土木工程新型材料(泡沫混凝土).doc

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东北大学

研究生考试试卷

评分

考试科目：

土木工程新型材料

课程编号：

阅卷人：

考试日期：

姓名：

邢民

学号：

1401466

注意事项

1．考前研究生将上述项目填写清楚

2．字迹要清楚，保持卷面清洁

3．交卷时请将本试卷和题签一起上交

东北大学研究生院

泡沫混凝土的研究发展和应用

邢民

（东北大学，辽宁沈阳110819）

摘要：

本文对泡沫混凝土进行了整体的分析和生产，并介绍了国内外泡沫混凝土的研究现状。

分析不同物质的加入对泡沫混凝土的性质和机理有不同的影响。

分析泡沫混凝土的发展方向和未来。

同时，针对泡沫混凝土对工程中的不同的应用做了一个简要的分析，通过大屋面保温工程、桥梁主桥与引桥间软连接、公路高路堤段滑塌处治理中、在软基处理分析了泡沫混凝土在工程中的应用空间。

又通过掺入稻壳、纤维和粉煤灰等对泡沫混凝土的影响做了叙述。

关键词：

泡沫混凝土；发泡剂；纤维；粉煤灰

0引言

泡沫混凝土是一种新型节能环保型建筑材料,它具有轻质保温抗震等优点。

在水泥净桨、砂浆以及混凝土等水泥基材料中加入发泡剂产生的泡沫后可以在混凝土内部均匀的形成众多封闭的孔洞这种固相、气相相互交织的特殊结构在减轻了混凝土的重量的同时又保证了其良好的保温隔热性能。

由于泡沫混凝土轻质、保温、环保的特点使得泡沫混土在工程中得到大规模的应用[1]。

顾名思义泡沫混凝土对于发泡剂要求比较高，是能否制成泡沫混凝土的关键。

目前，泡沫混凝土发泡剂主要有4类：

松香树脂类发泡剂（第一代发泡剂）、合成类发泡剂（第二代发泡剂）、蛋白型发泡剂（第三代发泡剂）及复合型发泡剂（第四代发泡剂）[2]。

1研究概况

国内对泡沫混凝土的研究大多集中在通过添加硅粉、粉煤灰和纤维等外加物对泡沫混凝土进行改性方面，特别是纤维增强泡沫混凝土的研究。

泡沫混凝土的主要应用领域是屋面保温、地暖保温和建筑工程回填及岩土工程回填。

随着研究的深入，孔隙结构是泡沫混凝土微观结构中是最重要的部分，一切改善泡沫混凝土孔隙结构的技术措施均可提高泡沫混凝土的性能，而孔隙结构的质量主要取决于泡沫的质量，泡沫的质量归根于发泡剂。

改善其质量有利于提高泡沫混凝土的相关潜在性能。

2泡沫混凝土性能

泡沫混凝土的保温性能良好，其导热系数与传统膨胀珍珠岩相比低20%～60%，与加气混凝土砌块相比低40%～60%，与陶粒混凝土和炉渣混凝土相比低70%以上[3]。

然而，泡沫混凝土与工程中使用量最广泛的聚苯乙烯泡沫塑料板相比，其导热系数仍然偏高，保温效果不及聚苯乙烯泡沫塑料板。

需要进一步降低泡沫混凝土的导热系数以提高其保温性。

众所周知，泡沫是一种易燃材料。

上海胶州路发生的特大火灾震动了全国，导致火灾发生的原因主要是保温材料在选取上的失误，即采用了聚氨酯泡沫，该材料易燃性很强，而且燃烧会制造出一些有毒气体，正是因为如此才使很多市民失去了生命。

而如果将泡沫混凝土选作保温材料使用，由于其具有较低的导热系数，因此防火性能较强。

选择泡沫混凝土这一材料来生产防火型保险柜，如果内部温度和试件干密度呈正比，则意味着较强的耐火隔热性。

关于试件空间测温点处，其温度最大值是135.0~140.5℃，都没有超过160℃，其内部的新闻纸通过耐火隔热试验后依旧可以使用[4]。

这意味着干密度维持在试验要求范围中的泡沫混凝土都可以满足国家标准要求的关于P型防火保险柜在具体耐火隔热性能方面的要求，这是泡沫混凝土新型使用领域的又一次发现。

泡沫混凝土作为一种建筑材料主要用在建筑物的屋面或者是墙体处，节能效益较高。

由于其自身有很多封闭的小孔，不易吸水、收缩以及膨胀，且具有较好的整体性能，这些优势是以往的珍珠岩以及挤塑板不具有的。

泡沫混凝土同时也是一种全无机且耐老化性较强的材料，其使用寿命达到了50-100年，这有效解决了泡沫聚苯板的保温层寿命较短的问题，即大约只有20年，确保其和建筑具有相同的使用寿命[5]。

