能好。由于泡沫混凝土的内部充满大
量封闭、均匀、细小的圆形孔隙，这些气孔又可以最大程
度地固定空气，因此制品导热系数极低，一般在0．1W／
(m．K)左右，远远低于普通水泥混凝土的1．5 w，(m．K)
和黏土砖的0．81 W／(m．K)。从而作为建筑物墙体及屋
面材料，具有良好的保温隔热性能，即良好的节能效果。
(3)吸声隔音性能好。泡沫混凝土属多孔材料，当声
波传播到泡沫混凝土时，会引起孔隙中的空气振动，并与
混凝土集料发生摩擦，由于黏滞作用，使声波转换为热能
而消耗。因此具有良好的吸声隔音性能。
(4)耐火性能好。泡沫混凝土是以水泥为主料，砂子
和碎石为辅料，故属于无机质材料，不易燃烧，可以达到
A1级防火标准。耐火极限可以达到2．7 h，隔声性能可以
达到20 dB，抗冲击性可以达到100次，是一种优质隔音
耐火材料。
(5)减震性能好。由于泡沫混凝土具有特殊的多孔性
结构，密度小、质量轻、弹性模量低。在承受地震荷载时
所承受的地震力小，震动波的传递速度也比普通混凝土结
构慢很多。具有优异的减震效果。
(6)耐久性好。与普通混凝土相比，泡沫混凝土中由
于含大量气孔，起到缓冲作用，从而具有较好的抗冻融性
及抗硫酸盐腐蚀性等性能。
(7)其他性能。泡沫混凝土还具有施工过程中可泵性
好，可大量利用工业废渣，价格低廉、变废为宝、利于环
保，可大大降低泡沫混凝土成本等优点[2-51。
1．2 泡沫混凝土的分类
泡沫混凝土的分类方法是多种多样的。按照分类的标
准不同，泡沫混凝土可以大致分为以下几种：
(1)按制作泡沫混凝土的胶凝材料种类，泡沫混凝土
可以分为水泥泡沫混凝土、石膏泡沫混凝土、火山灰质泡
1／2014 粉煤灰 27
沫混凝土、菱镁泡沫混凝土等。
(2)按密度等级划分，泡沫混凝土可以分为以下几个
密度等级：300、400、500、600、700、800、900、l 000
kg／m 。
(3)按泡沫混凝土的使用领域不同，泡沫混凝土分为：
园林泡沫混凝土、工程泡沫混凝土、工业泡沫混凝土和房
建泡沫混凝土。
(4)按泡沫混凝土使用功能的不同，分为以下几种类
型：保温型泡沫混凝土、结构型泡沫混凝土和保温结构型
泡沫混凝土。
(5)按泡沫混凝土在生产中所用填充材料种类的不同，
分为：粉煤灰泡沫混凝土、秸秆泡沫混凝土、矿渣泡沫混
凝土等。
此外，泡沫混凝土还可以按照养护方式的不同进行分
类，大致可以分为：自然养护泡沫混凝土、蒸压养护泡沫
混凝土、蒸汽养护泡沫混凝土等⋯。
2 提高循环流化床粉煤灰活性的措施
2．1 粉煤灰型泡沫混凝土
邱军付等『6J通过化学方法制备大掺量粉煤灰超轻泡沫
混凝土，分析了其结构形成机理，研究了粉煤灰掺量、激
活剂、水灰比和发泡剂等因素对其性能的影响。结果表明，
采用激活剂的情况下，粉煤灰掺量达到45％(质量百分数)
可以制得干表观密度<200 kg／m 、7d抗压强度>0．2 MPa
的泡沫混凝土。顾军等[ 1以粉煤灰为主要原料制备泡
沫混凝土，不仅可有效地利用固体废弃物，而且泡沫混凝
土砌块具有良好的保温隔热性能，是灾区重建较理想的
建筑材料。分别从水料比、减水剂品种及用量、泡沫用量、
粉煤灰用量、激发剂各类及用量、养护条件6个方面探讨
了其对泡沫混凝土性能的影响，通过配方和工艺的优化，
制备了强度满足Jc／T 1062-2007《泡沫混凝土砌块》标
准的砌块。田稳苓等18】分析了泡沫混凝土的主要原材料，
以及配合比设计的基本原则，研究表明，分别增加粉煤灰
用量和发泡剂的用量干表观密度以及28 d抗压强度都随之
下降，吸水率上升，并且对比了动物蛋白发泡剂和动植物
复合发泡剂使用量相同的情况下，动物蛋白发泡剂性能更
