发泡混凝土
1.什么是泡沫混凝土？
泡沫混凝土又称发泡混凝土，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂进行机械发泡，并将泡沫与水泥浆体均匀混合，再通过发泡机的泵送系统灌注到位而制成的混凝土。通过自然养护或成型而形成的含有大量封闭孔隙的一种新型轻质保温材料。属于气泡状保温材料，其突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔隙，使混凝土更轻，保温效果更好。
2、泡沫混凝土的特点是什么？
1）隔热保温：导热系数为0.080-0.135W/(m•k)，热阻约为普通混凝土的20-30倍。
2）质轻：干体积密度为200-700kg/m3，相当于普通水泥混凝土的1/5至1/10左右，可减轻建筑物整体荷载。
3）整体性：可现场浇注施工，与主体工程紧密结合，不留界缝和气孔。
4)低弹性和减震性：泡沫混凝土的孔隙率使其具有较低的弹性模量，使其能够很好地吸收和分散冲击载荷。
5）隔音性：泡沫混凝土中含有大量均匀分布的独立气泡，吸声能力达0.09-0.19%，是普通混凝土的5倍，具有有效的隔音功能。
6）抗压性：抗压强度为0.6-5.5Mpa。
7)耐水性：现浇泡沫混凝土吸水率较低，气泡相对独立封闭，整体性好，使得其具有一定的防水性能。
8）耐久性：与主体工程寿命相同。
9）施工简单：只需水泥发泡机，实现自动化作业，可实现垂直高度100米的长距离输送，工作量为80-200m3/工作日。
10)生产加工：泡沫混凝土不仅可在工厂生产成各种制品，而且可在现场施工，直接浇铸成屋顶、楼板和墙体，并可进行锯、刨、钉、钻等加工。
11）环保：泡沫混凝土所需原材料为水泥和发泡剂，发泡剂为中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染和火灾隐患。
12）经济性：综合成本低。
3.泡沫混凝土的开发与应用
美国、英国、荷兰、加拿大等欧美国家以及日本、韩国等亚洲国家充分利用泡沫混凝土的良好性能，不断拓展其在建筑工程中的应用领域，加快了工程进度，提高了工程质量。我国对建筑节能越来越重视，随着建筑节能相关政策的实施，节能材料大受欢迎，泡沫混凝土凭借其良好的性能在我国得到了迅速的发展和应用，年增长率在8%左右，已成为一种规模较大的新型保温材料，现将应用情况概述如下：
1>在建筑保温节能上的应用这是泡沫混凝土目前最主要的应用。由于其内部存在着大量的封闭孔隙，而孔隙中又有大量的空气，空气的导热系数很差，其导热系数约为0.02w/mk，所以其导热系数就大大降低了。由于孔隙之间不相通，且是封闭的，所以不能形成空气对流循环。同时混凝土被孔隙所隔离，每个球形孔隙周围都有一层固化的水泥浆膜，界面的增加对热能的穿透产生了很大的阻力，使其具有优良的保温性能。
1）屋面保温：现浇泡沫混凝土屋面。节能屋面结构一般包括结构层、保温层、坡面层、找平层、防水层。泡沫混凝土用于屋面保温施工，采用现场浇筑，保温层、坡面层、找平层合二为一，简化保温层施工工序，与混凝土屋面形成一个整体。也可制成泡沫混凝土屋面保温板、保温砖；
2）地面保温：现浇地暖保温层、地面保温板
3）墙体保温：现浇、喷射泡沫混凝土墙体保温层、泡沫混凝土砌块
4）复合墙板：用作框架结构中的保温填充墙或与薄钢板制成复合墙板。
二、工程
1）地下回填：
2）地基：主要用于补偿地基、道路、桥梁、隧道及大型构筑物的填筑层。
3）挡土墙：主要用于高速公路护坡、路基、河岸、港口。主要用作港口的岸墙。
3> 园艺
