1.1  組成材料

1.1.1  發泡劑

發泡劑通過促進泡沫的產生而形成封閉氣孔或者相連氣孔結構的試劑。在指定的前提條件下，它使用化學反應變化或物理方法（攪拌、壓縮空氣等）進行處理，使發泡劑溶液無需較長時間就能產生大量勻和、穩定的泡沫[4]。因此可知，不是所有能夠產生泡沫的物質或試劑都能夠作為發泡劑。

發泡劑的品種多樣，應用頻次較多的有：動物蛋白發泡劑、松香酸皂類發泡劑、石油磺酸鋁發泡劑等[5]。國內學者不斷深入研究，出現了不同產品型號的發泡劑，例如：u型發泡劑、CLY-99型憎水發泡劑、CON-A 型泡沫劑、CCW-95型固體泡沫劑等。

在國內，關于高性能發泡劑的研究未曾中斷。例如，王翠花[6]在存有定量的Ca(OH)2和NaHSO3的條件下，以牛蹄角為關鍵蛋白質原料合成了蛋白質型泡沫混凝土用發泡劑。石行波等[7]將礦物材料發泡與表面活性劑發泡相聯合形成一種新形式，采用豬蹄角為原料制成了一系列泡沫混凝土砌塊。馬志珺等[8]進行了復配研究來觀察表面活性物質對發泡劑母液的發泡及穩泡性能的改性效果。他們發現復配后蛋白質發泡劑的泡沫性能得到了極大程度的提升，并且其發泡穩泡性能的效果也尤為顯著。目前，Eva Kuzielová等[9]研究了活化發泡劑對泡沫混凝土的影響，考察泡沫穩定性、體積密度、微觀結構、抗壓強度與發泡劑濃度及其微波和超聲波處理的關系，實驗發現在用較低濃度的微波和超聲波處理的發泡劑制備的樣品中孔徑相對減小，改善了樣品的抗壓強度。

泡沫是否穩定的有兩個重要因素。一是液體是否從泡沫中的離析出來，二是氣體是否透過液膜進行擴散。而判定發泡性能是否優良，一般依據三個重要的因素：發泡劑的沉陷距離、泌水多少以及發泡倍數大小。以這三個重要因素作為指標，稀釋發泡劑溶液的沉陷距離和泌水量越大并且發泡倍數越小，其發泡性能越差。具體來說，優質發泡劑在1 h后泡沫的沉陷距離和泌水量分別不大于 10 mm、小于等于 80 ml，發泡倍數應大于等于 20 [10]。截止目前，我國針對泡沫的質量問題還沒有制定出一致的檢測方法，行內一般是據實際情況來確定檢測方法。

1.1.2 外加劑

目前，外加劑有兩大類。一類是化學外加劑，它以有機或無機化合物為主要成分，且用量不大于水泥質量的5%的化學品；另一類是礦物外加劑，它是混凝土中的水泥被礦物粉體所替代的部分，最常見的礦物外加劑有粉煤灰、粒化高爐礦渣粉等[11]。

泡沫混凝土制作過程中，我們為了使其和易性等特殊性能達標需添加不同的外加劑。例如，泡沫混凝土的水灰比和水泥水化的熱應力較大，摻加減水劑以緩解其壓力；泡沫混凝土的開裂其耐久性較差，向里摻加膨脹劑以提高耐久性；泡沫混凝土的強度發展速率較慢，在混合粉煤灰摻加一定量的激發劑以加快速率；泡沫混凝土的抗拉強度低，摻加纖維材料以改善其缺點。

近些年來，外加劑逐漸被研究工作者關注，并對其進行了深入研究。牛云輝等[12]重點研究就四種外加劑與泡沫混凝土的各大性能之間的關系問題，這四種外加劑分別是：聚羧酸減水劑、速凝劑、PP 纖維及穩泡劑，結果顯示經由這些外加劑相互耦合所得的泡沫混凝土有利于處理泡沫混凝土作為承載重量的墻體在現場澆筑時出現裂紋、模板壓塌等問題。胡璐[13]認為有機硅防水劑會影響泡沫混凝土的抗壓強度和吸水率，由此針對這一種外加劑進行了實驗研究。在泡沫混凝土試塊刷涂乳液型有機硅過后，發現與未刷涂的相比較，這部分刷涂后的抗壓強度增強，其吸水率也顯著降低。Cong Ma等[14]研究了PT、CS、SP三種防水劑對泡沫混凝土性能的影響，結果表明防水劑對低密度泡沫混凝土的泡沫穩定性和干密度幾乎沒有影響，通過添加防水劑抗壓強度也能得到改善，且最優的改善條件是防水劑的含量在1.0%左右，隨著防水劑含量的增加強度保留系數RS顯著增加，另外它的應用能夠降低吸濕水含量。E.K. Kunhanandan Nambiar和K. Ramamurthy[15]通過與未摻粉煤灰混合料的對比，研究粉煤灰替代對泡沫混凝土強度和密度的影響，提出粉煤灰代替細集料有助于提高低密度泡沫混凝土的強度，使高強混凝土的強度比得以提高。E.P. Kearsley[16]等研究發現粉煤灰可以替代高達67％的水泥，而不會顯著降低強度。Shui Jun[17]等通過實驗研究了鋼渣粉煤灰泡沫混凝土的熱性能，隨著鋼渣相同密度的增加，導熱系數增加，比熱降低。詹炳根等[18]經研究發現在泡沫混凝土中添加玻璃纖維之后，泡沫混凝土強度較低以及韌性較差都得到了極大的改善。

