泡沫混凝土技術的工業(yè)應用

泡沫混凝土技術的工業(yè)應用

1泡沫混凝土制品的生產20世紀初，北歐國家和俄羅斯積極致力于泡沫混凝土的研發(fā)和生產。30年代初至50年代初,泡沫混凝土工業(yè)化技術體系形成。這一時期正值二戰(zhàn)爆發(fā),生產加氣混凝土的鋁粉供應緊張,于是歐洲各國紛紛轉向以泡沫取代鋁粉,以泡沫混凝土取代加氣混凝土,刺激了泡沫混凝土的研發(fā)及生產,形成了第一個發(fā)展高潮。其應用領域以建筑保溫為主。在這一時期,技術成就最大的是前蘇聯(lián)。應該說,前蘇聯(lián)對泡沫混凝土技術成熟并走向工業(yè)化生產起到了關鍵作用。從1926年開始研發(fā)到1930年在列寧格勒(現(xiàn)圣彼得堡)工業(yè)化生產,僅用了4年時間。從1936年起,前蘇聯(lián)在成功生產自然養(yǎng)護泡沫混凝土的基礎上,實現(xiàn)了蒸壓泡沫混凝土及蒸壓泡沫硅酸鹽的工業(yè)化生產,建立了以彼爾伏烏拉爾斯克、別萊茲尼克等泡沫混凝土大型企業(yè)。這些企業(yè)生產的泡沫混凝土砌塊、墻板、飾面板、屋面板、樓板等開始大量應用于工業(yè)與民用建筑。1946~1958年,前蘇聯(lián)出臺了1781-49《泡沫混凝土屋面板》、7741-55《廠房屋頂用鋼筋泡沫混凝土大型板》等一系列國家標準,是世界上最早形成泡沫混凝土制品標準體系的國家?？梢哉f,前蘇聯(lián)奠定了泡沫混凝土技術體系的基礎,其當時建立的一整套完善的泡沫混凝土原料測定與制品檢驗方法、泡沫混凝土蒸壓技術規(guī)程、泡沫沉陷距與泌水率檢測儀(前蘇聯(lián)中央工業(yè)建筑科學研究所研制)等檢測儀器,至今仍在世界各國廣泛應用。如今我國流行的大多數(shù)發(fā)泡劑也均為前蘇聯(lián)所發(fā)明。自20世紀50年代開始,泡沫混凝土技術從發(fā)源地歐洲通過兩條渠道向世界各地傳播。一條是前蘇聯(lián)將其技術傳播到中國及東歐的波蘭等國,另一條是德、英、瑞典、荷蘭等西歐國家將其傳播到北美及亞洲的韓國、日本等國。這一階段是泡沫混凝土技術在世界各地的傳播及發(fā)展期,泡沫混凝土的應用仍以建筑保溫制品為主。1979年,美國的Yamads等人首次將泡沫混凝土成功用于油田固井,使泡沫混凝土走出了單一的保溫領域,開始向多領域發(fā)展。其后,日本將其成功用于巖土工程的回填,韓國和日本將其應用于地暖保溫層。進入21世紀之后,泡沫混凝土在吸音隔音、吸能吸波、耐火材料等領域的應用研究開始活躍,并逐步形成了規(guī)范化應用。可以說,自1979年至今,是泡沫混凝土技術水平的提高與應用領域高速擴展階段,其應用領域已達20多個,并由民用擴展到軍用、航空、工業(yè)等高端領域。目前,泡沫混凝土發(fā)展和應用最為發(fā)達的三個地區(qū)是:歐洲、北美、亞洲的中日韓及東南亞。2泡沫混凝土在中國的發(fā)展2.1工業(yè)管道保溫在我國,泡沫混凝土幾乎與新中國同時誕生。1950年,前蘇聯(lián)專家開始向我國推廣泡沫混凝土技術。1952年,中國科學院土木建筑研究所成立了以黃蘭谷為首的泡沫混凝土試驗中心,正式開始泡沫混凝土的試制。