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发泡水泥及泡沫混凝土的概念与区别
发布日期:2018-7-24 10:07:33 点击数:124新闻来源:
1.1 发泡水泥及泡沫混凝土现浇的概念
1.1.1 发泡水泥及泡沫混凝土的概念与区别
要了解什么是水泥现浇,首先要弄清发泡水泥概念以及它与泡沫混凝土的区别。目前,人们对这两个概念的认识比较模糊和混乱。因为,在国内外学术期刊及已出版的著作中,只有泡沫混凝土而没有发泡水泥,但在我国的地暖及屋面发泡水泥现浇行业,则又普遍使用发泡水泥这个概念,而不使用泡沫混凝土。这就造成许多人的迷惑,对这种使用水泥发泡的材料,到底怎么称呼?它是发泡水泥还是泡沫混凝土?在一次发泡水泥的全国性会议发言时,不少人提出这样的问题:发泡水泥还是泡沫混凝土究竟是不是相同的材料?平常可以听到,对同一种的材料有的人称为发泡水泥,有的人又称之为泡沫混凝土。这两个概念和称谓由于没有一个明确的说法,使行业人士感到无所适从和困惑。截至目前为止,对发泡水泥及泡沫混凝土这两种材料及其概念,还没有一个专家学者对其进行正式的定义和阐释。这是因为这两种材料近几年发展的太快,人们还没有来得及进行其学术上的讨论。但目前的现状已不许等待。因此,我们很有必要弄清这两个概念并搞明白其区别。
(1)、发泡水泥的概念
发泡水泥是以水泥为主要原材料,有时辅助少量粉煤灰或其它活性掺合料,采用发泡机和发泡剂物理发泡,并将发出的泡沫与水泥浆混合制成泡沫水泥浆,然后浇注、养护而形成的多孔轻质材料。它的主要技术特征有以下几个方面:
①基本以水泥为主,不使用各种骨料;
②工艺上采用物理发泡,以发泡机作为核心设备而不采用化学发泡;
③形成的材料多孔轻质,且以闭孔为主,因而具有低导热保温隔热性、轻质性、吸音隔音性、低吸水性等优异性能;
④除少数制品外,基本以自然养护为主,大多不采用蒸压养护或蒸汽养护;
(2)、泡沫混凝土的概念
泡沫混凝土的英文名称为“Foam concrete”。中国对泡沫混凝土的概念,在许多已经出版的混凝土著作中,均将泡沫混凝土定义为,用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫,再将泡沫加入含硅质材料(砂、粉煤灰等),钙质材料(石灰、水泥等)、水及其它附加剂组成的料浆中,并经混合、搅拌、浇注成型、蒸汽养护或蒸压养护而成的一种新型多孔轻质材料。这里,他们定义的两个突出特点,是将材料限定在硅质材料和钙质材料,将工艺限定为蒸压或蒸养。他们只所以如此界定,是因为当时的泡沫混凝土均是采用硅质与钙质材料,经蒸压或蒸养而成。
近几年,泡沫混凝土技术因建筑节能的刺激突飞猛进,获得了空前的突破和发展,上述传统概念已不适用于目前的技术状况。因为目前的泡沫混凝土已不再只是限定于硅质、钙质材料的范围内,发泡菱镁、发泡铝酸盐材料等非硅钙发泡材料已经生产应用,其养护工艺也不再是蒸压或蒸养,自然养护的更普遍。
因此,重新定义泡沫混凝土是十分必要也十分急迫。作者认为,目前的泡沫混凝土的概念应该是:由胶结材料(无机的、有机的或有机无机复合的)、颗粒状集料(砂子、粉煤灰等)、外加剂、矿物掺合料等组成的合理组份的混和物,加入水制成混凝土拌合物,然后加入由发泡剂水溶液经发泡机制备的泡沫,混合而成泡沫混凝土浆体,浇注成型后,再经自然养护或蒸压、蒸汽养护而成的多孔轻质混凝土,即为泡沫混凝土。