1.1.3  水泥

在泡沫混凝土中，其產生強度關鍵在于水泥作為重點膠凝材料，發生水化反應后形成的水化產物能在其中起膠結作用，因此相對而言泡沫混凝土中所含的水泥不多[19]。水泥中摻加30%左右的火山灰質、粉煤灰或者礦渣等水硬性膠凝材料都可供泡沫混凝土選擇。但是因泡沫混凝土內含有大量的氣泡，在料漿硬化之前，由于氣泡穩定性較差發生破裂現象，導致塌模和出現表面裂縫[20]。為了防患于未然，相比于硅酸鹽水泥最好是使用類似鋁酸鹽水泥這類凝結硬化速度快的水泥以及早強高強類的硫鋁酸鹽水泥此類特種水泥。

1.1.4  細集料

集料在傳統混凝土中主要起骨架作用和增強體積穩定性，并且還可當作膠凝材料的低廉填充料[21]。使用到泡沫混凝土制備過程中的集料有：聚苯乙烯顆粒、粒徑2～10mm的碎石、陶制顆粒、玻璃質火山熔巖（例：膨脹珍珠巖）、砂等。加入的砂子不但減少硬化泡沫混凝土的體積變化，而且還可作為填充物。E.K. Kunhanandan Nambiar[22]等研究了填料類型和砂粒大小對濕養護泡沫混凝土性能的影響，發現砂粒尺寸的減小導致泡沫混凝土強度的提高。在實際工程當中，因為對泡沫混凝土有一定的質量要求，針對其質量要求考慮是否采用密度較大的集料。在水泥基體中加入微量的氣泡就可滿足設計的密度要求,用輕集料即可形成更為密實的結構[23]。鑒于常用的密度等級在400～1600kg/m3，所以實際操作時會首先考慮使用輕質集料。

1.2  生產工藝

1.2.1  發泡技術

預制泡沫法，為當前制備泡沫混凝土所普遍使用，使用時需利用機械方法獲取泡沫。張巨松等[24]總結目前國內的發泡技術主要為高速攪拌葉片制泡，國外多采用壓縮空氣法制泡發泡技術。

高速攪拌葉片制泡法，采用了高速攪拌機和水泥攪拌機兩種設備。首先，向高速攪拌機加入按照一定比例所配制的發泡劑溶液，在葉片的快速攪動下預制泡沫；隨后，往水泥漿攪拌機倒入定量取出所制得的泡沫；最后，將泡沫與料漿進行攪拌制成泡沫混凝土。高速攪拌葉片制泡法操作簡單，重現性相對較好，能夠準確地反映出發泡劑的發泡性能。但是，由于上下泡徑不均,在向水泥攪拌機倒入制得的泡沫這一過程中需要借助量器，泡沫破滅難免會發生，存在浪費現象。

壓縮空氣制泡法,其主要是使用了特殊制成的發泡筒這一關鍵器材。在特殊制成的器材中將壓縮空氣摻雜于發泡劑溶液，所形成的泡沫通過壓縮空氣呼出發泡筒,最后將制得的泡沫轉至水泥攪拌機中進行攪拌后制成泡沫混凝土。發泡筒內部可供采用的材料有磁片、玻璃球、銅等。

結合國外采用的壓縮空氣法制泡與國內采用的高速攪拌葉片制泡法兩者不同的特點，經比較后發現壓縮空氣法制泡使用的設備盡管稍顯復雜，但是壓縮空氣法制泡優點卻是高速攪拌葉片制泡法不可企及的，它有效地防止了泡沫浪費現象。一方面，采用壓縮空氣法制成的泡沫通過發泡筒后，不存在泡徑不均現象；另一方面，制成的泡沫是直接吹入水泥漿中，減少了中間流轉過程；再者，料漿的攪拌和發泡是同步進行，定量制泡能避免泡沫過剩的問題。

1.2.2  制備工藝

預先制泡法和混合制泡法是泡沫混凝土的兩種制備工藝。

預先制泡法的具體步驟是：首先利用發泡劑和水按一定比例混合制得泡沫，再在水泥攪拌機中將相應的原材料攪拌均勻形成料漿，然后將制得的泡沫與料將一起攪拌均勻后倒入模板內，最后經過低幅振動抹平后養護脫模即可。該方法所用到的制備流程包括發泡、攪拌、混泡及成型四個流程。發泡, 即發泡劑與水在發泡機的快速攪動將其混合產生泡徑均質而微小泡沫的過程或者是在壓縮空氣的作用下將泡沫吹出發泡筒的過程。攪拌, 即在水泥攪拌機中將原材料和水拌制均勻的過程。混泡, 即將所制得泡沫和拌制均勻的漿體在水泥攪拌機再拌制的過程。成型, 即將漿體運送到工地使用或者放置模具中進行養護的過程。

混合制泡法的具體步驟是：直接將基料與表面活性劑混合，表面活性劑在料漿混合過程中發揮其作用，隨之出現了泡沫，大量空腔結構的混凝土也逐漸形成。其中，泡沫表面張力可經受住料漿對其產生的壓力，在料漿初凝產生孔隙后，形成的骨架穩定而扎實[26]。

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