1）利用泡沫混凝土制作轻质假山、盆景
2）轻质浮动产品，如浮动景观、植物、假山等。
3）发泡彩色装饰园艺孤品粘土、仿木材料等。
四>行业：
1）管道保温：管道绝缘层
2）耐火材料应用：这是泡沫混凝土比较成功的应用领域，主要用于窑炉的现浇隔热层、喷射隔热层、耐火隔热砖等。
3) 化工行业应用：罐底支撑。在钢罐（包含原油和化学品）底部浇注泡沫混凝土。如有必要，可形成凸形基础以确保整个罐底的支撑。这种连续支撑使罐体具有薄板底部，在焊接过程中可获得最佳应力。凸形基础也易于清洁。
4）陶瓷工业：轻质泡沫陶瓷制品
4.泡沫混凝土的生产工艺
泡沫混凝土的生产分为制品生产工艺和现浇工艺两种，两种工艺在发泡和泡沫浆料制备阶段相同，但在后期的浇注和养护两个工序有所区别。
5、泡沫混凝土与加气混凝土的区别
二者的发泡原理有着本质的区别，加气混凝土是通过化学反应产生气体形成孔隙，而泡沫混凝土则是通过机械发泡将泡沫加入混凝土浆体中形成孔隙。泡沫混凝土具有以下优点：
1、泡沫混凝土很容易达到超低密度（300kg/m3以下）。
2、工艺灵活简单：只需用水泥发泡机直接制成泡沫混凝土，并自然固化，不需高压釜养护。
3、生产模具种类多：传统加气混凝土一般采用大型钢模浇注，而泡沫混凝土可用各种材质制成的小模具、组合模具、异形模具、艺术模具等浇注，更重要的是可以不用模具，直接在现场浇注。
4、投资少：泡沫混凝土生产工艺简单，设备和模具都比较简单，投资少。
6、水泥发泡机现状
发泡机最早出现在国外，其原始机型采用高速旋转轮发泡，先从发泡机构中取出泡沫，再由人工将泡沫与水泥浆混合制成泡沫浆，泡沫大小不均匀，气泡直径过大，渗水率高，由于需人工取出泡沫再加入搅拌机，影响工作效率和自动化控制。近年来，高压全自动发泡机在我国得到广泛应用。该发泡机发泡倍数大，泡沫细小均匀，泡沫质量高，自动化程度高，效率高。后来随着技术的不断进步，发泡机的技术含量不断提高，新机型不断出现。近年来，随着我国发泡机技术不断更新换代，现已发展成为集发泡、搅拌、泵送为一体的自动化设备。
7、发泡机对泡沫混凝土的影响
1、它决定发泡剂能否发泡、能发泡成何种泡沫，对泡沫产量起着决定性的作用。
2. 确定气泡直径。
3、确定泡沫的均匀度。泡沫的均匀度起着决定性的作用。
4、对发泡倍数影响很大，但不是决定性因素。
5、对泡沫的含水量（泌水率）起着主要作用，其发泡性能越高，泡沫的含水量越少，越不容易形成乳状泡沫。
6、对发泡成本有一定影响。
什么是水泥发泡剂
混凝土发泡剂是指能降低液相表面张力，产生大量均匀稳定的泡沫，用于生产泡沫混凝土的外加剂。
8、我国水泥发泡剂发展现状
目前，我国发泡剂生产已由第三代单组分发泡剂发展到第四代多组分发泡剂。
1、动物蛋白发泡剂是目前应用较为广泛的一种发泡剂，其突出的特点是：泡沫特别稳定，最适合生产超低密度泡沫混凝土，特别是密度200-500kg/m3的泡沫混凝土，因为即使在泡沫含量极高的情况下，也不易消泡塌模，浇注稳定性仍然很好。制成的泡沫混凝土强度高，发泡倍数也比较令人满意，因此具有非常广阔的应用前景。该发泡剂以动物角蛋白为主要原料，采用一定的工艺提取脂肪酸，再加入添加剂经过溶解、过滤等一系列工序制成表面活性剂，外观为深褐色液体，pH值为6.5~7.5。
2、复合发泡剂（第四代）
目前单组分发泡剂应用较为广泛，但其存在性能不完善、不能满足日益严格的技术要求等问题，要解决这些问题，需要发展到第四代，生产复合发泡剂，在发泡过程中，通过添加增泡组分、稳泡组分、功能组分、调节组分等来满足实际需要。
9、泡沫混凝土生产对发泡剂的要求
