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发泡(泡沫)混凝土的优势分析

2015/05/12 中国科学院土木建筑研究所

泡沫混凝土以水泥为主料,为安全不燃材料,耐火级大于2小时,可达A级防火标准,完全可以满足任何建筑的防火要求。以泡沫混凝土进行建筑保温,完全不会引发火灾。泡沫混凝土既可以进行各种现浇施工,也可采用不同工艺生产制品。......

  1、泡沫混凝土与有机保温材料相比的优势

  有机保温材料本文是指以聚苯泡沫、聚氨酯泡沫为代表的,已在建筑中广泛应用的那些泡沫塑料。泡沫混凝土与这些材料相比,在建筑保温中有很大优势。这些优势决定了,以泡沫混凝土取代有机保温材料是必须的,也是合适的。

  1.1 防火优势

  不论是泡沫聚苯、还是泡沫聚氨酯等其它有机保温材料,都具有易燃性,且轰燃性强,火势凶猛,难以扑救。即使阻燃型有机泡沫材料,也仍然避免不了火灾。我国最近的一些特大火灾,其工程使用的均是阻燃泡沫塑料。同时,泡沫塑料燃烧烟雾大,毒性大,弥漫可达几公里,国家重点工程济南奥体中心和央视新大楼都因有机保温材料引发的火灾场景。

  泡沫混凝土以水泥为主料,为安全不燃材料,耐火级大于2小时,可达A级防火标准,完全可以满足任何建筑的防火要求。以泡沫混凝土进行建筑保温,完全不会引发火灾。

  更有优势的是,我们研发的现浇泡沫混凝土现浇保温墙体,可以将钢结构完全包覆在泡沫混凝土中,将钢结构保护起来,即使发生火灾,钢结构也不易变形倒塌,解决了钢结构的防火问题,双重防火。

  1.2 耐久优势

  建筑的设计寿命一般为50~100年。有机保温材料都有一个不耐老化问题,难以和建筑同寿命。目前,建筑保温相关规范对有机保温材料的设计寿命,大多为20~25年。这就意味着,保温层与建筑不能同寿命。一幢建筑至少要进行2~4次保温施工。这种对建筑的反复折腾,缩短了建筑的使用期。因为,每次施工都要对建筑造成损害。

  泡沫混凝土,耐久性大于50年,可与建筑同寿命,一次保温施工,可使建筑终身保温,避免了多次保温施工的不足。我国黑龙江等地的泡沫混凝土屋面保温层,为上世纪50年代初期前苏联专家指导施工的工程,至今近60年完好无损,仍在使用。这已充分证明了泡沫混凝土的耐久性。在规范施工的前提下,优质泡沫混凝土的服役期限完全可达100年,对重点建筑工程也是合用的。

  另外,由于有机外墙外保温和墙体结合不好,往往引发开裂,脱落等工程事故,不但使工程的耐久性无法保证,脱落物下落对人的威胁是十分严重的。国内和国外都有机保温层脱落的现象。

  泡沫混凝土绝大部分为墙体自保温,不存在外保温层再脱落问题。少部分采取外墙外保温,大多为锚固或干挂,不易脱落,极少数采用粘贴,由于泡沫混凝土与墙体为同性材料,粘结十分牢固,也不易脱落。

  1.3 隔声优势

  泡沫聚苯板等有机保温材料的隔声性较差。50mm厚芯层的泡沫聚苯墙体,墙体两边的说话声清晰可闻,而50mm厚芯层的泡沫混凝土墙体,墙体两边的说话声则基本听不到。泡沫聚苯夹芯墙体,敲打时嘭嘭响,发空,而泡沫混凝土夹芯墙体,敲击时却没有那么响,也没有发空的感觉。

