中國科學(xué)院土木建筑研究所研究報告“發(fā)泡(泡沫)混凝土的優(yōu)勢分析”
發(fā)布時間:2023-06-12 16:15:55 來源:
1、泡沫混凝土與有機保溫材料相比的優(yōu)勢
有機保溫材料本文是指以聚苯泡沫、聚氨酯泡沫為代表的,已在建筑中廣泛應(yīng)用的那些泡沫塑料。泡沫混凝土與這些材料相比,在建筑保溫中有很大優(yōu)勢。這些優(yōu)勢決定了,以泡沫混凝土取代有機保溫材料是須的,也是合適的。
1.1防火優(yōu)勢
不論是泡沫聚苯、還是泡沫聚氨酯等其它有機保溫材料,都具有易燃性,且轟燃性強,火勢兇猛,難以撲救。即使阻燃型有機泡沫材料,也仍然避免不了火災(zāi)。我國最近的一些特大火災(zāi),其工程使用的均是阻燃泡沫塑料。同時,泡沫塑料燃燒煙霧大,毒性大,彌漫可達(dá)幾公里,濟南奧體中心和央視新大樓都因有機保溫材料引發(fā)的火災(zāi)場景。
泡沫混凝土以水泥為主料,為安全不燃材料,耐火級大于2小時,完全可以滿足任何建筑的防火要求。以泡沫混凝土進行建筑保溫,完全不會引發(fā)火災(zāi)。
更有優(yōu)勢的是,我們研發(fā)的現(xiàn)澆泡沫混凝土現(xiàn)澆保溫墻體,可以將鋼結(jié)構(gòu)完全包覆在泡沫混凝土中,將鋼結(jié)構(gòu)保護起來,即使發(fā)生火災(zāi),鋼結(jié)構(gòu)也不易變形倒塌,解決了鋼結(jié)構(gòu)的防火問題,雙重防火。
1.2耐久優(yōu)勢
建筑的設(shè)計壽命一般為50~100年。有機保溫材料都有一個不耐老化問題,難以和建筑同壽命。目前,建筑保溫相關(guān)規(guī)范對有機保溫材料的設(shè)計壽命,大多為20~25年。這就意味著,保溫層與建筑不能同壽命。一幢建筑至少要進行2~4次保溫施工。這種對建筑的反復(fù)折騰,縮短了建筑的使用期。因為,每次施工都要對建筑造成損害。
泡沫混凝土,耐久性大于50年,可與建筑同壽命,一次保溫施工,可使建筑終身保溫,避免了多次保溫施工的不足。我國黑龍江等地的泡沫混凝土屋面保溫層,為上世紀(jì)50年代初期專家指導(dǎo)施工的工程,至今近60年完好無損,仍在使用。這已充分證明了泡沫混凝土的耐久性。在規(guī)范施工的前提下,好的泡沫混凝土的服役期限完全可達(dá)100年,對重點建筑工程也是合用的。
另外,由于有機外墻外保溫和墻體結(jié)合不好,往往引發(fā)開裂,脫落等工程事故,不但使工程的耐久性無法保證,脫落物下落對人的威脅是十分嚴(yán)重的。國內(nèi)和國外都有機保溫層脫落的現(xiàn)象。
泡沫混凝土絕大部分為墻體自保溫,不存在外保溫層再脫落問題。少部分采取外墻外保溫,大多為錨固或干掛,不易脫落,少數(shù)采用粘貼,由于泡沫混凝土與墻體為同性材料,粘結(jié)十分牢固,也不易脫落。
1.3隔聲優(yōu)勢
泡沫聚苯板等有機保溫材料的隔聲性較差。50mm厚芯層的泡沫聚苯墻體,墻體兩邊的說話聲清晰可聞,而50mm厚芯層的泡沫混凝土墻體,墻體兩邊的說話聲則基本聽不到。泡沫聚苯夾芯墻體,敲打時嘭嘭響,發(fā)空,而泡沫混凝土夾芯墻體,敲擊時卻沒有那么響,也沒有發(fā)空的感覺。
泡沫混凝土在閉孔率大于90%時,就成為優(yōu)異的隔聲材料。西方一些發(fā)達(dá)國家用泡沫混凝土生產(chǎn)隔聲板。
1.4無毒無害優(yōu)勢
泡沫聚苯,泡沫聚氨酯等有機保溫材料,在生產(chǎn)時釋放大量的有害氣體,生產(chǎn)現(xiàn)場氣味嗆人,對空氣污染嚴(yán)重,有害操作人員健康。其在使用前期,也仍有殘余氣味。而在使用后期,其老化分解也仍將釋放有害物質(zhì)。所以,其生產(chǎn)與使用均是不環(huán)保的。這還不考慮其容易造成的白色污染。