优越。石膏掺量在3％一4％ 时，粉煤灰泡沫混凝土的抗压
强度较高，而石膏掺量>5％ 时，强度反而下降，得出
各个因素的改变对粉煤灰泡沫混凝土的影响。邱军付等【9】
28 C0 ￡ 。 H 1／2014
采用H 0 作发泡剂，制备了大掺量粉煤灰泡沫混凝土保
温板，分析了其结构形成机理；研究了粉煤灰掺量、激活
剂、水灰比和发泡剂等因素对性能的影响。通过优化工艺
参数，制备了粉煤灰掺量达到45％ (质量百分数)、性能
优良的泡沫混凝土保温板。管文等【l(】]介绍了粉煤灰泡沫混
凝土的组成、泡沫混凝土作为房屋保温的构造形式以及
现浇屋面泡沫混凝土的施工技术方案。通过试点工程的应
用，进一步阐述泡沫混凝土具有轻质、保温隔热、防水防
火性能好、施工简便、造价低廉等特性。其保温、找坡、
找平三位一体的做法不但简化了屋面构造和施工工艺，而
且屋面保温层整体性能好，具有很高的经济效益、巨大的
市场发展空间和良好的社会效益。李书进等1111研究了2种
不同稳泡剂对粉煤灰泡沫混凝土发泡倍数和泡沫稳定时间
的影响，结合试验结果探讨了微泡的形成和稳定机理；测
试了典型配比粉煤灰泡沫混凝土拌合物稳定性，以及干密
度、抗压强度、热导率等物理力学性能指标，为制备高性
能无机保温墙材制品提供了技术支撑。
2．2 煤矸石型泡沫混凝土
俞心刚等fl2】对影响煤矸石泡沫混凝土干表观密度、抗
压强度的主要因素进行了研究，结果表明，重庆中梁山煤
矿煤矸石的热活化最佳煅烧温度为750~C；水料比对干表
观密度有很大影响；随泡沫剂用量的增加，煤矸石泡沫混
凝土流动度下降，干表观密度降低，抗压强度显著下降；
煅烧煤矸石的研磨时间对煤矸石泡沫混凝土的干表观密度
和抗压强度影响很大。
同时，俞心刚等『1]】还从泡沫混凝土的制备、生产成本、
自然资源的节约、固体废弃物的利用、节能减排、环境保
护等方面阐述了用煤矸石为主要原料制备泡沫混凝土的优
越性，得出煤矸石是一种制备轻质高强泡沫混凝土的优质
原料的研究结果，希望有利于轻质高强泡沫混凝土的迅速
发展和在建筑节能及其他土木工程中的推广和广泛应用。
徐彩玲等ll41利用硅酸盐水泥和自燃煤矸石细粉、粉煤灰等
混合材料，采用预制气泡后混合的方法制备出高性能泡沫
混凝土，并研究了自燃煤矸石细粉、粉煤灰泡沫混凝土的
干表观密度对泡沫混凝土的抗压强度和导热系数的影响。
研究结果表明，随自燃煤矸石细粉、粉煤灰泡沫混凝土干
表观密度的增加，泡沫混凝土抗压强度和导热系数也增加。
曹露春等『15】针对掺加煤矸石的泡沫混凝土，测定其抗压强
度和抗折强度，并确定了自然煤矸石活性激发的最佳温度
条件；研究了煤矸石、石灰、水胶比和发泡剂对自然煤矸
石泡沫混凝土综合性能的影响规律，得出泡沫混凝土各组
分的最佳掺量，煤矸石热激活的最佳温度为750℃。在该
煅烧温度下煅烧后的煤矸石掺量为60％、水泥掺量为15％、
石灰量为5％、水胶比为0．4、发泡剂量为2％ 时、泡沫混
凝土综合性能最优。李德军【l6I通过对煤矸石泡沫混凝土性
能的研究，探索出影响煤矸石泡沫混凝土性能的主要因素。
通过正交试验得到满足设计要求的最佳配合比，并对煤矸
石泡沫混凝土的干表观密度、不同龄期的抗压强度、线收
缩、吸水率与软化系数、导热系数等性能进行了系统的研
究，结果表明：与现有泡沫混凝土相比，制备出的煤矸石
泡沫混凝土有较低干表观密度、较高的抗压强度和较小的
导热系数，降低煤矸石泡沫混凝土的干表观密度可以显著
减小其导热系数；煤矸石泡沫混凝土线收缩率小，接近水
泥砂浆的线收缩率，小于一般水泥泡沫混凝土的线收缩率；
在煤矸石泡沫混凝土中掺入一定量的等级粉煤灰或矿渣，
有利于煤矸石泡沫混凝土的轻质特性。在以上研究的基础