當時,我國工業(yè)蒸汽管道的熱絕材料是從前蘇聯(lián)進口的蘇維利特碳酸鎂板,每噸含運輸費約為1400元(相當于現(xiàn)在的幾萬元),而當時我國正大規(guī)模建設工業(yè)管道,保溫材料需求量極大,一臺發(fā)電機組就需要260t。為此,第二機械工業(yè)部第四設計處、重工業(yè)部有色金屬管理局等進行研發(fā)和生產,并將其成功應用在工業(yè)管道保溫上。1954年,中國科學院土木所與其他單位合作,由前蘇聯(lián)專家指導,在哈爾濱生產出蒸壓泡沫混凝土板,用于哈爾濱電表儀器廠屋面。這是我國首次將泡沫混凝土用于建筑保溫。1955~1957年,原水利電力部電力建設科學技術研究所試制成功使用溫度可達250℃~510℃的泡沫混凝土管殼,應用于峯峯電廠、大連電廠的高溫管道保溫上。1956年,原紡織工業(yè)部基本建設設計院也開展了粉煤灰泡沫混凝土的試驗研究,其目的是針對當時泡沫混凝土以水泥為主、成本較高的情況,以粉煤灰取代水泥來降低成本。在原北京市建材局、中紡部第二工程公司、水利科學研究院等單位的配合下,經過一年多的試驗,成功將泡沫混凝土成本降低了40%。1952~1959年是我國泡沫混凝土發(fā)展的第一個高潮期,形成了一定的生產規(guī)模。但由于隨后中蘇關系惡化,前蘇聯(lián)專家撤走,再加上其后的“文革”,致使1960~1980年,泡沫混凝土在國內很少有人問津。2.2泡沫混凝土現(xiàn)澆技術發(fā)展歷程1980年前后,隨著改革之風吹開國門,歐洲的泡沫混凝土現(xiàn)澆技術進入了我國開放前沿廣東。由于廣東及其周邊地區(qū)夏季炎熱,對屋面保溫需求強烈,泡沫混凝土屋面現(xiàn)澆率先在廣東流行。從20世紀90年代初期開始,廣州、東莞、佛山等地屋面保溫大量應用現(xiàn)澆泡沫混凝土。此后,泡沫混凝土屋面保溫現(xiàn)澆逐漸向北推進,經福建、湖南、江西等地一路北上,如今已發(fā)展到北京、遼寧、陜西等全國各地,成為泡沫混凝土在我國的兩大應用領域之一。2007年,中南地區(qū)建筑標準圖集07ZTJ2005《泡沫混凝土屋面保溫隔熱建筑構造》、四川省工程建設標準設計圖集DBJT20-58《泡沫混凝土樓地面、屋面保溫隔熱建筑構造圖》先后推出,標志著現(xiàn)澆屋面保溫隔熱層開始規(guī)范化應用。繼泡沫混凝土屋面保溫現(xiàn)澆之后,在20世紀90年代末期,泡沫混凝土地面保溫層現(xiàn)澆自韓國傳入我國,率先在煙臺、威海、天津、大連、秦皇島、延邊等地成功應用。進入21世紀后,由于其適應建筑節(jié)能的需求,獲得了迅猛發(fā)展,并從2005年起進入發(fā)展高潮。如今,泡沫混凝土現(xiàn)澆地暖保溫層技術自東向西、向南、向北三面擴展,已發(fā)展到全國除兩廣及福建、臺灣之外的大部分省區(qū),成為泡沫混凝土第一大應用領域。河北省地暖協(xié)會出臺的泡沫混凝土地暖保溫層地方標準,是我國第一個泡沫混凝土標準。之后,山東、遼寧也都出臺了地方標準。2009年春,我國第一部泡沫混凝土現(xiàn)澆行業(yè)標準《地面輻射供暖工程用發(fā)泡水泥絕熱層、水泥砂漿填充層技術規(guī)程》出臺,將泡沫混凝土地暖保溫隔熱層現(xiàn)澆應用推進到了一個新的發(fā)展階段。