泡沫混凝土基本以無機材料為主體,生產(chǎn)時無有害物質(zhì)產(chǎn)生,生產(chǎn)現(xiàn)場無任何異味。它在使用過程中,不會產(chǎn)生分解物,綠色環(huán)保。從建筑綠色化角度講,它也應(yīng)該是建筑保溫較佳選擇。
1.5不大量消耗石油資源的優(yōu)勢
建筑節(jié)能除了減排的意義之外,也有降低我國能源消耗,保護國家能源安全的意義。而泡沫聚苯等有機保溫材料,都大多以石油為起始原料,大量消耗石油資源,其應(yīng)用將加劇我國的能源危機。它的使用雖可使建筑節(jié)能,但原料卻耗能,使節(jié)能與耗能相沖突,失去了節(jié)能的意義。
泡沫混凝土的原料為水泥,不以能源為原料。水泥的生產(chǎn)雖也有能耗,但畢竟低于泡沫聚苯的原料耗能及生產(chǎn)耗能總量。
2、泡沫混凝土與其它無機保溫材料相比的優(yōu)勢
可取代有機保溫材料的無機保溫材料主要是泡沫混凝土加氣混凝土、泡沫玻璃、礦棉巖棉、?;⒅?、陶粒等。這些無機材料在未來的建筑保溫市場上,都將占有一定的比例,實現(xiàn)各種無機材料的優(yōu)勢互補,但泡沫混凝土的優(yōu)勢更多,泡沫混凝土憑借其優(yōu)勢,將在這些無機保溫材料中脫穎而出,占有建筑保溫的主體地位。
2.1泡沫混凝土與加氣混凝土相比的優(yōu)勢
加氣混凝土與泡沫混凝土比較,其明顯的優(yōu)勢是強度比泡沫混凝土高,水泥用量少。加氣混凝土的水泥用量僅5%~10%,而泡沫混凝土大多100%為水泥,至少也要50%以上的水泥。
但泡沫混凝土的綜合優(yōu)勢要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加氣混凝土,使它在未來的市場競爭中仍然會占有更大的市場份額。泡沫混凝土的較大優(yōu)勢有五個:
2.1.1可以現(xiàn)澆施工的優(yōu)勢
加氣混凝土因需蒸壓,無法現(xiàn)場施工。泡沫混凝土一輛汽車就可把全套設(shè)備拉到現(xiàn)場,七個人一天可現(xiàn)澆100~200m3。現(xiàn)澆屋面保溫層、現(xiàn)澆地暖保溫層、現(xiàn)澆各種自保溫墻體、現(xiàn)澆外墻外保溫墻面、現(xiàn)澆樓地面墊層,現(xiàn)澆灌芯立柱,都是泡沫混凝土的強項,且將在未來的建筑保溫中大顯身手??梢院敛豢鋸埖卣f,將來建筑保溫應(yīng)用量較大的,可能是現(xiàn)澆泡沫混凝土。
泡沫混凝土雖然材料成本高,但由于它可以現(xiàn)澆,省去了大量的生產(chǎn)能耗與制品加工成本,且密度低,生產(chǎn)原材料總用量少。就把總成本降了下來,化解了它的劣勢,成本反而低于加氣混凝土。以自保溫墻體可減薄墻體,降低了保溫材料用量,則現(xiàn)澆泡沫混凝土的墻體造價還要更低,顯然表現(xiàn)出現(xiàn)澆保溫的優(yōu)勢。
2.1.2低吸水率的優(yōu)勢
加氣混凝土的吸水率高達(dá)45%以上,這一直是它的一大劣勢。這一劣勢使之粉刷難,須使用界面劑。即使用上界面劑,也經(jīng)常出現(xiàn)粉刷層的空鼓、脫皮、裂紋等工程事故。
泡沫混凝土卻可以通過調(diào)整它的閉孔率來自由控制吸水率,其一般吸水率約20%~25%,低吸水率產(chǎn)品約為8%~12%,超低吸水率產(chǎn)品則可達(dá)2%~5%。這種低吸水率的優(yōu)勢,不但避免了加氣混凝土上述弊端,而且還填補了加氣混凝土在高寒地帶不能應(yīng)用的空白。目前,我們已在黑龍江生產(chǎn)應(yīng)用了陶粒泡沫混凝土砌塊。這些地方需要保溫,加氣混凝土都因高吸水率而不能應(yīng)用。我想,在東北、內(nèi)蒙、青海、新疆、西藏等至今加氣混凝土無法使用的地區(qū),泡沫混凝土將大有作為。圖6為泡沫混凝土超低吸水率產(chǎn)品表面的水珠狀況。
2.1.3低密度超輕優(yōu)勢
