0概述

发泡水泥是水泥基轻质多孔混凝土的一种，通常是由硅质材料、钙质材料、水及泡沫剂或发泡剂等通过物理或化学方式发泡，浇筑、养护、固化成型的一种多孔材料。因其自身的结构特点，发泡水泥具有轻质、保温隔热、隔音、防火等诸多优点，应用广泛。根据生产工艺和用途一般分为两种，一种是采用化学发泡：将化学发泡剂、水与水泥基材料一起混合搅拌均匀成浆体，在静停过程中通过化学反应产生气泡，料浆逐渐膨胀至一定体积，常压潮湿养护、固化成型，一般用于制作发泡水泥制品；另一种是采用物理方式发泡：将泡沫剂水溶液通过物理方式（或机械方式）预先制备出泡沫，同时将水泥基材料加水搅拌成浆体，泡沫与浆体再搅拌成泡沫浆料，浇筑、养护、固化成型，一般用于发泡水泥现浇应用。目前，发泡水泥现浇约占其使用总量的三成左右。

随着我国城市建筑节能65%标准的全面实施，对建筑围护结构部分的节能技术措施也有了更高的要求，除了需要考虑传统的墙体保温系统、门窗系统、幕墙遮阳系统等外，楼层地面保温系统也被纳入其中。目前，就武汉市而言，绝大部分商品房建筑已经设计了楼层地面保温，受层高及利用空间限制，一般设计厚度为3~5cm。楼层地面保温层比较常见的施工方式有两种，一是现浇发泡水泥，二是陶粒骨料轻质混凝土，二者之间性能对比如表1所示。

表1 发泡水泥与陶粒混凝土性能对比

性能	陶粒混凝土	发泡水泥	对比说明
干密度	≥800kg/m3	150~1600 kg/m3	楼层保温一般设计容重为600~1000 kg/m3，发泡水泥选择空间更大
保温	密度≥800kg/m3，导热系数≥0.23 W/（m·K）	400~800 kg/m3区间内，导热系数在0.06~0.23 W/（m·K）之间	地面保温层受厚度限制（3~5cm），发泡水泥保温性能远优于陶粒混凝土
防水	陶粒自身易吸水	密闭气孔结构，吸水率低	发泡水泥优于陶粒混凝土
强度	一般≥5.0MPa	强度因容重变化相差很大，A07级强度≥2.0MPa	陶粒混凝土因其容重较大原因，强度相对高于发泡水泥
泵送	难于泵送，可泵送的陶粒混凝土密度必须≥1000kg/m3	易于泵送，泵送至100m以上高度也较为轻松	发泡水泥远优于陶粒混凝土
施工	轻骨料易上浮，难以铺摊、收平	基本实现自流平，只需简单收平作业	发泡水泥远优于陶粒混凝土
成本	陶粒等骨料价格高，成本相对较高	成本相对较低	发泡水泥经济性略优于陶粒混凝土

1 现浇发泡水泥的配制

1.1原材料

水泥：武汉阳逻水泥厂生产的娲石水泥，P.O 42.5，其物理性能见表2；

表2 水泥的物理性能指标

标准稠度用水量（%）	抗压强度（MPa）		抗折强度（MPa）		凝结时间（min）
	3d	28d	3d	28d	初凝	终凝
26.0	25.4	52.1	5.47	8.90	235	325

矿物掺合料：采用武汉青山电厂粉煤灰，具体性能指标见表3；

表3 粉煤灰的性能指标

掺合料	等级	比表面积(m2/kg)	细度(%)	含水量(%)	流动度比(%)	需水量比(%)	活性指数
							7d	28d
, 粉煤灰	Ⅱ	—	13.4	0.1	—	100	54	79

减水剂：武汉苏博聚羧酸高性能减水剂，固含量：13.0%，减水率27.50%。

发泡剂：发泡剂是决定发泡水泥质量关键之一，目前可用于现浇发泡水泥的物理发泡剂主要有四种，分别是松香类、合成类表面活性剂、蛋白类和复合型四种。前两种发泡剂因其自身缺点，已逐步被淘汰使用；蛋白类发泡剂因其发泡倍数大及泡沫稳定性好，被国外发达国家广泛使用；复合类发泡剂为第四代发泡剂，是发泡剂未来研究发展方向，目前技术上尚待探索，产品较少。