上，首次低成本制备出导热系数低、强度高、达到国家对
轻质墙体材料要求的高性能煤矸石泡沫混凝土。
2．3 赤泥型泡沫混凝土
代建青[17】通过对拜尔法赤泥性质的研究和对拜尔法赤
泥泡沫混凝土砌块性能的研究，探索影响拜尔法赤泥泡沫
混凝土砌块性能的主要因素，如赤泥的物理化学性质、赤
泥用量、水泥的类型、水料比、发泡剂种类与强度增长规
律等。参照JC／T 1062-2007《泡沫混凝土砌块》中的要求
探寻最佳配合比，并对拜尔法赤泥泡沫混凝土砌块的制备
工艺、干表观密度、抗压强度、导热系数、吸水率、线收
缩率、抗冻性能、水化过程及机理等进行了系统的研究。
试验结果表明，拜尔法赤泥制备的泡沫混凝土砌块的干密
度在800 1200 kg／m3时能达到JC／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1000 1200 kg／m 时抗冻性能达到夏热冬冷地区
的标准。董颖等 】利用生产氧化铝的废渣一赤泥、轻烧镁
粉(MgO)、六水氯化镁(MgC1 ·6H 0)和各种添加剂
制备赤泥发泡砌块，分析了各因素对赤泥发泡砌块强度和
密度的影响，并对反应机理进行了探讨，得出最佳配合比
为：赤泥30％、MgO 40％、F一3高效复合发泡剂3．0kg
(其他组分干料约700kg时)、MgC1 ·6H，0 20％、细砂
5％。吴喜军【19】通过试验研究了赤泥、MgO、MgC1 、细砂、
发泡液、水灰比及外加剂等对赤泥发泡混凝土性能的影响。
采用正交试验方法得出了密度为800 Kg／m3赤泥发泡混凝
土砌块的最佳配合比应为：赤泥30％，白粉40％，发泡液
3．0kg，药水20％，细砂5％，赤泥发泡混凝土性能达到了
GB 15229-1994《轻集料混凝土小型空心砌块》的标准。
同时还研究出各因素如赤泥、白粉、发泡液和药水等对容
重和抗压强度的影响趋势。
2．4 工业废渣型泡沫混凝土
王银生等20]利用以矿渣、粉煤灰为主要原材料制成的
生态型胶凝材料和复合发泡剂，采用湿热养护工艺(温度
60℃＼时间6 h)制备新型发泡混凝土。制得发泡混凝土产
品室温湿养护28 d后测试：密度为600—650 kg／m，时，抗
压强度3．5 MPa以上。又由于采用低温湿热养护工艺，解
决了免蒸养工艺初始强度低、破损率高的缺点；与蒸压工
艺相比，工艺简单、投资小，具有良好的推广应用前景。
熊传胜等f21】研究了钢渣和粉煤灰为掺合料对水泥基泡沫混
凝土性能的影响。结果表明：用优质粉煤灰等质量取代水
泥，不仅可降低泡沫混凝土的干体积密度和导热系数，而
且在同条件下可提高低泡沫混凝土的强度；钢渣粉对泡沫
混凝土的干体积密度影响不大，但会降低泡沫混凝土的强
度，而钢渣粉与粉煤灰复合取代水泥时可以得到良好的效
果；泡沫用量是影响泡沫混凝土的干体积密度、抗压强度
和导热系数的主要因素，泡沫量增加会导致泡沫混凝土的
密度降低，强度也减小，导热系数减小；泡沫混凝土的导
热系数与干体积密度近似呈指数函数关系。扈士凯等[22]通
过试验研究磨细矿渣、粉煤灰、钢渣、膨润土等矿物掺和
料对低容重泡沫混凝土基本性能的影响和试验结果表明：
四种掺和料中，磨细矿渣的活性最高，后期可提高材料的
强度；粉煤灰的活性次之，但其质轻，可降低材料的干表
观密度；钢渣和膨润土的需水量较大，会吸收泡沫的水分，
产生破泡，增大材料的干密度，在相同容重情况下降低材
料的强度。潘志华等[231利用硅酸盐水泥和矿渣、粉煤灰及
硅灰等混合材，采用预制气泡后混合的方法制备出高性能
泡沫混凝土。当水泥的用量为280—650 kg／m。、粉煤灰为42
97 kg／m3、矿渣为64～146 kg／m3、硅灰为34 78kg／m3、砂