  泡沫混凝土在闭孔率大于90%时,就成为优异的隔声材料。西方一些发达国家用泡沫混凝土生产隔声板。

  1.4 无毒无害优势

  泡沫聚苯,泡沫聚氨酯等有机保温材料,在生产时释放大量的有害气体,生产现场气味呛人,对空气污染严重,有害操作人员健康。其在使用前期,也仍有残余气味。而在使用后期,其老化分解也仍将释放有害物质。所以,其生产与使用均是不环保的。这还不考虑其容易造成的白色污染。

  泡沫混凝土基本以无机材料为主体,生产时无有害物质产生,生产现场无任何异味。它在使用过程中,不会产生分解物,绿色环保。从建筑绿色化角度讲,它也应该是建筑保温最佳选择。

  1.5 不大量消耗石油资源的优势

  建筑节能除了减排的意义之外,也有降低我国能源消耗,保护国家能源安全的意义。而泡沫聚苯等有机保温材料,都大多以石油为起始原料,大量消耗石油资源,其应用将加剧我国的能源危机。它的使用虽可使建筑节能,但原料却耗能,使节能与耗能相冲突,失去了节能的意义。

  泡沫混凝土的原料为水泥,不以能源为原料。水泥的生产虽也有能耗,但毕竟低于泡沫聚苯的原料耗能及生产耗能总量。

  2、泡沫混凝土与其它无机保温材料相比的优势

  可取代有机保温材料的无机保温材料主要是泡沫混凝土加气混凝土、泡沫玻璃、矿棉岩棉、玻化微珠、陶粒等。这些无机材料在未来的建筑保温市场上,都将占有一定的比例,实现各种无机材料的优势互补,但泡沫混凝土的优势更多,泡沫混凝土凭借其优势,将在这些无机保温材料中脱颖而出,占有建筑保温的主体地位。

  2.1 泡沫混凝土与加气混凝土相比的优势

  加气混凝土与泡沫混凝土比较,其明显的优势是强度比泡沫混凝土高,水泥用量少。加气混凝土的水泥用量仅5%~10%,而泡沫混凝土大多100%为水泥,至少也要50%以上的水泥。

  但泡沫混凝土的综合优势要远远大于加气混凝土,使它在未来的市场竞争中仍然会占有更大的市场份额。泡沫混凝土的最大优势有五个:

  2.1.1 可以现浇施工的优势

  加气混凝土因需蒸压,无法现场施工。泡沫混凝土一辆汽车就可把全套设备拉到现场,七个人一天可现浇100~200m3。现浇屋面保温层、现浇地暖保温层、现浇各种自保温墙体、现浇外墙外保温墙面、现浇楼地面垫层,现浇灌芯立柱,都是泡沫混凝土的强项,且将在未来的建筑保温中大显身手。可以毫不夸张地说,将来建筑保温应用量最大的,可能是现浇泡沫混凝土。

  泡沫混凝土虽然材料成本高,但由于它可以现浇,省去了大量的生产能耗与制品加工成本,且密度低,生产原材料总用量少。就把总成本降了下来,化解了它的劣势,成本反而低于加气混凝土。以自保温墙体可减薄墙体,降低了保温材料用量,则现浇泡沫混凝土的墙体造价还要更低,显然表现出现浇保温的优势。

  2.1.2 低吸水率的优势

  加气混凝土的吸水率高达45%以上,这一直是它的一大劣势。这一劣势使之粉刷难,须使用界面剂。即使用上界面剂,也经常出现粉刷层的空鼓、脱皮、裂纹等工程事故。

  泡沫混凝土却可以通过调整它的闭孔率来自由控制吸水率,其一般吸水率约20%~25%,低吸水率产品约为8%~12%,超低吸水率产品则可达2%~5%。这种低吸水率的优势,不但避免了加气混凝土上述弊端,而且还填补了加气混凝土在高寒地带不能应用的空白。目前,我们已在黑龙江生产应用了陶粒泡沫混凝土砌块。这些地方最需要保温,加气混凝土都因高吸水率而不能应用。我想,在东北、内蒙、青海、新疆、西藏等至今加气混凝土无法使用的地区,泡沫混凝土将大有作为。图6为泡沫混凝土超低吸水率产品表面的水珠状况。