任何技术都不会停止在一个水平上,一种材料的概念与定义,往往随着技术的发展而不断变化,这才是科学的。今天作者给泡沫混凝土所作的定义,或许在将来也会有不适用的一天,届时将会有更加切合当时技术状况的定义和概念。
(3)、发泡水泥与泡沫混凝土的相同点与不同点
发泡水泥与泡沫混凝土这两种材料,既十分相似,又有一定的区别。从广义的角度讲,二者均可以相互包括,视为同一种材料。但从狭义的角度讲,二者又不能相互取代,也可以视为不是同一种材料。作者认为,狭义的概念更准确一些。下面分析一下二者的相同点和不同点。
①相同点
a.生产方法及生产设备基本相同
二者均是以机械方法(发泡机)将发泡剂水溶液制备成泡沫,再将泡沫混入胶结料浆体制成泡沫混凝土浆体,然后浇注成型和养护,其基本设备大都相同,生产工艺也基本相似或相同,这是人们容易将二者混淆的最主要的原因。
b.所使用的发泡剂基本一样
不论是发泡水泥还是泡沫混凝土,所采用的发泡剂均为动物蛋白、植物蛋白、合成表面活性物质、松香皂、石油磺酸铝等,是没有差别的。
c.所使用的材料结构和性能大致相同。
二者均是多孔结构,外观大致相同,其保温隔热性、轻质性等也基本一样。这也是人们容易将二者区分不开的一个主要原因。
②不同点
a.使用不使用颗粒状集料的差别
发泡水泥一般不使用颗粒状集料如砂子、碎石、粉煤灰等,而泡沫混凝土则要使用砂子或粉煤灰、碎石等颗粒状集料。所谓混凝土,就是胶结材料与颗粒状集料拌合后,经养护而硬化成的人造石材料。而发泡水泥目前则大多不使用集料,像现在的地暖发泡水泥隔热层、屋面发泡水泥隔热层,都不使用集料,因而发泡水泥显然不属于混凝土。
b.胶结材料使用范围的区别
混凝土所用胶结材料包括两大类:有机类和无机类。无机类包括水泥(含镁水泥)、石灰、石膏、粘土等,有机类包括各种树脂、沥青等。例如聚合物混凝土就是以树脂拌合砂石等集料硬化而形成的,沥青混凝土是以沥青拌合沙石硬化而形成的。聚合物混凝土经发泡也可制成泡沫混凝土。显然,它们不是发泡水泥,用发泡水泥这个概念是无法涵盖它们的。
c.生产设备的一些区别
发泡水泥大多采用水泥净浆或多少加入一些粉煤灰及其它粉状掺合料,因此,它的制浆、混浆、泵送等设备不考虑对砂石集料的适应性。目前的发泡水泥设备如搅拌机、混泡机、输送泵等,均不能适应砂石等集料,而生产混凝土的设备可以生产泡沫混凝土,却不能生产发泡水泥。例如,我们设计的SB-A系列泡沫混凝土搅拌机,叶片与搅拌筒壁的间距大于50mm,以利砂石通过而不卡叶片,且搅拌筒安装耐磨衬板,而我们生产的SB-B系列发泡水泥搅拌机,由于无砂石,水泥净浆流动性好且对筒壁磨损小,我们就不装耐磨衬板,叶片离筒壁的间隙只有几个毫米。
d.材料性能上的一些区别
发泡水泥由于无砂石等集料,浇注后无下沉之虞,浇注稳定性好,可以生产400kg/m3以下低密度材料,而泡沫混凝土则很难实现。泡沫混凝土的密度一般大于400kg/m3,它的保温隔热性能显然不如发泡水泥。但由于泡沫混凝土有集料作骨料,强化了支撑力,它的强度一般比发泡水泥更好。发泡水泥一般不宜生产承重制品或现浇,而泡沫混凝土则不但可用于生产承重砖等高强制品,还可以用于高强度的现浇工程,既减轻了结构的重量荷载,又有一定的保温隔热作用。因此,它们在应用上也会有一定的差别,有时还可以互补。