從20世紀90年代開始,泡沫混凝土現(xiàn)澆開始在建筑工程回填及巖土工程回填中應用,成為我國泡沫混凝土第三大應用領域。90年代初,煤炭科學研究總院從國外引進了泡沫混凝土工程填充技術,并成功應用于開灤煤礦特大頂板冒落崆峒的澆筑回填。其后,中國建筑材料科學研究院又將現(xiàn)澆泡沫混凝土應用于建筑補償?shù)鼗畛?、引黃工程洞穿管回填等。2000年以后,泡沫混凝土在交通巖土工程方面開始應用。我國廣東冠生土木公司從日本引進了公路巖土工程回填技術,在國內中江高速、京珠高速等一系列重大工程中成功應用。隨后,這一回填技術在北京奧林匹克中心地下通道工程輕質回填成功應用,使現(xiàn)澆回填技術日益發(fā)展。與20世紀50年代第一個發(fā)展高潮以制品為主不同,目前我國的泡沫混凝土基本以現(xiàn)澆為主、制品為輔。2006年以來,我國以現(xiàn)澆為代表的泡沫混凝土進入了蓬勃發(fā)展的新時期,主要表現(xiàn)在:(1)泡沫混凝土新的、高端的應用技術及應用領域大量出現(xiàn);(2)國內已開始出現(xiàn)規(guī)模化泡沫混凝土設備生產廠家;(3)泡沫混凝土企業(yè)快速增加,每年新增企業(yè)數(shù)量不少于百家,現(xiàn)澆企業(yè)在2006年已達數(shù)百家,2009年達近千家,論生產企業(yè)數(shù)量,我國已居世界第一;(4)泡沫混凝土標準開始制定和實施,自2006~2009年,我國推出地方標準、行業(yè)標準、國家標準十余部,還有一批標準正在制定中,如泡沫混凝土用泡沫劑標準、泡沫混凝土屋面保溫隔熱層標準、泡沫混凝土墻體現(xiàn)澆標準、泡沫混凝土外墻外保溫板標準等,我國泡沫混凝土正告別無序發(fā)展時代,開始逐步走向規(guī)范化生產;(5)2009年1月8日,經民政部批準,中國混凝土與水泥制品協(xié)會泡沫混凝土分會成立,將有力地促進我國泡沫混凝土行業(yè)的發(fā)展和技術進步。2.3發(fā)展現(xiàn)狀2.3.1泡沫混凝土主要生產設備目前,我國泡沫混凝土企業(yè)約800多家,其中,現(xiàn)澆企業(yè)約400家,制品企業(yè)約150家,設備加工企業(yè)約100家,發(fā)泡劑生產企業(yè)約80家。從企業(yè)地域分布來看,山東、河北、河南、天津、北京、江蘇、廣東、遼寧、吉林、陜西、四川等地最多,約占全國企業(yè)總數(shù)的60%;上海、湖北、浙江、福建、安徽、江西、山西、內蒙、新疆諸省區(qū)次之,約占企業(yè)總數(shù)的30%;廣西、甘肅、寧夏、重慶、湖南、云南、貴州諸省企業(yè)數(shù)量較少,約占全國企業(yè)總數(shù)的10%;西藏、青海、黑龍江、海南四省區(qū)企業(yè)數(shù)量最少。我國泡沫混凝土年產量,2008年已達500萬m3,2009年粗略估計突破600萬m3。其中,泡沫混凝土地暖保溫層約300萬m3、屋面保溫層約150萬m3、地面墊層約50萬m3、各類回填約20萬m3、特種功能應用30萬m3、制品類約50萬m3。現(xiàn)澆約占總產量的80%以上。