泡沫混凝土在裝配式建筑中的應(yīng)用研究

李曉

【摘要】本文基于對泡沫混凝土在傳統(tǒng)工程的應(yīng)用分析，得到了泡沫混凝土的性能特點，并結(jié)合裝配式圍護結(jié)構(gòu)的施工實際，挖掘到了泡沫混凝土在實際工程中的物理性能優(yōu)勢和施工成本優(yōu)勢，并展示了組合式泡沫混凝土圍墻、隔墻對泡沫混凝土在裝配式建筑中的應(yīng)用研究，具有一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】泡沫混凝土;裝配式建筑;圍護結(jié)構(gòu);ALC條板

泡沫混凝土出現(xiàn)于20世紀30年代，是一種環(huán)保、節(jié)能、低廉的建筑節(jié)能材料[1，2]，它是通過物理或化學方法在混凝土漿體中引入大量氣體，形成含有大量細小封閉氣孔的混凝土制品[3]。目前主要應(yīng)用于屋面保溫、外墻保溫、路基擴建、回填減重等方面，主要利用其輕質(zhì)、多孔的特性。在諸多應(yīng)用體系中，尤其是裝配式建筑的維護體系中，呈現(xiàn)出對傳統(tǒng)建筑材料全面替代的趨勢。

本文的研究主要基于兩點：一是泡沫混凝土在傳統(tǒng)應(yīng)用范疇中的應(yīng)用原理;二是泡沫混凝土在裝配式建筑維護體系中的應(yīng)用優(yōu)勢分析。在此基礎(chǔ)上，對泡沫混凝土的成本優(yōu)勢和發(fā)展前景進行簡單的展望。

1.泡沫混凝土的傳統(tǒng)應(yīng)用

泡沫混凝土是由水泥、發(fā)泡劑、外加劑、摻合料、纖維[4]等材料加水攪拌形成的新型混凝土，其原材料構(gòu)成與普通混凝土之間存在較大的差異，最顯著的差異在于：泡沫混凝土不需要粗骨料、非必要細骨料，同時泡沫混凝土需要摻入一定量的纖維材料。材料的構(gòu)成特點，使泡沫混凝土具有以下幾種特質(zhì)：

（1）輕質(zhì)性，泡沫混凝土是在比較理想的狀態(tài)下，用引入氣泡的方式填充混凝土中的空隙，其容重相對于普通混凝土而言，減少的幅度極大。

（2）力學性能存在比較優(yōu)勢，由于缺少骨料填充，泡沫混凝土的抗壓強度在同等水灰比條件下是低于普通混凝土的。但由于纖維材料的摻入，使泡沫混凝土在同等抗壓強度條件下，抗拉抗折性能優(yōu)于普通混凝土。

（3）耐久性能具有較大優(yōu)勢，泡沫混凝土使用的主要添加劑為發(fā)泡劑，能使混凝土中的氣泡含量提升5倍以上。密閉氣泡的大量存在，阻斷了混凝土的受蝕路徑和內(nèi)部熱導(dǎo)、電導(dǎo)路徑，使混凝土的抗凍融破壞、抗氯離子滲透、抗碳化能力得到顯著提升。

上述幾種特質(zhì)與泡沫混凝土的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域之間是存在高度對應(yīng)關(guān)系的。泡沫混凝土分別應(yīng)用于屋面保溫、外墻保溫、路基擴建和溝槽回填。其中屋面保溫利用了泡沫混凝土的保溫隔熱性、輕質(zhì)性、耐久性優(yōu)勢;外墻保溫利用了泡沫混凝土的保溫隔熱性和耐久性優(yōu)勢;路基擴建主要利用了泡沫混凝土抗拉抗折比較優(yōu)勢和耐久性優(yōu)勢[5];回填減重主要利用了泡沫混凝土的輕質(zhì)性和耐久性優(yōu)勢。而對泡沫混凝土的優(yōu)勢利用與其利用部位之間，也存在強烈的耦合性。當作為圍護結(jié)構(gòu)（屋面、外墻）時，偏重于輕質(zhì)性;當作為受力結(jié)構(gòu)（路基、回填層）時，偏重于力學比較優(yōu)勢;而耐久性優(yōu)勢，更多地發(fā)揮增值作用。需要注意的是：力學比較優(yōu)勢是相對的，而耐久性和輕質(zhì)性優(yōu)勢是絕對的。所以，泡沫混凝土能夠應(yīng)用于圍護結(jié)構(gòu)是絕對的，而在受力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用是相對的。

這一概念，有助于我們理解泡沫混凝土在裝配式建筑中應(yīng)用的模式，即增進我們對泡沫混凝土首先應(yīng)用于裝配式建筑的圍護結(jié)構(gòu)這一事實的理解。

