國外泡沫混凝土生產(chǎn)與應用管窺

【摘要】泡沫混凝土的特性，其制品的生產(chǎn)工藝、技術裝備、材料檢測及應用。

【關鍵詞】CLC；國外泡沫混凝土及其制品；材料特性；生產(chǎn)工藝；產(chǎn)品應用

1 關于泡沫混凝土

泡沫混凝土在歐洲和日本等地被稱做輕質蜂窩混凝土，即Cellular Lightweight Concrete(以下稱CLC), 是把采用物理方法制成的泡沫，與由砂或其他同質材料、水泥和水制成的拌和漿料經(jīng)過均勻攪拌而形成的一種流體性建筑材料。將本材料進行模箱澆注成型，再經(jīng)過常溫養(yǎng)護和后期切割加工，便可制成多種規(guī)格的建筑材料制品。

在歐洲等地, CLC在原材料取材、生產(chǎn)工藝技術、制品體現(xiàn)的物理特性、應用領域以及生產(chǎn)設備投入及其運行維護成本等，與傳統(tǒng)建筑材料相比，都具有顯著的差異和優(yōu)勢：CLC制品生產(chǎn)工藝簡便，原材料取材廣泛且不必深加工，不必高溫高壓蒸養(yǎng)，規(guī)格多樣，容重、強度等質量指標任意可調(diào)，質輕、抗壓和抗折強度高、吸水率低、收縮率低、保溫隔熱降噪阻燃性能好、抗凍融性能好，可流動生產(chǎn)，砌筑施工方便。

CLC的主要原材料是砂子、水泥、水和少量添加劑，無須或微量使用石灰、石膏等；也可使用部分工業(yè)廢棄物如粉煤灰、爐渣、礦渣等。砂子為普通砂，粒徑根據(jù)產(chǎn)品容重的不同分別為0.05~4mm。生產(chǎn)填充材料時，一般為2mm以內(nèi)，不必經(jīng)過磨細；水泥為普通硅酸鹽水泥。

CLC制品從規(guī)格上分板材、砌塊和非標制品三大系列，其中的板材可以加入鋼筋或纖維物質以提高抗壓強度和抗折彎強度。每個系列產(chǎn)品又有多種規(guī)格尺寸。當然，還可根據(jù)市場和用戶需要生產(chǎn)非標產(chǎn)品；另外，還可在施工場地隨時加工成所需要的尺寸和形狀。

CLC制品的吸水率低，抗凍融指標高，隔熱隔音效果好，防火等級高，強度指標最大可達20兆帕以上，容重范圍一般在100-1600公斤/立方米之間；既可以用做承重材料，又可做填充材料；既可以用于內(nèi)墻隔斷，也可用于外墻砌筑；還可以作為屋頂和屋面材料。

CLC屬節(jié)能降耗的環(huán)境友好型建材：在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，它具有免除高溫高壓蒸養(yǎng)和鋼筋防銹處理，一次澆注成型，節(jié)約生產(chǎn)性資源等特點；在建筑應用中又有節(jié)省砌筑沙漿，免除內(nèi)外墻外掛灰膏，節(jié)約砌筑時間，省去附加保溫材料，并可鋸、切、刨、鉆、釘、粘等優(yōu)點；在居住使用中，由于CLC特有的保溫隔熱性能，它能達到65%以上的建筑節(jié)能效果，大量節(jié)約煤、電資源，方便生活。

2．國外泡沫混凝土及其制品的生產(chǎn)

如上所述，CLC采用水泥、砂和發(fā)泡劑為主要原材料，同時還可以加入一定量的粉煤灰、尾礦粉等工業(yè)廢棄物，經(jīng)過配比、計量、攪拌混合而成。在歐洲及其他海外國家,大多CLC及其制品的生產(chǎn)廠家采用兩個相連的但又可以相對獨立的工藝階段生產(chǎn)CLC及其制品。