從應用領域來看,我國泡沫混凝土主要應用于建筑保溫,其用量約占總產量的90%,土木及巖土工程約占3%,油田應用約占1%,其它特種應用約占7%。從長遠看,建筑保溫將是泡沫混凝土的主要應用領域。2.3.2國內泡沫混凝土制品的發(fā)展現(xiàn)狀我國泡沫混凝土的技術現(xiàn)狀是:在一般常規(guī)應用領域特別是建筑保溫領域,工藝技術居世界前列,但在裝備技術及尖端應用領域,與發(fā)達國家尚有很大的差距。一般常規(guī)應用領域主要是泡沫混凝土用量最大的建筑保溫、土木工程及巖土工程回填等。在這些方面,泡沫混凝土現(xiàn)澆具有優(yōu)勢,在我國發(fā)展迅速,施工量居世界首位?，F(xiàn)澆工藝技術在引進基礎上經過不斷完善,已形成具有中國特色的技術體系,工藝水平已達到先進國家的水平。公路回填、隧道回填、地基回填、油田固井澆注等已成功應用,建筑保溫屋面、地面、墊層現(xiàn)澆施工技術已經成熟,并形成了廣東俊瑞集團、河南昌惠公司、遼寧欣寬公司等一大批龍頭企業(yè)。特別值得一提的是泡沫混凝土墻體現(xiàn)澆,這是我國擁有自主產權的創(chuàng)新技術,包括承重泡沫混凝土現(xiàn)澆墻體、鋼結構現(xiàn)澆墻體、框架結構泡沫混凝土墻體、磚混結構夾芯泡沫混凝土墻體等。這也是我國對國際泡沫混凝土現(xiàn)澆技術的重大貢獻,對推動泡沫混凝土發(fā)展具有不可估量的意義。河南省在駐馬店永泰公司的配合下,制定并頒布了《現(xiàn)澆泡沫混凝土墻體技術規(guī)程》地方標準,并有了許多工程應用;中國建筑標準設計研究編制的《鋼結構住宅(二)》也采用了泡沫混凝土灌芯現(xiàn)澆墻體,杭蕭鋼構利用這一圖集,采用泡沫混凝土現(xiàn)澆,在武漢承建了世紀家園小區(qū)幾十棟高層住宅。目前,我國在泡沫混凝土現(xiàn)澆墻體的研發(fā)、推廣與應用方面,走在了世界前列。和現(xiàn)澆相比,我國的泡沫混凝土制品比國外整體規(guī)模偏小,技術水平不高,沒有大宗應用的主導產品。國外大部分采用現(xiàn)代化的蒸壓工藝,自動化程度高,產品質量好,20世紀三四十年代已規(guī)模化生產蒸壓砌塊與屋面大板、墻板等。而在我國,除廣東天風墻體材料有限公司生產泡沫混凝土蒸壓磚外,大部分為自然養(yǎng)護,產品質量差,實際應用不多。特別是泡沫混凝土砌塊,雖然已有行業(yè)標準,但至今沒有規(guī)模化生產應用的產品。昆明、南昌等地曾先后建設了一批大型泡沫混凝土砌塊生產線,但由于制品后期干縮大,墻體裂縫,都已停產。目前,國內小企業(yè)手工作坊式生產泡沫混凝土砌塊正在各地推廣,質量很難保證,后期干縮問題不能解決,告戒大家不可盲從。雖然我國泡沫混凝土制品方面的整體技術水平還不高,但在某些方面仍有技術創(chuàng)新和領先性,如陶粒泡沫混凝土砌塊、泡沫混凝土聚苯復合墻板、泡沫混凝土夾芯墻板與屋面板、泡沫混凝土集成化房屋等,均受到國際關注。其中,北京太空板公司、北京華麗聯(lián)合公司生產的泡沫混凝土復合板和集成住宅已出口美國等10多個國家。2.3.3生產裝備的技術開發(fā)和應用將成為一種趨勢我國泡沫混凝土生產裝備加工已有一定規(guī)模,生產廠家已發(fā)展到數(shù)百家,形成了年產700套的生產能力。