泡沫是泡沫混凝土形成的基础，因此发泡剂的质量将直接影响泡沫混凝土的质量。
1、泡沫稳定性：品质优良的水泥发泡剂产生的泡沫，液膜坚韧，机械强度好，在浆体的挤压下，不易破裂或过度变形，加之具有自保水性，液膜在重力和表面张力的作用下，表面的水分不易流失，能较长时间保持泡沫膜的厚度和完整性，使泡沫长期不破裂。稳定性好的泡沫，在浆体中液膜不易破裂，不易形成连通孔。
2、泡沫均匀性：制备出的泡沫的气泡直径不可能完全相同，而应基本相近，气泡直径范围应尽量小，最好在0.1~1mm之间。
3、渗水率：泡沫制成后，会逐渐渗出，泡沫的渗水率低，可以更好的保证泡沫中的气泡数量和泡沫混凝土的孔隙率，也就是保证泡沫混凝土的致密性。
4、对胶凝材料的负面影响：胶凝材料是泡沫混凝土强度的主要来源，有些发泡剂产生的泡沫稳定性非常好，但加入胶凝材料会降低泡沫混凝土的强度，甚至丧失强度，因此必须选择对胶凝没有负面影响的发泡剂。
10. 泡沫形成
由于表面张力的作用，液体表面有自动收缩的趋势，所以纯静态液体在搅拌后不能产生大量的泡沫。在纯液体中，两个气泡相撞时会毫无阻碍地结合在一起，最后气泡全部破裂。但如果在液体中溶解有能降低气液界面张力的物质，使之形成一个组成不同于其他液体、且具有一定机械强度的临界层，那么当两个气泡相撞时，这个临界层就能起到“缓冲层”的作用，阻止气泡破裂。发泡剂由于其分子结构的不对称性，能聚集在气液界面，降低表面张力，增加薄膜的机械强度，形成“缓冲层”。因此，在纯液体中加入发泡剂后，通过搅拌、混合、吹气、喷淋等机械方法，将气体引入发泡剂液体中，就能产生泡沫。
11.泡沫稳定性及影响因素分析
所谓泡沫稳定性，是指生成的泡沫的耐久性，也就是泡沫“寿命”的长短。这包括两个方面：一是泡沫本身的耐久性，由发泡剂的品质决定；二是泡沫在外界的稳定性。泡沫在环境中以及与混凝土浆体混合时，能否保持完好，除了与泡沫本身的性能有关外，还取决于外界因素的影响。现从几个方面阐述泡沫的稳定性。
1.泡沫本身的稳定性
由于气体与液体的密度相差很大，液体中的气泡总是很快上升到液面，形成由少量液体组成的液膜隔开的气泡集合，即泡沫。泡沫是不稳定的，会很快衰变。一般认为，造成泡沫衰变的原因有两个：液体在泡沫中的析出和气体透过液膜的扩散。
泡沫中的液体析出 泡沫中的液体析出是气泡相互压缩和重力作用的结果，气泡压缩主要来源于表面压力，泡沫中气泡的交汇处形成了所谓的边界（见图1）。
根据公式可得PB-PA=σ/R（其中PA为A点液膜压力，PB为B点液膜压力，σ为表面张力，R为气泡半径）。A点压力低于B点压力，液体会自动从B点流向A点，导致液膜变薄[4]。
另一个排水过程是液体因重力作用而下落，导致薄膜逐渐变薄。这种情况只有在液膜较厚时更为显著。当液膜变薄到一定程度时，就会导致破裂。
无论用何种方法产生气泡，其大小都不是完全均匀的，由于弯曲液面的附加压力，小气泡内的气体压力始终高于大气泡内的气体压力，小气泡在低压下穿透液膜向大气泡内扩散，导致小气泡不断变小直至消失，大气泡不断变大，最终导致气泡破裂。
从以上两方面可以看出，泡沫本身的稳定性主要取决于液体析出的速度和液膜的强度，而增加溶液的粘度可以解决这两个问题。液膜中的液体不易排出，液膜厚度减小缓慢，从而延缓了液膜破裂的时间，增加了泡沫的稳定性，同时也使泡沫具有一定的“弹性”。添加泡沫稳定剂可以达到这个目的。
2 外界环境因素对泡沫稳定性的影响
