国外泡沫混凝土生产与应用管窥
混凝土 李国强 2009-11-11
【摘要】泡沫混凝土的特性，其制品的生产工艺、技术装备、材料检测及应用。
【关键词】CLC；国外泡沫混凝土及其制品；材料特性；生产工艺；产品应用
1 关于泡沫混凝土
泡沫混凝土在欧洲和日本等地被称做轻质蜂窝混凝土，即Cellular Lightweight Concrete(以下称CLC), 是把采用物理方法制成的泡沫，与由砂或其他同质材料、水泥和水制成的拌和浆料经过均匀搅拌而形成的一种流体性建筑材料。将本材料进行模箱浇注成型，再经过常温养护和后期切割加工，便可制成多种规格的建筑材料制品。
在欧洲等地, CLC在原材料取材、生产工艺技术、制品体现的物理特性、应用领域以及生产设备投入及其运行维护成本等，与传统建筑材料相比，都具有显著的差异和优势：CLC制品生产工艺简便，原材料取材广泛且不必深加工，不必高温高压蒸养，规格多样，容重、强度等质量指标任意可调，质轻、抗压和抗折强度高、吸水率低、收缩率低、保温隔热降噪阻燃性能好、抗冻融性能好，可流动（现场）生产，砌筑施工方便。
CLC的主要原材料是砂子、水泥、水和少量添加剂，无须或微量使用石灰、石膏等；也可使用部分工业废弃物如粉煤灰、炉渣、矿渣等。砂子为普通（水洗）砂，粒径根据产品容重的不同分别为0.05~4mm。生产填充材料时，一般为2mm以内，不必经过磨细；水泥为普通硅酸盐水泥。
CLC制品从规格上分板材、砌块和非标制品三大系列，其中的板材可以加入钢筋或纤维物质以提高抗压强度和抗折弯强度。每个系列产品又有多种规格尺寸。当然，还可根据市场和用户需要生产非标产品；另外，还可在施工场地随时加工成所需要的尺寸和形状。
CLC制品的吸水率低，抗冻融指标高，隔热隔音效果好，防火等级高，强度指标最大可达20兆帕以上，容重范围一般在100-1600公斤/立方米之间；既可以用做承重材料，又可做填充材料；既可以用于内墙隔断，也可用于外墙砌筑；还可以作为屋顶和屋面材料。
CLC属节能降耗的环境友好型建材：在生产环节中，它具有免除高温高压蒸养和钢筋防锈处理，一次浇注成型，节约生产性资源（如原材料、煤、电等）等特点；在建筑应用中又有节省砌筑沙浆，免除内外墙外挂灰膏，节约砌筑时间，省去附加保温材料（如聚苯板、矿棉等），并可锯、切、刨、钻、钉、粘等优点；在居住使用中，由于CLC特有的保温隔热性能，它能达到65%以上的建筑节能效果，大量节约煤、电资源，方便生活。
2．国外泡沫混凝土及其制品的生产
如上所述，CLC采用水泥、砂和发泡剂为主要原材料，同时还可以加入一定量的粉煤灰、尾矿粉等工业废弃物，经过配比、计量、搅拌混合而成。在欧洲及其他海外国家,大多CLC及其制品的生产厂家采用两个相连的但又可以相对独立的工艺阶段生产CLC及其制品。
由德国利玛有限公司设计和制造的典型CLC制品生产的工艺路线和生产线布局是：
确定物料的物理成分和CLC及制品性能指标→ 选择相应材料配合比→ 原材料配比与计量→ 混合搅拌→ CLC材料成品装罐或注模→ 产品养护→产品脱模和静停→上线切割加工→制品码垛包装→堆场存放、出厂。
图1 典型CLC制品生产的工艺路线和生产线图
由上图可见，经过材料成分测试和确认的砂、水泥和水等原材料,经过精确计量进入搅拌工序均匀拌和并生成工艺要求的混凝土材料；同时专门的泡沫制备机械按照一定的配比将发泡剂稀释并生成符合工艺要求的泡沫；接下来，混凝土材料再和泡沫经过机械加工，便成为符合工艺要求的泡沫混凝土了。
泡沫混凝土按照用途可以分为流体材料和固体材料；流体材料可以直接装罐使用，而固体材料则需要注模、硬化、切割等后续加工。在欧州和亚洲有许多国家投入使用的德国利玛有限公司设计制造的典型后续加工生产线可如下图所示：
图2 德国利玛有限公司设计制造的典型后续加工生产线图
由图2可见，硬化后的CLC材料经过在线加工：立面铣削处理、纵向切割、横向切割、码垛等若干工艺阶段，便成为符合工程需要的固体建筑材料制品，如条板、砌块等。
设在苏黎世的瑞士联邦材料测试实验中心曾经对特定配方下CLC的技术性能做了检测和实证分析，这里我们仅介绍几个比较重要的测试结果及其分析图表：
图3 CLC条板的抗折弯测试结果图
以上横坐标表示天数，纵坐标表示综合强度，右侧数字代表容重。该测试的结果表明：
● 条板的纤细度不能低于1/20；
● 完全承重下的偏离应该少于整个跨度的1/350。
● l条板应该加筋，钢筋应力为1600公斤/厘米
● 条板裂纹可控制在0.15mm以内。
图4 抗压强度测试结果