由德國利瑪有限公司設計和制造的典型CLC制品生產(chǎn)的工藝路線和生產(chǎn)線布局是：

確定物料的物理成分和CLC及制品性能指標→ 選擇相應材料配合比→ 原材料配比與計量→ 混合攪拌→ CLC材料成品裝罐或注模→ 產(chǎn)品養(yǎng)護→產(chǎn)品脫模和靜停→上線切割加工→制品碼垛包裝→堆場存放、出廠。

圖1 典型CLC制品生產(chǎn)的工藝路線和生產(chǎn)線圖

由上圖可見，經(jīng)過材料成分測試和確認的砂、水泥和水等原材料,經(jīng)過精確計量進入攪拌工序均勻拌和并生成工藝要求的混凝土材料；同時專門的泡沫制備機械按照一定的配比將發(fā)泡劑稀釋并生成符合工藝要求的泡沫；接下來，混凝土材料再和泡沫經(jīng)過機械加工，便成為符合工藝要求的泡沫混凝土了。

泡沫混凝土按照用途可以分為流體材料和固體材料；流體材料可以直接裝罐使用，而固體材料則需要注模、硬化、切割等后續(xù)加工。在歐州和亞洲有許多國家投入使用的德國利瑪有限公司設計制造的典型后續(xù)加工生產(chǎn)線可如下圖所示：

圖2 德國利瑪有限公司設計制造的典型后續(xù)加工生產(chǎn)線圖

由圖2可見，硬化后的CLC材料經(jīng)過在線加工：立面銑削處理、縱向切割、橫向切割、碼垛等若干工藝階段，便成為符合工程需要的固體建筑材料制品，如條板、砌塊等。

設在蘇黎世的瑞士聯(lián)邦材料測試實驗中心曾經(jīng)對特定配方下CLC的技術性能做了檢測和實證分析，這里我們僅介紹幾個比較重要的測試結果及其分析圖表：

圖3 CLC條板的抗折彎測試結果圖

以上橫坐標表示天數(shù)，縱坐標表示綜合強度，右側數(shù)字代表容重。該測試的結果表明：

● 條板的纖細度不能低于1/20；

● 完全承重下的偏離應該少于整個跨度的1/350。

● l條板應該加筋，鋼筋應力為1600公斤/厘米

● 條板裂紋可控制在0.15mm以內(nèi)。

圖4 抗壓強度測試結果

橫坐標代表CLC材料的容重，縱坐標代表相應的抗壓強度指標。淺顏色的線代表CLC材料，深顏色的線代表普通水泥材料。

圖5 吸水指標的比較分析

橫坐標從左向右依次代表CLC材料、灰沙磚、普通混凝土材料和黏土磚；縱坐標代表吸水率）。我們以黏土磚的吸水率為100%推算出其他種材料的比值：CLC材料為14%；灰沙磚為37%，普通混凝土材料為56%。

圖6 熱傳導指標測試分析

橫坐標代表CLC材料的容重，縱坐標代表熱傳導值。淺顏色的線代表CLC材料，深顏色的線代表普通水泥材料。

這里有必要強調(diào)：檢測結果只是參考性和示意性的；以上數(shù)據(jù)或圖解并不代表CLC作為建筑材料的全部質量指標體系；每一種原材料的具體特性、它們的配比以及機械拌和質量，才是最終決定CLC質量指標的主要因素。而這恰恰體現(xiàn)了CLC及其制品的主要特色和優(yōu)勢，因為每個CLC的生產(chǎn)商都可能根據(jù)工程的實際需要，通過變化原材料品種以及配比，通過優(yōu)化工藝和設備，達到不同的質量指標。

3．國外泡沫混凝土的應用

作為一種在密實度和強度等指標方面有著大跨度范圍特點的混凝土材料，CLC制品在歐洲以及日本、東南亞等地區(qū)，有著廣闊的應用領域和市場空間。

房屋建筑是CLC的主要應用領域。在歐洲和日本，大多數(shù)建筑工程施工單位都采用低密度、低強度、低導熱、高防火等級的CLC制品作為建筑內(nèi)外墻體以及屋頂屋面材料。