压力与气泡尺寸分布泡沫在不同压力下具有不同的稳定性，一般压力越大泡沫越稳定，这是因为当泡沫质量一定时，压力越大，气泡半径越小；膜面积越大，液膜越小，液膜越薄，排水速度越低。排水半衰期T1/2与气泡直径d的关系为：T1/2=580ηh/(式中η为液体粘度，h为泡沫柱初始高度，ρ为液体密度，Vtf为泡沫初始液体分数，g为重力加速度)。由于气泡尺寸并不是均匀的，该公式只能定性地解释某些变量之间的关系。也有人认为泡沫稳定性与压力的关系为：气相中不凝性组分随压力升高而增加，理论上单位时间内泡沫气泡数量的减少与初始气泡尺寸分布的频率有关。气泡分布越窄、越均匀，泡沫越稳定。为获得稳定的泡沫，应使泡沫的气泡半径分布尽可能窄。
温度对泡沫也有很大的影响，一般来说，随着温度的升高，泡沫的稳定性降低。低温下，当泡沫膜达到一定厚度时，泡沫会处于亚稳态，当温度特别低时，会直接影响发泡倍数；高温下，泡沫的坍塌从泡沫柱的顶部开始，泡沫体积随时间呈规律性减小。这是因为最上层液膜的上侧总是向上凸起的，这种弯曲的膜对蒸发十分敏感，温度越高，蒸发越快，当膜变薄到一定厚度时就会破裂。因此，大部分泡沫在高温下是不稳定的。
混凝土浆体的影响泡沫最终会与浆体混合，在此过程中，浆体中各组分的颗粒形貌对泡沫的稳定性也有重要影响（见图2）。
浆体中的颗粒（粉煤灰、细砂等）形状均匀，表面光滑，它们与泡沫接触时，可以看作是两个球体在“面对面接触”，这样，泡沫本身的“机械强度”和“弹性”就各不相同，如果颗粒形状不一，棱角分明，接触就是“点对面接触”，必然会刺破泡沫，造成应力集中，从而导致泡沫破裂。
另外泡沫最终会在混凝土浆体中形成“密实的空洞”，时间越长，泡沫破裂的可能性就越大，因此提高泡沫混凝土稳定性的另一种方法是促使泡沫混凝土尽快凝固硬化，一般采用早强硅酸盐水泥或添加早强剂来达到目的。
从以上讨论可以看出，影响泡沫稳定性的因素不仅与泡沫本身的性质有关，还与外界环境有关，实际应用中只有根据经验和实验选择合适的方法才能得到稳定的泡沫。
12.泡沫混凝土的结构特性
该材料的结构性质与加气混凝土基本相似，是多孔混凝土的一种。用发泡剂产生的泡沫，混合到含硅、含钙材料、水和外加剂组成的混合浆体中，硬质颗粒附着在泡沫壳体上，形成相互分离的独立气泡。混合料中孔隙的分布越均匀，尺寸越小，混凝土的强度越高，其材料性能越好。在室温（>IO℃）下，多孔材料凝结成各种所需的形状。在蒸汽高压釜养护下，硅质和钙质材料发生水热反应，形成胶凝材料，冷却后成为具有相对强度的多孔轻质材料。
泡沫混凝土是一种具有质轻、保温性能好、防火、抗冻等特点的建筑节能材料，其混合浆体在成型时能自流平、自密实；施工和易性好，易于泵送、找平，与其他建筑材料有很好的相容性，强度可根据需要调节。其主要性能体现在以下几个方面：
a)质轻、密度小：泡沫混凝土的密度一般为300kg/m3~/m3，与常规建筑材料相比，可减轻自重30%左右，可减轻结构和基础的重量和造价，有利于抗震；
b)热工性能好：泡沫混凝土内含有许多独立、不贯通的微小孔隙，形成良好的热工性能，其正常导热系数在0.08W/(m·K)～0.25W/(m·K)之间，在我国三北地区广大地区，外墙厚度在200mm～250mm，保温性能相当于490mm(两块砖)，用于节能墙体、屋面保温层，保温效果更佳。
c)保温防火性能好：由于泡沫混凝土属多孔、轻质材料，可用于楼面朝阳的隔热层、路边的隔音层，防火防水性能好，充分利用废料，节省耕地、能源，降低价格。
13. 发泡剂的性质及应用
1、发泡剂种类及性能：混凝土用发泡剂种类较多，目前常用的发泡剂主要是各种表面活性剂，目前国内发泡剂主要有松香类发泡剂、废动物毛发泡剂、树脂皂类发泡剂、木质素磺酸盐、水解血胶发泡剂、石油铝磺酸盐发泡剂、蛋白质水解物及高分子表面活性剂等。国外意大利、日本等国家开发的发泡剂以蛋白质类为主，发泡量大、稳定性好、制品强度高。有一批性能较好的固体树脂发泡剂和蛋白质发泡剂，如CON-A型发泡剂、FP型固体树脂发泡剂、U型发泡剂、HJ-3型磺酸盐系列微发泡剂等。