  2.1.3 低密度超轻优势

  加气混凝土密度大多为500~800kg/ m3,低于500 kg/ m3的产品很少,不能稳定生产,低于300 kg/ m3的产品几乎没有。由于工艺技术的制约,加气混凝土难以生产400 kg/ m3以下的超轻产品。而目前的建筑节能,最需要400 kg/ m3以下的超轻产品,因为其保温性能更优异,更有利于建筑轻型化。

  目前,广泛应用的泡沫混凝土,密度一般为200~450 kg/ m3,正好弥补了加气混凝土性能上的不足,二者形成了市场互补和错位。图7为泡沫混凝土超轻的显示状况。

  加气混凝土主导产品B05~B07级的导热系数为0.14~0.18w/m·k,而泡沫混凝土主导产品B02~B04级的导热系数仅为0.065~0.10 w/m·k,只相当于加气混凝土的一半。这意味着,使用泡沫混凝土,达到建筑节能标准,墙体可比加气混凝土减薄近一倍,这可以大量节约材料并增加使用面积。

  2.1.4 工艺灵活、品种多的优势

  由于受蒸压工艺和设备的限制,加气混凝土基本以砌块和条板两大产品为主,其它种类的产品还没有,这在一定程度上缩小了它的应用范围和市场份额。

  泡沫混凝土既可以进行各种现浇施工,也可采用不同工艺生产制品。目前,泡沫混凝土保温产品已有10多种,将来会达到几十种。泡沫混凝土对市场需求反应快,适应性强。当市场需求某种产品时,它可以很快生产出来,甚至变换一种模具,就变化出一种新产品。加气混凝土就无法如此。例如,泡沫混凝土可生产大规格夹心屋面、墙体保温板,目前最大规格已达3000×6000mm,加气混凝土就不能;再如,泡沫混凝土可方便地生产出轻质灌芯产品、夹芯产品、加气混凝土也不能;再如,泡沫混凝土可很容易生产出陶粒增强制品、彩色制品、异型制品等,加气混凝土也不能。这就决定了泡沫混凝土会以其生产的灵活性占有更多的应用领域。

  综上所述,可以得出以下的结论:加气混凝土与泡沫混凝土作为同类型保温材料,各有优势,但泡沫混凝土的优势要更多一些。在B06~B07密度等级范围,加气混凝土由于强度好,会占有优势。而在现浇及B05以下密度等级范围,泡沫混凝土会占有优势。二者可实现市场的优势互补。从应用总量来看,泡沫混凝土在3~5年后肯定要超过加气混凝土。

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  2.2 泡沫混凝土与无机纤维保温材料相比的优势

  人造无机纤维保温材料包括岩矿棉、玻璃棉、硅酸铝纤维等。

  目前,在建筑保温中应用量较大的,主要是岩矿棉。泡沫混凝土和这类材料相比,优势更明显。虽然这类纤维材料在建筑保温中会有一定的应用,但不可能成为主导产品。

  2.2.1低价格优势

  无机纤维材料的价格远高于泡沫混凝土,提高了保温的造价。目前,纤维棉主要应用于吸声产品,在建筑保温中由于价格高,在竞争中处于不利地位。

  2.2.2 无害化的优势

  人造无机纤维棉虽然不像石棉等天然纤维棉那样使人致癌,但它在生产及使用过程的纤维粉尘污染依然对环境及人是有害的。特别是这些微尘会使人的皮肤骚痒难忍。泡沫混凝土则完全无害。

  2.2.3 使用方便的优势

  人造纤维棉大多为散状材料,不易使用。加工为板状、粒状的产品,虽好用一些,但使用的方便性仍是远不如泡沫混凝土。泡沫混凝土可方便地现浇或生产成各种制品,无机纤维棉则不能。