横坐标代表CLC材料的容重，纵坐标代表相应的抗压强度指标（牛顿/平方毫米）。浅颜色的线代表CLC材料，深颜色的线代表普通水泥材料。
图5 吸水指标的比较分析
横坐标从左向右依次代表CLC材料、灰沙砖、普通混凝土材料和黏土砖；纵坐标代表吸水率）。我们以黏土砖的吸水率为100%推算出其他种材料的比值：CLC材料（900公斤容重）为14%；灰沙砖为37%，普通混凝土材料为56%。
图6 热传导指标测试分析
横坐标代表CLC材料的容重，纵坐标代表热传导值（瓦/米.卡）。浅颜色的线代表CLC材料，深颜色的线代表普通水泥材料。
这里有必要强调：检测结果只是参考性和示意性的；以上数据或图解并不代表CLC作为建筑材料的全部质量指标体系；每一种原材料的具体特性、它们的配比（包括计量精度）以及机械拌和质量，才是最终决定CLC质量指标的主要因素。而这恰恰体现了CLC及其制品的主要特色和优势，因为每个CLC的生产商都可能根据工程的实际需要，通过变化原材料品种以及配比，通过优化工艺和设备，达到不同的质量指标。
3．国外泡沫混凝土的应用
作为一种在密实度和强度等指标方面有着大跨度范围特点的混凝土材料，CLC制品在欧洲以及日本、东南亚等地区，有着广阔的应用领域和市场空间。
房屋建筑是CLC的主要应用领域。在欧洲和日本，大多数建筑工程施工单位都采用低密度、低强度、低导热、高防火等级的CLC制品作为建筑内外墙体以及屋顶屋面材料。
（1）应用于复合墙体的建筑结构：这时，CLC被制成600×400×(50~200)mm板块，配合其他作为主墙体的材料，如多孔混凝土制品（AAC条板或砌块）或黏土空心砖、灰砂砖等，最终形成复合保温墙体。例如，德国塞拉集团下属某工厂生产的低密度、低强度、低导热的板材，采用德国标准板材规格，密度120kg/m3，强度0.35MPa，导热系数0.045W/(m?K),吸水率低于0.6%。这种材料被广泛地应用于：
● 屋顶保温层：采用同质泡沫混凝土浆加黏合剂，将本材料直接砌贴在屋顶，然后进行表面处理和涂装；
● 屋面保温层：做好承重层后，同样采用同质泡沫混凝土浆加黏合剂，将本材料直接砌码在屋面，然后再做防水处理和表面装饰性施工；
● 内外墙保温墙面：主墙体完工后，将CLC条板内贴或外挂于内墙或外墙墙面，再进行墙面表层处理。
值得注意的是，目前在德国等欧洲主要国家，大都采用外挂方式使用CLC制品，从而达到墙体保温隔热的功效；而在日本等国家，大多数建筑采用内挂方式，即把CLC做成与墙体等高的条板，在现场直接砌贴在内墙面，达到同样的效果。
（2）应用于单一墙体的建筑结构，这在德国、日本等国家是一个逐渐流行的趋势。CLC或作为框架填充墙体材料，适合于高层建筑；或作为主墙体砌筑材料，适合于厂房和民居等矮层建筑。德国利玛有限公司设计、生产的年产30万平方米墙体预制生产线，将CLC（或其他多孔混凝土）条板或砌块在生产车间进行自动裁剪、拼装和窗口、门口预留加工，形成符合建筑施工图纸要求的单面墙体，然后再将这些墙体运到施工现场进行房屋的拼装建造与内外装饰施工。下图就是德国南部上施瓦本地区一个民用建筑工地的建设场景：
图7 德国南部上施瓦本地区一个民用建筑工地的建设安装图
（3）应用于单一墙体砌筑的建筑施工，这在泰国等东南亚国家逐步成为建筑施工的主流-单块和单板砌筑作为内墙和外墙的唯一砌筑材料，制品在施工现场由人工操作，砌筑成墙体。下图是曼谷市郊一别墅建筑的内外墙体，所用材料为CLC砌块，规格为600×200×75mm。
图8 CLC砌块作为别墅建筑的内外墙体图
（4）其他应用领域，如：
● 孔穴填充：由于CLC有良好的流体特性和较低的剪切力，它被广泛地用做管道、箱体、井穴、矿井及其他中空物体内的价格低廉的填充材料。
● 砌体或墙体现浇：建筑物（生产设施、仓储设施等）施工时，可以采用钢木结构模板浇注CLC作为填充材料的建筑构造，这种方法可以应用于墙体成型前或其后。
● 室内地面保温隔音层现浇：尤其适合地面采暖的楼宇，将CLC直接浇注于地面，再铺设供暖系统和保护层，既可阻止热能的向下传播，又可达到楼层间的隔音功效。
道路施工：在道路建设中，CLC可以用做代替或辅助石子的路基。这尤其适用于软路基上的施工。
参考文献
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
【作者简介】：李国强，男，1963年11月生，讲师职称，德国利玛有限公司天津代表处负责人。
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