加氣混凝土密度大多為500~800kg/ m3,低于500 kg/ m3的產(chǎn)品很少,不能穩(wěn)定生產(chǎn),低于300 kg/ m3的產(chǎn)品幾乎沒有。由于工藝技術(shù)的制約,加氣混凝土難以生產(chǎn)400 kg/ m3以下的超輕產(chǎn)品。而目前的建筑節(jié)能,需要400 kg/ m3以下的超輕產(chǎn)品,因為其保溫性能更優(yōu)異,更有利于建筑輕型化。
目前,廣泛應(yīng)用的泡沫混凝土,密度一般為200~450 kg/ m3,正好彌補了加氣混凝土性能上的不足,二者形成了市場互補和錯位。圖7為泡沫混凝土超輕的顯示狀況。
加氣混凝土主導(dǎo)產(chǎn)品B05~B07級的導(dǎo)熱系數(shù)為0.14~0.18w/m·k,而泡沫混凝土主導(dǎo)產(chǎn)品B02~B04級的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.065~0.10 w/m·k,只相當(dāng)于加氣混凝土的一半。這意味著,使用泡沫混凝土,達(dá)到建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),墻體可比加氣混凝土減薄近一倍,這可以大量節(jié)約材料并增加使用面積。
2.1.4工藝靈活、品種多的優(yōu)勢
由于受蒸壓工藝和設(shè)備的限制,加氣混凝土基本以砌塊和條板兩大產(chǎn)品為主,其它種類的產(chǎn)品還沒有,這在一定程度上縮小了它的應(yīng)用范圍和市場份額。
泡沫混凝土既可以進行各種現(xiàn)澆施工,也可采用不同工藝生產(chǎn)制品。目前,泡沫混凝土保溫產(chǎn)品已有10多種,將來會達(dá)到幾十種。泡沫混凝土對市場需求反應(yīng)快,適應(yīng)性強。當(dāng)市場需求某種產(chǎn)品時,它可以很快生產(chǎn)出來,甚至變換一種模具,就變化出一種新產(chǎn)品。加氣混凝土就無法如此。例如,泡沫混凝土可生產(chǎn)大規(guī)格夾心屋面、墻體保溫板,目前較大規(guī)格已達(dá)3000×6000mm,加氣混凝土就不能;再如,泡沫混凝土可方便地生產(chǎn)出輕質(zhì)灌芯產(chǎn)品、夾芯產(chǎn)品、加氣混凝土也不能;再如,泡沫混凝土可很容易生產(chǎn)出陶粒增強制品、彩色制品、異型制品等,加氣混凝土也不能。這就決定了泡沫混凝土?xí)云渖a(chǎn)的靈活性占有更多的應(yīng)用領(lǐng)域。
綜上所述,可以得出以下的結(jié)論:加氣混凝土與泡沫混凝土作為同類型保溫材料,各有優(yōu)勢,但泡沫混凝土的優(yōu)勢要更多一些。在B06~B07密度等級范圍,加氣混凝土由于強度好,會占有優(yōu)勢。而在現(xiàn)澆及B05以下密度等級范圍,泡沫混凝土?xí)加袃?yōu)勢。二者可實現(xiàn)市場的優(yōu)勢互補。從應(yīng)用總量來看,泡沫混凝土在3~5年后肯定要超過加氣混凝土。
2.2泡沫混凝土與無機纖維保溫材料相比的優(yōu)勢
人造無機纖維保溫材料包括巖礦棉、玻璃棉、硅酸鋁纖維等。
目前,在建筑保溫中應(yīng)用量較大的,主要是巖礦棉。泡沫混凝土和這類材料相比,優(yōu)勢更明顯。雖然這類纖維材料在建筑保溫中會有一定的應(yīng)用,但不可能成為主導(dǎo)產(chǎn)品。
2.2.1低價格優(yōu)勢
無機纖維材料的價格遠(yuǎn)高于泡沫混凝土,提高了保溫的造價。目前,纖維棉主要應(yīng)用于吸聲產(chǎn)品,在建筑保溫中由于價格高,在競爭中處于不利地位。
2.2.2無害化的優(yōu)勢
人造無機纖維棉雖然不像石棉等天然纖維棉那樣使人致癌,但它在生產(chǎn)及使用過程的纖維粉塵污染依然對環(huán)境及人是有害的。特別是這些微塵會使人的皮膚騷癢難忍。泡沫混凝土則完全無害。
2.2.3使用方便的優(yōu)勢