经过作者的上述分析,我们可以得出以下结论:发泡水泥与泡沫混凝土,是不同概念的两种相似无机发泡材料,它们的生产方法、孔结构、性能有一定的相似,但其原材料、产品性能、生产设备和工艺,也有一定的差别。因此,我们不能混为一谈,把发泡水泥也说成是泡沫混凝土,把泡沫混凝土也误认为是发泡水泥。只有把二者定义出不同的概念,才有利于其生产和应用。
1.1.2 发泡水泥与泡沫混凝土现浇的概念、优点及应用
(1)、概念
现浇是发泡水泥与泡沫混凝土应用的两大领域之一。现浇与制品共同形成了发泡水泥与泡沫混凝土应用体系。
发泡水泥现浇与泡沫混凝土现浇的生产,包括基本原理、生产设备、生产工艺基本相似。它们均是先将发泡剂水溶液用机械方法制成泡沫,再混入水泥浆体(发泡水泥)或混凝土浆体(泡沫混凝土),形成泡沫浆体,再采用各种浇注方法(泵送、斗式提升、浇注车、手推车、吊罐等),在工程现场进行直接浇注施工,浇注体采用自然养护,硬化后形成多孔轻质的发泡水泥材料或泡沫混凝土材料。
发泡水泥或泡沫混凝土现浇与制品生产,二者的主要区别是浇注方法和浇注对象不同,其余均是大体相似的。现浇是将发泡浆体浇注在现场的工作面上,而制品大多是浇注到模具里。现浇由于许多工程(如高层建筑)高度较大或距离较远,因此要求浇注设备应具有高层泵送或远距离泵送能力,而制品生产则对此则没有过高的要求。
(2)、优点
现浇是发泡水泥或泡沫混凝土一个很大的优势。加气混凝土与泡沫混凝土(或发泡水泥)二者的孔结构及性能相似,但加气混凝土由于不能现浇,应用就受到很大的局限。而发泡水泥与泡沫混凝土由于不能可生产制品,且可以现场浇注施工,就大大扩展了应用范围,且降低了成本、提高了效率,比加气混凝土多了不少的优点,因而更受欢迎。正是因为这个优势,发泡水泥与泡沫混凝土才能以超乎寻常的高速发展,在与加气混凝土的市场竞争中显示勃勃的生命力。具体讲,现浇的优点如下:
①提高工效,缩短工期,节省人员
现浇的速度极快,以地暖发泡水泥保温层或屋面隔热层为例,5个工人操作一台现浇一体机,每班可浇注5000m2,年可施工150万m2。若这5个人生产同等用途的保温砖(发泡),再运到现场铺设,每班平均最多500m2,只相当于现浇的十分之一。快捷高速显然是它突出的优势。
②不需车间,不需模具,不要大型流水线
若生产发泡制品,车间、模具、生产线、养护窑等投资是相当大的,而现浇则什么都省了,一台移动式一体机就可以了,哪里需要就拖挂到那里,十分方便,投资很低,一般人都可以生产。这个优点便于泡沫混凝土和发泡水泥的普及。
③制品无法应用的领域它可以应用,应用更广
制品的应用受局限,象补偿地基、基础浇注、地下回填、垃圾场覆盖、跑道垫层等大量的工程应用,都是无法应用制品的。而现浇施工,几乎制品能应用的领域都可应用,而现浇能应用的上述各种领域,制品却不能应用。因此,现浇与制品相比,市场更大、应用范围更广。
④造价低,经济性好
由于上述几个原因,使现浇的造价远低于制品,一般可降低造价30%~40%,具有明显的经济效益。
⑤无接缝,整体保温隔热效果好
若采用制品,安装后有接缝,容易形成冷桥和热桥,影响保温隔热效果。但若采用现浇,则是整体无接缝,有利于保温隔热。