應用于復合墻體的建筑結構：這時，CLC被制成600×400×(50~200)mm板塊，配合其他作為主墻體的材料，如多孔混凝土制品或黏土空心磚、灰砂磚等，最終形成復合保溫墻體。例如，德國塞拉集團下屬某工廠生產(chǎn)的低密度、低強度、低導熱的板材，采用德國標準板材規(guī)格，密度120kg/m3，強度0.35MPa，導熱系數(shù)0.045W/(m?K),吸水率低于0.6%。這種材料被廣泛地應用于：

● 屋頂保溫層：采用同質泡沫混凝土漿加黏合劑，將本材料直接砌貼在屋頂，然后進行表面處理和涂裝；

● 屋面保溫層：做好承重層后，同樣采用同質泡沫混凝土漿加黏合劑，將本材料直接砌碼在屋面，然后再做防水處理和表面裝飾性施工；

● 內(nèi)外墻保溫墻面：主墻體完工后，將CLC條板內(nèi)貼或外掛于內(nèi)墻或外墻墻面，再進行墻面表層處理。

值得注意的是，目前在德國等歐洲主要國家，大都采用外掛方式使用CLC制品，從而達到墻體保溫隔熱的功效；而在日本等國家，大多數(shù)建筑采用內(nèi)掛方式，即把CLC做成與墻體等高的條板，在現(xiàn)場直接砌貼在內(nèi)墻面，達到同樣的效果。

應用于單一墻體的建筑結構，這在德國、日本等國家是一個逐漸流行的趨勢。CLC或作為框架填充墻體材料，適合于高層建筑；或作為主墻體砌筑材料，適合于廠房和民居等矮層建筑。德國利瑪有限公司設計、生產(chǎn)的年產(chǎn)30萬平方米墻體預制生產(chǎn)線，將CLC條板或砌塊在生產(chǎn)車間進行自動裁剪、拼裝和窗口、門口預留加工，形成符合建筑施工圖紙要求的單面墻體，然后再將這些墻體運到施工現(xiàn)場進行房屋的拼裝建造與內(nèi)外裝飾施工。下圖就是德國南部上施瓦本地區(qū)一個民用建筑工地的建設場景：

圖7 德國南部上施瓦本地區(qū)一個民用建筑工地的建設安裝圖

應用于單一墻體砌筑的建筑施工，這在泰國等東南亞國家逐步成為建筑施工的主流-單塊和單板砌筑作為內(nèi)墻和外墻的唯一砌筑材料，制品在施工現(xiàn)場由人工操作，砌筑成墻體。下圖是曼谷市郊一別墅建筑的內(nèi)外墻體，所用材料為CLC砌塊，規(guī)格為600×200×75mm。

圖8 CLC砌塊作為別墅建筑的內(nèi)外墻體圖

其他應用領域，如：

● 孔穴填充：由于CLC有良好的流體特性和較低的剪切力，它被廣泛地用做管道、箱體、井穴、礦井及其他中空物體內(nèi)的價格低廉的填充材料。

● 砌體或墻體現(xiàn)澆：建筑物施工時，可以采用鋼木結構模板澆注CLC作為填充材料的建筑構造，這種方法可以應用于墻體成型前或其后。

● 室內(nèi)地面保溫隔音層現(xiàn)澆：尤其適合地面采暖的樓宇，將CLC直接澆注于地面，再鋪設供暖系統(tǒng)和保護層，既可阻止熱能的向下傳播，又可達到樓層間的隔音功效。

道路施工：在道路建設中，CLC可以用做代替或輔助石子的路基。這尤其適用于軟路基上的施工。

參考文獻

1．Properties of Concrete, by A.M.Neville, Longman Group Ltd. England, 1995

2．Ein Beitrag zum zeitabhaengigen Verhalten von hochfenstem Beton und hochfenstem Moertel, by A.Pesch, Dissertation, Darmstadt, 1997

【作者簡介】：李國強，男，1963年11月生，講師職稱，德國利瑪有限公司天津代表處負責人。