3泡沫混凝土的应用

泡沫混凝土在大屋面保温工程中的应用。

采用泡沫混凝土能有效减轻结构自重，增加屋面承载力。

同时，泡沫混凝土整体性、耐久性、保温隔热性能良好，施工速度快，劳动力投人少，一次成型，具有良好的经济与社会效益[6]。

泡沫混凝土应用于大屋面保温隔热施工是采用现场整体浇筑将保温层、找坡层、找平层三者合一，施工工序且不存死角。

其施工速度快，自重轻，保温效果良好，造价相对较低。

在屋面工程中的应用取得了良好的经济和效益。

泡沫混凝土在桥梁主桥与引桥间软连接填筑的应用。

一般在主桥与引桥软连接或桥头等过渡段，因地基的承载力不够，填料荷载过大、雨水渗入等原因，产生不均匀沉降，容易造成跳车现象，被称为“桥头跳车”。

桥梁70%的维修费用是花费在桥头跳车的修补上。

传统的处理方法是提高地基的承载力，这不但很难从根本上解决问题，还存在工期过长、造价过高等问题。

填充泡沫混凝土具有密度小、质量轻、强度大于常规回填土、施工速度快、填筑后形成一个整体、抗冲击性能好、无侧向压力、对地基荷载小等优势。

使用泡沫混凝土填筑后，桥台背处于超固结状态，由此减少沉降和不均匀沉降，彻底消除台背路堤填料本身的工后沉降，避免桥头跳车产生的危害，具有明显的技术优势。

泡沫混凝土浇筑后初凝前，具有很好的流动性，填充自密实，可避免常规填料充填不饱满的缺陷，施工性好。

泡沫混凝土具有自立性，可垂直进行浇筑，工期较紧时，每天可垂直填筑0.8m～1.5m；浇筑完成后无需强夯和碾压，可直接铺设路面结构层。

施工速度快，可有效节约桥台背处理工期[7]。

泡沫混凝土在公路高路堤段滑塌处治理中的应用。

杭新景高速公路高路堤路段滑塌是由持续降雨和短时间特大暴雨造成的，大量雨水汇集，且路侧排水沟不畅，致使部分水直接流入路堤，路堤填料及路基土强度急剧下降；此外，坡脚路堤挡土墙的泄水孔排水不及时，增大了侧向土压力；加之路堤较高、自重大，导致该路段路堤发生滑塌，引起交通中断。

为快速恢复交通，确定使用泡沫混凝土对此高路堤进行路基恢复[8]。

泡沫混凝土用于公路高路堤路段滑塌处治可减轻填土自重，减少土体的滑动力矩，提高路堤的抗滑稳定性；施工工期短，可达到尽快通车的要求；收缩坡脚，节约土地资源。

减少填挖工程量及原地形、地貌的破坏，消除工程的安全隐患。

泡沫混凝土在软基处理中的应用。

软土对公路的危害，科研、设计、施工单位经过多年的的努力，已摸索了不少对策，并取得了可喜的成绩：

如塑料排水板、超载预压、真空预压、粉喷桩、低强度等级混凝土桩、预应力管桩、塑料套管桩、碎石桩等，这些处理方法都是从地基处理入手，并取得了一定的成效。

但由于软基地质及力学特性的复杂性，各种处理方法并不能单独胜任，各种各样的路基病害依然存在[9]。

泡沫混凝土作为一类新型的轻质环保型材料，其具有低渗透性、高流动性、轻质性、隔热性佳、耐久性好、强度可调节以及施工简单等显著的特点，这种新型材料的广泛应用大幅度的降低了填土的荷载，降低了软土路基的附加应力，从而很好的解决了软基不均匀沉降的技术难题，提高了软基路堤的稳定性，为今后的软基处理工作提供了一种非常重要的技术手段[10]。