1.2配制实验

发泡水泥配合比设计应满足抗压强度、密度、和易性及保温性能指标的要求，需着重考虑几个方面的问题： 1）水灰比：会对发泡水泥强度以及其流动性有较大影响。2）泡沫的掺量：泡沫的掺量与泡沫的稳定性有较大关系，直接影响到发泡水泥的密度和强度。3）减水剂等添加剂的掺量。本实验设计的干密度为700kg/m³，粉煤灰掺量为30%。首先，通过以下公式计算确定用水量及各胶凝材料用量：

ρ_d=S_a（m_c+m_m）

m_w=B（m_c+m_m）

式子中ρ_d为发泡水泥设计干密度；S_a为质量系数，这里取1.2；m_c、m_m、m_w分别为1m³发泡水泥水泥用量、粉煤灰用量及用水量；B为水胶比值。

然后，计算所掺入的泡沫体积：

V₁=m_c/ρ_c+m_m /ρ_m+m_w /ρ_w

V₂=K(1-V₁)

式中，V₁为料浆总体积(m³)；ρ_c为水泥密度，取3100 kg/m³；ρ_m为粉煤灰密度，取2200 kg/m³；ρ_w为水的密度，取1000 kg/m³；V₂为泡沫体积(m³)；K为富余系数，这里取1.2.

最后，通过掺入的泡沫体积，计算发泡剂的用量：

m_f=m_y/(β+1)

m_y=V₂ρ_f

式中m_f为1m³发泡水泥泡沫剂用量(kg)；m_y为形成泡沫液质量(kg)；β为泡沫剂稀释倍数，这里取30；ρ_f为按此稀释倍数发泡的泡沫密度，实测为36 kg/m³。

根据《泡沫混凝土应用技术规程》（JGJ/T31-2014），当发泡水泥中掺入减水剂时，水灰比应通过实验来确定。根据经验，本实验初步设定水灰比分别为0.3、0.4、0.5，外加剂掺量统一为0.8%，按照上述计算方法，得到如下配合比：

表4 不同水灰比的发泡水泥配合比设计

编号	水灰比	水 (kg)	水泥 (kg)	粉煤灰 (kg)	发泡剂 (kg)	减水剂 (kg)
1	0.30	175	408	175	0.86	4.7
2	0.40	233	408	175	0.77	4.7
3	0.50	292	408	175	0.70	4.7

将上述三个配合比配制后，按照《泡沫混凝土应用技术规程》标准方法测试了其流动性指标；成型40*40*160mm试样用于测试其导热系数（采用日本京都电子QTM-500型热线法导热系数测定仪测定）；成型100*100*100mm试样测试其干密度及抗压强度值。实验结果如表5所示：

表5 不同水胶比发泡水泥性能测试

编号	水胶比	流动度 （mm）	导热系数 （W/（m·K））	干密度 （kg/m3）	28d抗压强度 （MPa）
1	0.30	378	0.183	755	2.83
2	0.40	454	0.168	694	2.18
3	0.50	587	0.162	685	1.72

由表5可以看出，水灰比为0.30时，发泡水泥流动度小，实验反映就是比较稠，流速慢且不易流平，这会导致施工时不易找平，试块成型后干密度和导热系数均超过A07等级设计值，但28d强度值较好。水灰比为0.50时，发泡水泥流动度很好，浆体较“稀”，粘稠度不够，内部气泡的稳定性变差，成型后会发生一定的“坍缩”， 强度也下滑很快。本实验的最佳水灰比为0.40，拌合物流动度适中，试样导热系数小于0.18 W/（m·K），干密度符合A07的要求，强度值能达到FC2等级。

根据《泡沫混凝土应用技术规程》，在计算出发泡水泥配合比后，需要通过改变水泥用量来对配合比进行调整和校正。在实际生产中，根据泵送施工的情况，又对配合比进行了一定的微调和优化，形成了最佳配合比，如表6所示。