泡沫混凝土生產裝備以現(xiàn)澆成套機組為主,是在引進韓國機型的基礎上加以國產化改造而成的,機型以中小型為主,適應了中國泡沫混凝土企業(yè)以小企業(yè)居多的現(xiàn)狀,因而獲得了快速發(fā)展,基本取代了進口機型。除現(xiàn)澆設備外,我國的泡沫混凝土制品生產裝備也在近幾年獲得技術突破,特別是泡沫混凝土夾芯板、復合板、集成化房屋、陶粒砌塊等生產線,已初步定型,有一定的創(chuàng)新性,已進入推廣應用階段,還有少量出口。預計在3~5年內制品生產線的加工將達到一定規(guī)模,并將大量出口。我國的泡沫混凝土裝備具有中國特色,小型化、實用化、操作簡易化的特點明顯,且價格只有歐美設備的幾十分之一。這種設備不但適應了我國的國情,也適應了其他發(fā)展中國家的國情,受到了發(fā)展中國家的歡迎,已出口亞州、非洲、南美州等幾十個國家,在金融危機沖擊下仍不減態(tài)勢,成為發(fā)展中國家最大的泡沫混凝土設備供應國,特別是周邊的俄羅斯、蒙古國、哈薩克斯坦、越南、泰國等國家及我國的臺灣省,需求旺盛。雖然我國泡沫混凝土生產裝備已達到一定的技術水平和規(guī)模,但和歐美發(fā)達國家相比,尚存在較大的差距。歐美設備大型化、自動化、加工精良化的綜合優(yōu)勢十分突出。例如現(xiàn)澆成套裝備,歐美均配備有原料筒庫和全自動配料系統(tǒng),以及漿體密度自控系統(tǒng),自動化程度很高,產量也很大。而我國設備則皆為人工配料、電控手動操作,漿體密度難以控制,其差距顯而易見。如何提高我國泡沫混凝土生產裝備的技術水平,是今后面臨的重要課題。除裝備水平之外,在高新技術應用領域方面,我國和發(fā)達國家也存在較大差距,諸如泡沫混凝土電磁屏蔽、吸聲、吸能、抗爆等方面的應用,以及海上工程和核設施工程的應用等,我國應用量非常有限,有些還是空白。3建筑吸音隔膜的應用泡沫混凝土只作為保溫材料應用發(fā)展至今,功能已有20多種,如吸能抗震抗爆、隔音吸音、吸收電磁波、透水過濾、抗?jié)B抗潮、保水綠化、耐火、防火、抗沖擊防護、漂浮承載等。其用途越來越廣,應用領域涵蓋民用和軍事工程。但大量應用仍在民用方面,其中建筑吸音隔音方面最具發(fā)展前景。另外,其在耐火保溫、過濾、抗?jié)B防水、輕質裝飾等領域都有廣闊的應用前景。3.1防火、隔聲、耐侯泡沫混凝土價格低廉,原料易得,既可快速現(xiàn)澆施工,又可制成各種制品,同時具有優(yōu)良的防火、隔聲、抗震、耐侯等性能。但還存在密度較大、保溫性不及泡沫塑料、強度較差等不足。今后,我國建筑保溫中泡沫混凝土的開發(fā)重點將集中在以下幾個方面:3.1.1外墻現(xiàn)澆自保溫泡沫混凝土現(xiàn)澆目前主要應用于屋面保溫層與地暖保溫層。但建筑保溫的主要部位是外墻,建筑隔聲的主要部位是內墻,泡沫混凝土用于外墻現(xiàn)澆可實現(xiàn)自保溫,用于內墻現(xiàn)澆可實現(xiàn)自隔聲、自吸音。近年來,國內許多泡沫混凝土企業(yè)開始發(fā)展現(xiàn)澆自保溫外墻、承重隔音內墻、非承重隔音內墻等,一大批應用技術正在研發(fā)中。