为0~920kg／m3时制成的泡沫水泥混凝土的相应密度为430
1 500 kg／m ，导热系数为0．16—0．75 W／(m．K)，抗压强度
为1．1 23．7 MPa。控制干燥密度I 500 kg／m ，选择适当的配
合比并且添加适量超塑化剂，泡沫混凝土的抗压强度可达
44．1 MPa。用本方法制备的泡沫混凝土，由于新拌浆体具有
极好的流动性，混凝土浇筑时无需机械振动捣实，特别适
用于大体积现场浇筑工程和地下不规则空间的混凝土填充
浇筑，也可以在工厂预制成砖块、砌块、墙板等建筑构件。
赵风清等．24】以矿渣、粉煤灰为主要原材料制成的生态型水
泥和有机树脂复合发泡剂，采用湿热养护工艺制备新型发
1／2014 粉煤灰 29
泡混凝凝土。利用正交试验方法研究了发泡混凝土的优化
配比和湿热养护条件：每In 混凝土生态水泥用量1 580 kg，
发池剂用量1 kg；湿热养护温度60~E，时间6 h。制得发泡
混凝土产品室温湿养护28 d后测试：密度为644 kg／m ，抗
压强度4．5 MPa。
2．5 其他型泡沫混凝土
姜欢1251通过对农村丰富的农作物秸秆资源分析研究，
利用地区特点开发出了稻草纤维水泥基泡沫保温墙体材
料。它改变了传统的稻草纤维处理方式，利用明胶乳液对
稻草纤维的表面进行了浸渍处理，克服了纤维吸水率高、易
解聚、对水泥缓凝等缺点，提高了成型材料的耐久性。同
时，通过试验研究，确定了最佳配合水灰比为0．7，纤维体
积掺量为40％，纤维长度为(4±2)mm，发泡液质量掺量
为10％，并由此获得的材料密度为474 kg／m3时，吸水率
为35．7％，抗压强度为1．2 MPa，导热系数为0．0963 w／(m．K)。
还研究了稻草纤维的掺入量及长度对于水泥基泡沫保温材
料的干燥收缩率、韧性(压缩韧度指数)和孔的分布以及
尺寸、形状的影响。纤维的掺入量越大，越有利于阻止干
燥收缩、提高韧度指数以及降低孑L径尺寸。当纤维长度为
(4±2)mm，体积掺入量为40％时、60 d时的干燥收缩率
为2 168．5×106，与未加入纤维的普通泡沫混凝土相比，
干燥收缩率减少了14．7％。当取l5．5倍的临界变形度时，
测得压缩韧度指数130为23．8，比空白试样提高了216％；
而在此配合比下，平均孔径为135．2 m，孑L隙率达到了
70．1％。纤维长度对于干燥收缩率、韧度和孑L的分布及形
状影响较纤维掺入量为小，纤维增长，不利于干燥收缩与
孑L的分布与形状，有利于韧度的提高。谢建海等【26】以氟石
膏、粉煤灰和水泥为基材，加入自制添加剂改性，外掺少
量促凝剂、CaO和减水剂，再掺加适量发泡剂制备出不同
密度等级的氟石膏泡沫混凝土砌块。研究了不同外加剂掺
量对胶凝材料初终凝时间和力学性能的影响，测试了氟石
膏泡沫混凝土的导热系数。试验表明：氟石膏泡沫混凝土
砌块强度高、导热系数低，产品综合性能优良，是实现工
业副产品氟石膏资源化利用途径之一。张喜等f 】研究了高
碱玻璃纤维、磷渣、陶粒、建筑废弃细粉对泡沫混凝土的
性能影响，试验结果表明：4种不同掺合料的活性从大到
小排列为建筑废弃物细粉、高碱玻璃纤维、磷渣、陶粒。
4种不同掺合料对于泡沫混凝土的表观密度影响：高碱玻
璃纤维降低了泡沫混凝土的表观密度，其余3种掺合料均
增大了表观密度，增大程度从大到小排列为陶粒、磷渣、
30 COA￡ASH 1／2014
建筑废弃物细粉。综合表观密度和强度评定4种掺合料对
泡沫混凝土作用最好的为建筑废弃物细粉。陆晓燕等 】对
全淤泥陶粒泡沫混凝土砌块墙体热工性能进行比较研究。
研究表明：全淤泥陶粒泡沫混凝土砌块导热系数为0．22