(3)、应用范围
发泡水泥与泡沫混凝土现浇的应用十分广泛,且新的应用仍在开发之中,十年或几十年之后,它的应用范围比现在要更为广泛。现仅就已经在国内外应用的一些领域介绍于下。
①建筑保温隔热应用
这方面的主要应用为:屋面发泡水泥或泡沫混凝土隔热屋或保温层、地暖发泡水泥保温层、外墙墙面现浇保温层或喷涂保温层、现浇保温墙体等。
②建筑或工程降密减荷应用
这些应用如:建筑梁柱芯层发泡现浇、地下工程顶盖的发泡现浇、建筑顶盖发泡混凝土现浇等。
③建筑工程其它应用
这方面的应用刚刚开始,但前景看好,已应用的有:补偿地基、防冻浇注层、防水抗渗泡沫水泥层、吸音隔音层等。
④特殊功效方面的应用
这方面的应用在将来会更多,已应用的如:油田低密度防漏失固井发泡水泥浇注、垃圾场覆盖、护坡泡沫混凝土透气植草覆盖、废矿井回填、地下工程回填、江河湖海防浪堤回填、地铁回填、隧道回填、矿井防瓦斯墙体浇注等。
⑤园林及装饰方面的应用
这方面的应用如:大型浇注发泡假山石或假山、仿浮石装饰材料、轻质仿木建筑、饰面彩色发泡层等。
1.2 发泡水泥与泡沫混凝土技术发展概况及前瞻
1.1.1 技术现状
发泡水泥与泡沫混凝土现浇的应用起源于北欧及俄罗斯等冬季酷寒的地区。那里的人们为了使建筑在严冬抵御酷寒,增加建筑的保温性,便在屋顶浇注厚厚的发泡水泥层,如同给建筑穿上棉大衣。早在上世纪30年代,这种发泡水泥屋面便在俄罗斯、芬兰、瑞典等国开始应用,如今更加兴盛。在这些国家,如今发泡水泥现浇设备十分先进,一套大型移动浇注机价格高达700多万元,全自动控制,全部设备均安装在底盘上,包括水泥筒库和全自动配料系统。目前,在我国还没有如此先进的设备。图1-1为该设备外观。
我国的发泡水泥现浇应用起始于上世纪50年代初期。当时,前苏联帮助我国建设,在一部分建筑中应用了发泡水泥屋顶浇注。如齐齐哈尔车辆厂厂房的屋顶、河南驻马店确山解放军某部的营房,均是采用前苏联技术,用发泡水泥现浇而成的。至今,河南确山的营房部分屋顶仍十分完好,仍在使用,经50多年而保温依旧。遗憾的是,前苏联的这种技术由于苏方的技术控制和中方的重视不够,再加上不久中苏关系恶化,使之没有在我国广泛推广应用,知之者甚少。
发泡水泥及泡沫混凝土真正在我国广泛应用,起始于上世纪九十年代的广东省。这是我国与国外发泡水泥应用方面的一大不同。国外的应用是从严寒地区开始的,而我国的应用则是从炎热地区开始的。国外是从保温应用发端,而我国则是从隔热应用发端。由于广东夏季炎热,为了解决夏季建筑隔热问题,广东一些屋面防水工程公司开始探索使用泡沫混凝土进行屋面现浇,形成发泡隔热屋顶,比较典型的早期工程范例如:东莞安力厂房屋面、杨升集团厂房屋面、广州海珠区南翠苑小区屋面等天大批工程。进入新世纪之后,由于国家建筑节能的推动,广东的发泡水泥及泡沫混凝土现浇屋面隔热层成功应用的经验,迅速自广东向北方传播辐射,目前在北京以南地区获得了广泛的应用,专业性的屋面发泡现浇公司已达数百家,成为我国发泡现浇应用的两大主要领域之一。