人造纖維棉大多為散狀材料,不易使用。加工為板狀、粒狀的產(chǎn)品,雖好用一些,但使用的方便性仍是遠(yuǎn)不如泡沫混凝土。泡沫混凝土可方便地現(xiàn)澆或生產(chǎn)成各種制品,無機纖維棉則不能。
2.2.4低碳優(yōu)勢
人造纖維棉是巖石或礦渣等經(jīng)高溫(1300~1500℃)熱熔后,經(jīng)離心或噴吹使其纖維化而成的,能耗很高,不符合我國未來低碳經(jīng)濟的原則。從降低碳排量的基本經(jīng)濟走向看,國家肯定不會大力發(fā)展高能耗巖礦棉。這就決定了巖礦棉不可能成為建筑保溫的主體材料。泡沫混凝土的能耗較低,符合低碳經(jīng)濟導(dǎo)向,對巖礦棉等無機纖維就有了競爭力。
2.3泡沫混凝土與其它無機多孔材料相比的優(yōu)勢
其它無機多孔材料包括塊狀的泡沫玻璃、泡沫陶瓷、微孔硅酸鈣等塊狀產(chǎn)品,粒狀的玻化微珠、膨脹珍珠巖等。這些保溫產(chǎn)品在未來建筑保溫都會有一定應(yīng)用,但都無法和泡沫混凝土普及性應(yīng)用相比。
2.3.1與泡沫玻璃等塊狀材料相比
在這類材料中,泡沫陶瓷、泡沫鋁由于產(chǎn)量低且價格很高,不可能在建筑保溫中廣泛應(yīng)用,不需細(xì)講。泡沫玻璃已用于外墻外保溫,但量很小。目前它用于建筑保溫的價格約在每 立方1000元左右。普通建筑考慮到保溫造價,很難選用。它將來在高檔建筑的外保溫中,可能會有少量的應(yīng)用。加之泡沫玻璃生產(chǎn)的高能耗也不符合低碳經(jīng)濟原則。因此,雖然它的強度、耐侯性等性能優(yōu)于泡沫混凝土,性價比決定了它不會成為未來建筑保溫的主導(dǎo)材料。
微孔硅酸鈣是以硅藻土和石灰為主要原料,加入石棉纖維增強,經(jīng)高溫蒸壓而成的微孔板材。這種材料具有密度低(大多為100~250 kg/ m3)、抗壓強度高(0.5~1.0MPa),保溫性好(常溫導(dǎo)熱系數(shù)0.035~0.06w/m·k),耐火性好(使用溫度650~1000℃)等一系列優(yōu)異性能。但是它的以下幾個缺陷將大大限制它的廣泛應(yīng)用:一是以硅藻土為主料,其資源有限且不廣,難以普及;二是以石棉增強,對人有害;三是用于建筑保溫的只有板材,品種太單一,用量有限;四是價格較高,一般建筑使用不起,五是高溫蒸壓,投資大,不易推廣。因此,它也不能成為未來建筑保溫的主體,只能在鋼結(jié)構(gòu)防火覆蓋及其它墻面覆蓋中會有少量應(yīng)用。
2.3.2與散粒狀保溫材料相比的優(yōu)勢
散粒狀保溫材料目前已用于建筑保溫的,主要是玻化微珠、玻璃微珠、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、超輕陶粒等。
在上述幾種材料中,?;⒅楹筒A⒅榭赡軙蔀橛昧枯^大的保溫材料。目前它們已被開發(fā)為保溫涂料、保溫沙漿、保溫制品等用于建筑保溫。近期,山西省開發(fā)的“窯洞式保溫建筑”,即是采用?;⒅楸厣皾{及混凝土建成的。在未來,它肯定會成為一種建筑保溫體系,這是不容置疑的。但是,由于?;⒅榈脑鲜钦渲閹r,玻璃微珠是以廢玻璃為原料熔融噴吹而成,產(chǎn)量有限,且價格較高,同時,其吸水率高達(dá)40%~84%,也有嚴(yán)重的性能缺陷。因此,這兩種材料雖會較廣應(yīng)用,但不可能達(dá)到泡沫混凝土的普及程度。
膨脹珍珠巖由于吸水率高達(dá)300%,制品抗凍融性差,這幾年已從建筑保溫中淘汰,逐漸被其換代產(chǎn)品?;⒅槿〈2;⒅閷嵸|(zhì)就是球形閉孔膨脹珍珠巖。膨脹蛭石由于產(chǎn)量較低,資源不廣,且吸水率高,雖會在建筑保溫中有少量應(yīng)用但不會廣泛。
超輕陶粒原用于生產(chǎn)空芯砌塊,有一定的產(chǎn)量,但應(yīng)用不廣。近年,我們將其與泡沫混凝土相結(jié)合,開發(fā)出陶粒泡沫混凝土砌塊及板材,效果良好。二者優(yōu)勢互補,在將來會獲得一定的應(yīng)用