w，(m．K)，保温性能优越。砌块裸墙体传热阻为1．22
(m2．K)／w，传热系数为0．820W／(m．K)。与常用保温
墙体相比，保温效果明显改善；提出利用全淤泥陶粒泡沫
j昆凝土砌块作为单一墙体材料满足建筑节能50％、65％标
准技术措施，为其推广使用提供参考。蔡安兰等[29】人以建
筑垃圾、普通水泥、废泡沫塑料(EPS)和发泡剂为原料
制备泡沫混凝土，研究了建筑垃圾用量对泡沫混凝土抗压
强度、干表观密度和导热系数等物理性能的影响。结果表
明，采用激发剂的情况下，建筑垃圾用量达到70％ (质量
百分数)，可以制得干表观密度为860 k m，、28 d抗压强
度大于3 MPa、导热系数小于0．20 W／(m·K)的泡沫混凝土。
符合JGJ51—2002《轻骨料混凝土技术规程》中规定的要
求，可作为非承重围护结构的保温材料使用。与加气混凝
土相比，省去了蒸压养护工序，更有利于节约能源、实现
固体废弃物的资源化循环利用。
3 结论
由以上分析可知，工业固废物作为泡沫混凝土生产原
料是可行的；并且我国当前工业固废物大量堆积，不仅占
用大量的土地同时还污染环境，成为一种闲置的资源。若
以其为原料制备泡沫混凝土，不但解决了工业固废物的环
保治理难等问题，还有助于资源的再生再利用、变废为宝。
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(下转第33页)
的环境水中，有的浸泡时间长达半年，再进入冬季经受冻
融循环的考验；其次，在浸泡于环境水的过程中，此环境
水由于上下游水头差的作用，存在着缓慢的渗流，即环境
水不是静止不动的。
3 结论
综上所述，硫酸盐侵蚀和冻融环境下的混凝土性能的
试验研究方法，应考虑硫酸盐溶液浸泡周期应有一定时间，
然后再进行冻融试验；或者先进行一定次数冻融循环试验
后，再浸泡一定时间，以上可模拟现场混凝土结构浇筑完
成的季节不同时的情况；并且在浸泡时也应考虑含盐环境
水的流动特性。笔者提出了以下三种试验研究方案，供探
讨。
方案一：试件成型1 d后即泡于不同浓度溶液中，至
28 d后，开始进行冻融试验50次循环，然后再浸泡于溶
液中7 d，再进行冻融试验50次循环，如此往复，直到试
件破坏；冻融试验时，试件浸泡于相应浓度溶液中。测试
指标：相对动弹模数、质量损失率。
方案二：试件成型并进行标准养护28 d，即泡于不同
浓度溶液中7 d后，开始进行冻融试验50次循环，然后再
浸泡于溶液中7 d，再进行冻融试验50次循环，如此往复，
直到试件破坏；冻融试验时，试件浸泡于相应浓度溶液中。
测试指标：相对动弹模数、质量损失率。
方案三：在上述两方案中，将溶液中静水浸泡改为缓
慢流动的溶液浸泡，再进行冻融试验。
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作者简介：王怀义(1973一)，硕士，新疆水利水电科学研究院，高级工
程师．通信地址：新疆乌鲁木齐红雁北路73号，邮编：830049．E．mail：
xjnetfriends@sina．cn
收稿15t期：2013年8月16日
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作者简介：王朝强(199O一)，男，硕士研究生．研究方向：高性能混凝
土．通讯地址：四川绵阳市涪城区西南科技大学101一区3．3，邮编621010．
E—mail：weq598676239@126．tom
收稿日期：2013年6月6日
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