在我国南方大力推广应用发泡水泥及泡沫混凝土现浇屋面的同时,我国的北方也开始推广应用发泡水泥地暖保温层现浇技术。这一技术主要受韩国的影响。韩国和日本由于有席地坐卧的习俗,对地面的采暖尤其重视。因此,韩国和日本都流行地面辐射采暖(即地暖)。目前,韩国的地暖普及率达95%以上。和欧美等地区不同的是,欧美的地暖保温层采用的是聚苯泡沫板,而韩国采用的是发泡水泥。由于我国推广建筑节能,韩国发泡水泥企业趁机抢滩中国,率先自靠近韩国的烟台、威海、天津、大连、沈阳等环渤海地区进入我国,在我国进行发泡水泥地暖保温层施工,后来又转向推广技术、设备、发泡剂,大大带动了我国发泡水泥地暖保温层的发展。如今,这一技术已从环渤海地区辐射到大半个中国,长江流域以北地区均已开始普及性应用,除台湾、福建、广东、广西等亚热带地区之外,其它省区几乎都有了许多专业性的发泡水泥地暖公司。
发泡水泥及泡沫混凝土屋面现浇自南向北推进,而发泡水泥地暖保温层现浇自北向南推进,这是我国目前这一行业的基本发展现状和态势,形成了两大基本应用领域。
与上述两大应用领域相比,我国发泡水泥及泡沫混凝土在其它工程方面的应用还较少,比较落后。在欧美发达国家,发泡水泥及泡沫混凝土在工程及环保方面的应用十分发达,特别是地铁回填应用十分广泛,其它如防浪堤回填、公路回垫层、护坡喷涂、隧道回填、跑道垫层、垃圾场覆盖等方在面的应用也比较广泛。而在我国,这方面的应用还很少很少。近日,美国一家发泡水泥公司在北京找到我们,要求和我们合作,成立一家合资公司,专门从事上述发泡水泥工程的施工。我们双方谈的很好,准备在天津滨海新区注册一家合资工程公司,尽快从事上述工程的施工。谈及中国在这些方面应用的滞后,他们很是感慨,认为这与中国经济的高速发展是极不相趁的,应大力推进。
1.1.2 应用前瞻
发泡水泥及泡沫混凝土的发展前景,特别是现浇应用前景,在各种新型材料中应该是最好的品种之一,目前的高速发展现状及态势已经很好的证明了一切。作者认为,其未来的应用前景,会比人们预期还要灿烂辉煌,一个发泡水泥及泡沫混凝土的时代正在到来。
(1)、在建筑结构整体保温系统中的辉煌前景
发泡水泥与泡沫混凝土在将来最为抢眼的应用,应该是在以建筑节能为核心的建筑结构整体保温系统方面。这可能是迄今为止唯一能够较理想的解决建筑保温体系的好材料和好方法。
我国政府为长远解决能源问题,提出了建筑节能的战略决策。建筑节能的核心就是建筑保温(或隔热),只有保温(或隔热)问题解决的好,建筑的采暖能耗和降温能耗才能降下来。这一切的关键,就在于找到一种最合适的保温隔热材料及其相应的建筑保温系统。到目前为止,国内外的建筑保温系统虽名称很多,但实质也只有两种材料和两大系统:一是以聚苯泡沫板(或挤塑板、聚氨酯硬泡沫等)为代表的泡沫塑料及相应的保温系统,二是以聚苯颗粒及其相应的复合砂浆保温系统。这两大材料及保温系统都离不开泡沫塑料,其严重缺陷已经大量暴露:墙面保温处理极高的造价、施工后的起层脱落、泡沫塑料15年左右的老化期带来的二次三次施工、泡沫塑料的易燃引发的火灾问题、泡沫塑料分解后产生的有害气体问题……。如此等等,人们都已经看到现有保温材料与保温体系存在的严重问题。从建设部领导及各级建筑节能主管部分,到各个房地产公司及建筑工程公司,无不为目前的建筑保温材料及其相应保温系统的不足,在深深的苦恼和困扰。但是,由于找不到合适的取代材料及理想的保温系统,人们又不得不委曲求全,迫不得已地无奈选择现有聚苯板保温系统,这已经严重制约了建筑节能的发展,留下了许多的隐患。
建筑节能未来的出路在哪里?其瓶颈如何打破?