墻體現(xiàn)澆量遠大于屋面和地面,若這一技術得以推廣,現(xiàn)澆墻體將會成為泡沫混凝土第一大應用領域。圖1為河南永泰公司泡沫混凝土現(xiàn)澆墻體工程。3.1.2保溫板trt泡沫混凝土外墻外保溫板是指采用粘貼或干掛工藝固定于外墻面的保溫板。其幅面20cm×20cm、25cm×25cm,厚度3cm~5cm,密度150kg/m3~270kg/m3。這種保溫板已在四川、甘肅、上海、浙江等地得到成功應用,引起國內泡沫混凝土企業(yè)的興趣。目前,不少企業(yè)正在研發(fā)此類產品,擬取代泡沫聚苯板,用于外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)或外墻內保溫薄抹灰系統(tǒng)。隨著建筑防火標準的提高,這一產品應用前景看好。圖2為北京廣慧精研泡沫混凝土科技有限責任公司研制的產品。3.1.3復合泡沫混凝土芯墻板圖7這類墻板包括單側復合有飾面層或保護層的泡沫混凝土復合墻板、雙面復合有飾面層或保護層的泡沫混凝土夾芯墻板。其中,夾芯墻板的研發(fā)最熱,僅北京市就達10多家。其成型工藝型式有:先制高強外殼,后澆筑泡沫混凝土芯層;先制兩側面板,再復合泡沫混凝土芯層;先制泡沫混凝土芯層,再復合高強面層等。各家工藝不盡相同,均有創(chuàng)新,各有亮點。這類墻板可實現(xiàn)外墻自保溫,安裝后不需另做保溫處理,且防火、耐久、隔音性能優(yōu)異。圖3為泡沫混凝土夾芯保溫板用于北京意佳力德裝飾有限公司屋面工程。3.1.4住宅品種的選擇集成化住宅是世界性發(fā)展潮流,泡沫混凝土自保溫裝配集成化住宅更是一個開發(fā)熱點。如今,國內不少企業(yè)著力開發(fā)這種自保溫裝配住宅,產品有兩大類:①中高檔別墅。此類住宅多采用輕鋼結構,組裝速度快,抗震性強,可實現(xiàn)自保溫,造價低于普通別墅。泡沫混凝土一般制成各類夾芯保溫板,使用時拼裝。烏魯木齊綠地公司此類產品的目標市場鎖定國內高端別墅,并重點出口。也有不少公司想重點做中檔住宅。②小康村住宅。此類住宅采用承重泡沫混凝土墻板拼裝,或采用輕鋼結構泡沫混凝土復合板體系,其特點是造價低,墻體堅固,適合農村特點。3.1.5蒸壓泡沫混凝土斑塊泡沫混凝土砌塊自然養(yǎng)護產品強度差,后期干縮大,始終沒有在我國規(guī)模化生產應用。目前,國外企業(yè)多采用蒸壓工藝。國內企業(yè)已轉向陶粒泡沫混凝土砌塊及蒸壓泡沫混凝土砌塊的研發(fā)。陶粒泡沫混凝土砌塊是我國的創(chuàng)新,技術先進,應大力發(fā)展。自然養(yǎng)護泡沫混凝土砌塊在技術完善后,若能較好地解決強度及后期干縮問題,也會有良好的發(fā)展前景,這主要取決于技術進步。3.2基地土填充材料目前,泡沫混凝土在土木工程、巖土工程回填及生態(tài)覆蓋領域的應用量不大,但已顯現(xiàn)出良好的發(fā)展前景,將成為泡沫混凝土未來第二大應用領域。泡沫混凝土可用于軟土地基填充、凍土地帶路基填充、鹽堿地抗腐蝕路基填充、引橋代土填充、斜坡路基防滑填充、拓寬路基代土填充、地下通道減荷填充、隧道一二次襯砌空間填充、護坡植草覆蓋澆筑、大堤的減側壓回填、地下管線填埋等。隨著我國大規(guī)