发泡剂所形成泡沫的质量应以韧性、发泡体积、渗水性等指标来衡量，泡沫韧性是指泡沫在空气中一定时间内不会过早破坏；发泡体积是泡沫体积增加发泡剂溶液体积的倍数；渗水性是指泡沫破坏后产生的发泡剂水溶液的体积。表1为常用发泡剂的性能指标。
发泡剂由于其分子结构的不对称性，能聚集于气液表面，降低表面张力，提高薄膜的机械强度，因此在纯静态液体中加入发泡剂后，经过搅拌、混合、喷涂、吹塑，再通过注射等机械方法引入气体，便可生产出所需的泡沫。
2、泡沫性质及稳定性：泡沫稳定性极其重要，不稳定的原因是泡沫中液体的析出和气体透过液膜的扩散，其稳定性主要取决于液体析出的速度和液膜的质量，增加溶液的粘度可以解决这一问题。目前国内泡沫制作主要采用高速搅拌机，利用高速旋转的叶片制作泡沫，叶片的气泡直径不均匀，泡沫质量与叶片长度、角度、层数、线速度等密切相关。外压高时，气泡窄小、分布均匀，泡沫稳定；随着温度的升高，泡沫的稳定性降低，粉煤灰、砂子等混合材料形状均匀，表面光滑，因此泡沫本身的特性可以得到更好的发挥，不会引起浓缩，有利于泡沫的稳定性。
14. 原材料
a)水泥：泡沫混凝土是一种流动性很强的混凝土，为了使混合料在短时间内凝固，防止沉降和渗水，尽快提高混凝土的早期强度，宜采用高强早强水泥，以硅酸盐或硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥为佳。这些水泥具有早期强度高、膨胀微、收缩小等优点，是泡沫混凝土较好的胶凝材料。
b)粉煤灰：粉煤灰具有掺合料和形成胶凝材料的双重作用，其颗粒越小，活性越大，制备的泡沫混凝土强度越高。泡沫混凝土的干密度取决于孔隙率，粉煤灰的种类和掺量对孔隙率影响不大，一般掺量为30%～60%对泡沫混凝土的孔隙率和抗压强度没有影响。如矿渣细粉与粉煤灰复合使用，效果良好，更有利于提高混凝土的强度。同时，在配制强度较高的混凝土时，最好掺加适量的硅灰。
c)石灰、石膏：生石灰水化时能产生大量的热，加入适量的粉煤灰有利于提高泡沫混凝土的早期强度。随着配合比中加入的石灰量的增加，泡沫混凝土的强度随之提高。石膏的用量一般控制在10%～15%，石膏在胶凝材料中起激发剂的作用，随着石膏用量的增加，泡沫混凝土的早期强度迅速提高，后期强度反而会降低，最佳掺量为3%～4%。
d)轻骨料：当需要较轻骨料的泡沫混凝土时，可加入一定量的轻骨料，如膨胀珍珠岩、硅粉、轻质陶粒等；若对重量无要求，可加入一定量的矿渣、浮石、砂等。膨胀珍珠岩作为功能调节剂制作泡沫混凝土时，不但可以增加混凝土的浇注高度，而且能保持混合料分布均匀不沉降，使制品具有良好的吸声效果。
15. 外加剂
泡沫混凝土与加气混凝土基本相似，也存在收缩大、吸湿性强的缺点。为了减少收缩，弥补缺点，采用添加复合外加剂的方法。配制时加入膨胀剂，减少收缩裂缝；添加纤维材料，提高抗拉强度；加入适量骨料，减少体积收缩；用有机物浸渍表面，提高表面强度，降低吸水率；加入粉煤灰，减少水泥用量，增加后期强度增长。
16.加工制造技术
泡沫混凝土产物的生产是根据重量的混合剂量，将其搅拌均匀，然后将其倒入较低的范围。最佳时间在90分钟内控制。
固化泡沫混凝土时，表面上的泡沫将不可避免地发生，但在水平方向和垂直方向上都会发生。
17.国内外现有的泡沫技术和设备
目前，在国内外生产泡沫混凝土有三种主要方法：