  2.2.4低碳优势

  人造纤维棉是岩石或矿渣等经高温(1300~1500℃)热熔后,经离心或喷吹使其纤维化而成的,能耗很高,不符合我国未来低碳经济的原则。从降低碳排量的基本经济走向看,国家肯定不会大力发展高能耗岩矿棉。这就决定了岩矿棉不可能成为建筑保温的主体材料。泡沫混凝土的能耗较低,符合低碳经济导向,对岩矿棉等无机纤维就有了竞争力。

  2.3 泡沫混凝土与其它无机多孔材料相比的优势

  其它无机多孔材料包括块状的泡沫玻璃、泡沫陶瓷、微孔硅酸钙等块状产品,粒状的玻化微珠、膨胀珍珠岩等。这些保温产品在未来建筑保温都会有一定应用,但都无法和泡沫混凝土普及性应用相比。

  2.3.1 与泡沫玻璃等块状材料相比

  在这类材料中,泡沫陶瓷、泡沫铝由于产量低且价格很高,不可能在建筑保温中广泛应用,不需细讲。泡沫玻璃已用于外墙外保温,但量很小。目前它用于建筑保温的价格约在每 立方1000元左右。普通建筑考虑到保温造价,很难选用。它将来在高档建筑的外保温中,可能会有少量的应用。加之泡沫玻璃生产的高能耗也不符合低碳经济原则。因此,虽然它的强度、耐侯性等性能优于泡沫混凝土,性价比决定了它不会成为未来建筑保温的主导材料。

  微孔硅酸钙是以硅藻土和石灰为主要原料,加入石棉纤维增强,经高温蒸压而成的微孔板材。这种材料具有密度低(大多为100~250 kg/ m3)、抗压强度高(0.5~1.0MPa),保温性好(常温导热系数0.035~0.06w/m·k),耐火性好(使用温度650~1000℃)等一系列优异性能。但是它的以下几个缺陷将大大限制它的广泛应用:一是以硅藻土为主料,其资源有限且不广,难以普及;二是以石棉增强,对人有害;三是用于建筑保温的只有板材,品种太单一,用量有限;四是价格较高,一般建筑使用不起,五是高温蒸压,投资大,不易推广。因此,它也不能成为未来建筑保温的主体,只能在钢结构防火覆盖及其它墙面覆盖中会有少量应用。

  2.3.2 与散粒状保温材料相比的优势

  散粒状保温材料目前已用于建筑保温的,主要是玻化微珠、玻璃微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、超轻陶粒等。

  在上述几种材料中,玻化微珠和玻璃微珠可能会成为用量较大的保温材料。目前它们已被开发为保温涂料、保温沙浆、保温制品等用于建筑保温。最近,山西省开发的“窑洞式保温建筑”,即是采用玻化微珠保温砂浆及混凝土建成的。在未来,它肯定会成为一种建筑保温体系,这是不容置疑的。但是,由于玻化微珠的原料是珍珠岩,玻璃微珠是以废玻璃为原料熔融喷吹而成,产量有限,且价格较高,同时,其吸水率高达40%~84%,也有严重的性能缺陷。因此,这两种材料虽会较广应用,但不可能达到泡沫混凝土的普及程度。

  膨胀珍珠岩由于吸水率高达300%,制品抗冻融性差,这几年已从建筑保温中淘汰,逐渐被其换代产品玻化微珠取代。玻化微珠实质就是球形闭孔膨胀珍珠岩。膨胀蛭石由于产量较低,资源不广,且吸水率高,虽会在建筑保温中有少量应用但不会广泛。

  超轻陶粒原用于生产空芯砌块,有一定的产量,但应用不广。近年,我们将其与泡沫混凝土相结合,开发出陶粒泡沫混凝土砌块及板材,效果良好。二者优势互补,在将来会获得一定的应用。


(责任编辑:张敏 )

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