泡沫混凝土以其优越的性能，现在被越来越多人所看中，应用于多种不同的领域。

现在的学者，对于改进泡沫混凝土也进行了苦心的专研，也取得了许多的硕果。

在泡沫混凝土中掺入不同物质，提高混凝土的不同机理和性能，应用不同领域。

掺入稻壳灰的泡沫混凝土。

稻壳灰加入到泡沫混凝土中可以提高混凝土的后期强度，粒径变小后，对后期强度的增加更加明显，但是会降低和易性；改善了泡沫混凝土的孔隙结构，使孔径更加细小，提高了泡沫混凝土的抗渗、抗侵蚀性。

另外大量使用稻壳灰可以使资源循环利用，减小水泥的使用量，保护环境、降低成本[11]。

现阶段稻壳灰泡沫混凝土的研究进展并不理想，研究应加快研究进展。

纤维泡沫混凝土。

纤维泡沫混凝土相比传统的混凝土而言，抗拉强度和韧性显著提高，隔音隔热效果好，抗折抗弯性能好。

纤维泡沫混凝土作为非承重墙体时能起到良好的保温隔热作用，另外，纤维泡沫混凝土良好的韧性和抗变形性能也可以使其更能承受地震和飓风的作用，在飓风和地震频发区适量的采用纤维泡沫混凝土可以减少自然灾害带来的损失[12]。

相比一般泡沫混凝土而言，其应用领域更为广泛，但关于纤维泡沫混凝土的研究还比较少，研究的纤维种类也不多，纤维泡沫混凝土的研究还需要科研工作者的进一步努力。

粉煤灰掺量对泡沫混凝土影响。

泡沫混凝土的干密度随粉煤灰掺量增加而降低，这主要是因为粉煤灰的密度小于水泥的密度，等质量取代时会降低试件的干密度。

因此，可选用部分粉煤灰取代水泥以满足其轻质的特性。

经试验验证，粉煤灰掺量达到30%时，泡沫混凝土的质量吸水率较低，气孔率较低，强度较高，各项力学性能达到最佳。

同时，其孔分布也较为均匀，形状规则[13]。

4总结

泡沫混凝土作为一种新型的土木工程材料，凭借着它轻质、保温隔热、环保、抗震等一系列多种优良的特点，在不同的领域起着很大的作用。

泡沫混凝土属轻质材料，填充后对地基荷载小，大幅降低地基处理强度，节约处理工期。

泡沫混凝土浇筑后初凝前，具有很好的流动性，填充自密实，可避免常规填料充填不饱满的缺陷，施工性好。

泡沫混凝土具有自立性，可垂直进行浇筑。

在大屋面保温工程、桥梁主桥与引桥间软连接、公路高路堤段滑塌处治理中、在软基处理中应用广泛。

根据对泡沫混凝土的逐步研究，提出一些改性的泡沫混凝土。

掺入稻壳灰的泡沫混凝土、加入纤维的泡沫混凝土、掺入粉煤灰的泡沫混凝土等等。

都对泡沫混凝土在不同的性质和功能上进行提高和改变，完善泡沫混凝土的使用功能。

参考文献：

[1]仓定仲,仓定稳.泡沫混凝土研究现状[J].科技经济市场.2014

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[5]魏文慧.泡沫混凝土的分析与应用[J].混凝土,2013

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[6]何显文,赖泳,袁君.泡沫混凝土在大屋面保温工程中的应用[J].城市住宅.2014.7:

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[7]李玉商.泡沫混凝土在桥梁主桥与引桥间软连接填筑的应用[J].试验研究.2013（45）:

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[8]吴颖峰,夏国权.泡沫混凝土在公路高路堤段滑塌处治中的应用[J].铁道建筑.2013（11）:

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[9]杜素云,刘启顺,操龙玉等.泡沫混凝土在绍兴软基地段路基工程中的应用[J].混凝土.2013（4）:

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[10]陈晓.泡沫混凝土在软基处理中的应用[J].科技创新与应用.2013（28）:

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[11]杨康,王德玲,喻成成等.掺入稻壳灰的泡沫混凝土及其发展分析[J].四川建材.2014.40（3）:

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[12]程顺义.纤维泡沫混凝土的研究现状[J].混凝土与水泥制品.2013（6）:

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[13]万碧莲.粉煤灰掺量对泡沫混凝土性能的试验研究[J].材料研究与应用.2014（8）:

11-13.