第一个方法是将泡沫剂溶解在水中，然后将其均匀地混合在一起，因为水泥在水泥泥浆中形成了气泡，水泥泥浆具有很高的粘度，并且污泥在最初的含量上是较高的，并且含有较高的含量。 ained混凝土。
第二种方法是使用高速搅拌泡沫高速混合器的直径不均匀，泡沫必须通过水泥泥浆中的中间设备倒入混合的混凝土中，中间链路将导致一些泡沫爆发，此外，该方法的特征是它必须在使用之前就可以使用。
第三种方法是使用压缩空气来制作泡沫。一些泡沫使用磁力板，有些使用玻璃球，有些使用铜网。可以将泡沫直接吹入搅拌的水泥浆液中，减少中间链接，并更好地防止由于中间链路而引起的泡沫，此外，这种方法是在泡沫时搅动水泥浆液，只需在需要的情况下就可以在不需要的任何问题上就可以做任何泡沫。
18.泡沫设备的开发
1.1设计原理
根据我们看到的外国泡沫设备，我们最初制定了以下设计原则：
1）能够合理控制气体和液体的比率；
2）能够合理控制气体的速度和流动；
3）确保泡沫的连续性，均匀性和稳定性；
4）确保设备本身的稳定操作。
1.2结构和工作原理
The of the is shown in 1. The 2 a agent , and a air 1 air, which is into two air paths. One path is to the as a foam The other is to the to push the agent in the into the , and the air and the agent enter the tail of the into the . .
泡沫缸由气缸壁，金属网格，固定材料，尾材料，气体混合室和喷嘴组成。
The tail of the tube is and the other end is open. Two are into the end at the same time, one is air and the other is agent . A space is at the end where the gas and enter, which is a . Its is to make the air and the agent fully and mixed here to mist , that the foam is and .
气体和液体在离开混合室后开始泡沫，但在离开混合室后的量很小。
1.3开发过程中的几个问题
1.3.1压缩气压的选择
我们使用我们试用的设备使用不同的压力进行泡沫测试。
1.3.2
泡沫剂液体和压缩空气如何进入混合室
我们在平行和垂直的情况下进行了气体和液体的实验。
1.3.3
泡沫管尺寸
泡沫管的规格由d.l表示，d是管的有效长度，而内径的长度是泡沫输出和泡沫的生产速度。在混合室L1中，泡沫拉的长度和稳定的i2和泡沫出口长度L3，其中I1 = 1.2 ～1。
1.3.4
气泡网的选择
外国的泡沫和泡沫稳定，有些使用玻璃球，我们的设计使用了金属网，可以用不锈钢钢丝网和铜网延长铜线的尺寸。网格尺寸也与网格的层数有关。
1.3.5
选择网状层的数量
为了找出净层对泡沫质量的影响，我们选择了15、20、25、30和50层测试结果，当净层的数量较小时，泡沫的输出较大，气泡直径是越大的净效率，并且较较大。测试结果，最合适的净层数为20至30。
19.两个泡沫设备的比较
经过多次测试和调整后，使用泡沫发电机来测试国内和进口的泡沫剂，并且完全满足了泡沫剂指数的要求，我们使用了高速电钻来修改高速搅拌器，并将同一泡沫剂用于泡沫比较，并将其用于泡沫比较。
从表1中的数据中，我们可以看到两个泡沫过程显然是不同的。