表6 发泡水泥最终配合比

水灰比	水 (kg)	水泥 (kg)	粉煤灰 (kg)	发泡剂 (kg)	减水剂 (kg)
0.39	220	400	170	0.80	5.1

在施工现场，对泵送至楼层面的泡沫混凝土进行了取样送检，检测结果如表7所示。

表7 发泡水泥性能指标

检测项目		指标标准		检测结果
干密度ρ（kg/m3）		JGJ/T314-2014	650<ρ≤750	684
抗压强度（MPa）	单块最小值		≥1.700	2.35
	每组平均值		≥2.00	2.98
导热系数（W/（m·K））			≤0.18	0.167

2现浇发泡水泥在楼面保温中的应用

2.1、工程应用简介

武汉市连城村城中村改造项目，建筑面积约10万平方米，其中高层住宅全部设计采用发泡水泥楼层地面保温层，设计厚度为3cm，要求干密度不大于700 kg/m³，强度大于2.0 MPa，且要求表面平整，保温层施工完成后，直接铺设一层抗裂砂浆，达到交房验收标准。工程难点在于泵送高度大，最高100m，施工作业面复杂，工期短，存在交叉施工等不利因素。施工单位是一家商品混凝土企业。搅拌站生产现浇发泡水泥有两种方式，一种是充分利用搅拌站优势，可在站内生产水泥料浆，用搅拌车将料浆运送至工地，现场只需备一台专业的水泥发泡泵，可产生泡沫并能与料浆搅拌，然后泵送至施工作业面。这种方法的好处是发挥了搅拌站优势，现场便于管理，缺点是受搅拌车左右，且搅拌车清洗不干净料浆中有较多碎石。还有一种方式是，在现场树立粉料罐，固定一台可计量的设备专门搅拌生产水泥浆，并输送至另一台可随楼栋转移的负责生产泡沫和浆料搅拌并泵送至施工面的设备中。这种方法的好处是便于大量连续生产，不受搅拌车的限制，缺点是投入较大，现场协调难度高。但这两种方式相对采用人工投料的小型机械现场生产，共同点是：能够确保配料精度，生产出容重稳定、质量可靠的发泡水泥，且不会影响施工现场的环境。

在该工程中，考虑到方量较大，比较集中，搅拌站内生产繁忙，车辆受限，采取了第二种方式生产，必要时用搅拌车运送浆料作为补充。采用这种方法生产，每层面积约为250m²的标准层，每天可施工8~10层，不受其它因素影响下，一栋楼4天可以完工。注1

2.2、现场施工要点

发泡水泥最终质量好坏与施工质量密切相关，特别是对于楼面保温层，需要精细化施工。施工前要做好准备工作，对楼面进行清理，提前一天湿水，要湿透，但不能有明显积水，最好能在施工前对施工面做扫水泥浆处理。对地面铺设的管线要检查固定，此外，还要设定标高和找平线，便于施工找平。

泵送施工时，要有专人负责实时测定发泡水泥的密度，当密度出现较大变化时，要立即停止施工，查找原因。浇筑时要及时抹平，对房屋边角处要有处理，第一次抹平10~20min后进行二次收光，可有效去除表面气泡，地面平整光泽度更佳

浇筑完成后，要在入口处设立警戒线，防止有人踩踏破坏，48小时内不要上人走动。为防止产生裂纹，当风较大时尽量避免施工，条件允许应尽量在发泡水泥终凝前遮蔽门窗。应采用适当的洒水养护，有利于后期强度增长和裂纹控制。

3展望

利用现浇发泡水泥来铺设楼面保温层具有设计厚度小、造价低、生产施工工艺相对简单、质量可控、保温性能好等优点。但是，目前对其推广使用还不够，很多人对其用作楼面保温不太了解；市场不够规范，质量监管不严格，很多手工投料生产的小型设备也能生产发泡水泥，混杂其中，搅乱市场秩序，使得市场价格并不太高，这些都成为制约其发展的因素。但随着国家对建筑节能的要求越来越高，为达到相应的节能要求，楼层地面保温设计已成为住宅乃至公用建筑的必然选择，这一块市场需求越来越大，市场越来越规范，现浇发泡水泥在楼面保温层中的应用具有较大的发展前景！

注1：文中所述施工速度与实际施工差距较大，正常施工的水泥发泡机每天施工量不低于5000平（施工厚度3公分）

本文转自网络。