作者为国内外找到的答案只有一个:发泡水泥及泡沫混凝土及其相应的建筑结构整体保温系统。这一材料及作者提出的相应保温系统的推广应用,其意义从长远看,不会亚于超级水稻。超级水稻有利解决世界的吃饭问题,而发泡水泥及泡沫混凝土保温系统则成功地解决了世界舒适性、安全性、环保性住房的问题,即如何让人们不但有房住、且住的舒适、安全、环保、省钱、省心。这样说绝不是夸大。
发泡水泥及泡沫混凝土建筑结构整体保温系统包括:现浇或预制发泡水泥或泡沫混凝土屋盖、现浇或预制发泡水泥或泡沫混凝土墙体(或外墙保温挂板、保温砖)、现浇发泡水泥地暖保温层。这样,从屋顶、墙体、地面,整栋建筑的结构就全部用发泡水泥或泡沫混凝土包围了起来,使建筑实现了整个结构的保温。这种整体保温系统的优点是显而易见和超前的:
①解决了其它保温系统只单纯进行外墙保温处理,而无法进行屋面及地面保温的难题,使建筑保温从此可以实现整体化。只有整体化才能真正解决建筑的节能问题。
②使建筑保温材料及保温系统跳出了泡沫塑料的误区,克服了使用泡沫塑料引发的一系列问题,使建筑节能实现了无害化、安全化、高品质化。
③彻底解决了保温材料与建筑同寿命的问题,克服了泡沫塑料老化所带来的多次保温处理的不足,使一次保温即可与建筑同寿命。
④解决了以前各种外墙保温系统均是二次施工的技术缺陷。泡沫塑料外墙保温均是在建筑建成后再进行二次保温处理,不但破坏墙体和墙面,而且费工费钱费材料,而发泡水泥或泡沫混凝土可以和建筑结构同时合并完成,不需二次施工,其意义不言而喻。
图1-2是发泡水泥与泡沫混凝土建筑整体结构保温系统示意图。
任何科学的、先进的材料都是会被社会所接受并被广泛应用的。发泡水泥和泡沫混凝土带给人们的是住的冬暖夏凉,住的舒适和省钱,那么,它被人们广泛地应用也自然是和必然的。因此,可以肯定地说:未来的建筑保温属于发泡水泥与泡沫混凝土。
(2)、在工程及其它方面的应用前景
虽然我国的发泡水泥及泡沫混凝土在工程方面的应用还不广泛,但是,它的应用前景也已展现出美好的前景。
①在许多方面的应用都已开始启动
前几年,我们在工程应用的许多方面均为零,市场全为空白,而如今,则在各个方面均已开始应用,例如,作为道路垫层已有很多应用,补偿地基在各地也均成功推广,矿井回填、隧道回填也正在开始,地铁回填也正在谋划……总之,工程应用的坚冰已经打破,预示着国人已认识到它在工程应用中的重要性,并在迅速拉开大规模应用的幕布。
②国外公司的进入将快速拉动工程应用
中国庞大的空白市场已引起国外发泡水泥及泡沫混凝土公司的高度重视,各国外公司都已开始进入中国这一市场,美国公司和我们的合作就是一例,其它外国公司也都在进入。在发达国家进入后,他们的先进理念,成熟的应用经验,先进的设备,将会快速拉动我国在这一方面的广泛应用。
③中国工程档次的快速提高也将拉动应用
中国经济高速的发展,带动对工程更高的技术要求,迫使其技术相应的提高,带动对发泡水泥及泡沫混凝土的需求。例如公路引桥,原来均夯土为基础,浪费土地且不坚固、施工速度慢,如今,人们想到了以泡沫混凝土为基,浇注速度快,比夯土坚固,且可保护耕地。再如北京奥运会鸟巢附近的地下通道,覆盖层8m,如用土则顶盖承荷极大,有安全隐患,多次专家论证,使用发泡水泥才能解决问题。如此等等,工程技术的发展,必然拉动对发泡水泥及泡沫混凝土的需求。这是科学技术发展的规律,工程对安全性、环保性、节土节能性、轻型性、耐久性等一系列更高档次的要求,必然会拉动发泡水泥及泡沫混凝土的发展。中国的经济发展速度越快,这一拉动作用就越强,发泡水泥及泡沫混凝土发展的也越快。
目前,发泡水泥及泡沫混凝土现浇在我国的应用已达几十个方面,几年前,很多人都没听说过,而如今,到处都可以听到发泡水泥或泡沫混凝土,其现浇的应用不但涵盖了建筑的各个部位,而且越来越广地扩展到工程应用的方方面面,将来,它将更广泛的渗透到我们的生活中。作为一种可代替泡沫塑料的防火、安全、环保、耐久、轻质、无毒无害的多孔保温隔热材料,至今,还没有哪一种保温材料比其更优异。这一点将决定它将成为未来保温材料的主导产品。从这一点讲,共应用前景是不可估量的。
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