2.泡沫混凝土在裝配式建筑圍護結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的優(yōu)勢分析

裝配式建筑，在我國作為新興的建筑產(chǎn)業(yè)，很大程度上代表了新型材料、新型建材、新型理念、新型技術(shù)的深度融合。泡沫混凝土作為新型材料，在圍護結(jié)構(gòu)領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)材料形成了強大的替代趨勢。

2.1在室內(nèi)隔墻方面的兩種主要形式

（1）預(yù)制混凝土隔墻是一種典型的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。自20世紀80年代開始，就廣泛運用于房建工程的整體裝配施工，這種結(jié)構(gòu)最大的缺陷是自重大、成本高。其中成本高是預(yù)制混凝土隔墻的材料成本與現(xiàn)澆混凝土相比優(yōu)勢不顯著。自重大則進一步帶來了施工機械成本的增加和承載結(jié)構(gòu)力學設(shè)計閾值的增高，引起裝配式結(jié)構(gòu)整體成本的攀升。

（2）ALC條板隔墻是由日本、德國引進的一種新式隔墻材料，相對于預(yù)制混凝土隔墻，ALC隔墻有效降低了隔墻自重，同時作為一種典型的多孔介質(zhì)材料，具有良好的隔音隔熱效果。但在施工過程中，需要進行大量的濕作業(yè)，增加了人工成本，降低了勾縫施工質(zhì)量的可控性。

2.2在室外圍墻方面的兩種主要形式

（1）磚砌圍墻是一種應(yīng)用極為普遍的傳統(tǒng)的圍墻形式。單磚制造工序相對復(fù)雜，人工成本高。原則上講，磚砌圍墻不屬于裝配式建筑的范疇，但該種形式的圍墻在裝配式建筑的室外設(shè)施建造中相對普遍，故于此列出。

（2）預(yù)制混凝土圍墻是將預(yù)制混凝土用于室外所產(chǎn)生的一種圍墻形式。其特點與預(yù)制混凝土隔墻基本相同。因其較大的自重會提高對生產(chǎn)基礎(chǔ)施工的要求，安裝過程的機械成本也會增加。

2.3綜合以上四種結(jié)構(gòu)形式，可以歸納出當前在裝配式建筑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中的普遍性痛點

（1）設(shè)計的均衡性問題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，均衡性問題主要體現(xiàn)在力學系統(tǒng)的傳導(dǎo)路徑。傳統(tǒng)的預(yù)制混凝土構(gòu)件，增加了力學系統(tǒng)的額外壓力，對設(shè)計的均衡性影響突出。

（2）工藝的可控性問題。按照社會生產(chǎn)的一般規(guī)律，在施工的各個環(huán)節(jié)中，人為因素參與越少、機械化越高、定量越精確，則工藝的可控性越強，磚砌圍墻和ALC條板隔墻，顯然對這一問題存在不利影響。

（3）成本的限制性問題。伴隨我國勞動力成本的增加，在建筑施工中使用的人工數(shù)量已成為主要的成本考慮因素之一。人工作業(yè)具有低效性、低質(zhì)性和高成本的特點，是現(xiàn)有裝配式圍護結(jié)構(gòu)共同面臨的問題。

根據(jù)以往在裝配式施工中的長期實踐，發(fā)現(xiàn)泡沫混凝土輕質(zhì)隔墻能夠針對性地解決上述痛點。在池州項目實踐中制作了泡沫混凝土相關(guān)產(chǎn)品，主要性能指標如表1所示。

2.4通過泡沫混凝土與常見的四種材料的對比，可以得到以下幾個特點

（1）泡沫混凝土的比重與ALC板材差別不大，導(dǎo)熱系數(shù)略優(yōu)。在抗壓強度方面，泡沫混凝土可調(diào)整的區(qū)間較大。

（2）泡沫混凝土與磚砌體、預(yù)制混凝土相比，具有明顯的比重優(yōu)勢和保溫隔熱優(yōu)勢。需要注意的是此處三者僅作為圍護結(jié)構(gòu)進行比較，混凝土在強度上的較大優(yōu)勢，在作為圍護結(jié)構(gòu)時，并不是亟須考慮的事項。

以圍護結(jié)構(gòu)的特殊性而言，泡沫混凝土在物理性能上相對于磚和預(yù)制混凝土具有較大的優(yōu)勢，而相對于ALC板墻，物理優(yōu)勢并不明顯。

泡沫混凝土應(yīng)用于隔墻時，減少了拼裝次數(shù)，無須人工抹灰濕作業(yè)處理;在應(yīng)用于圍墻時，可以直接以單體立墻形式加以快速組裝，大幅降低人工成本耗費，圍墻基礎(chǔ)也采用裝配式方式快速施工。因而，泡沫混凝土輕質(zhì)隔墻相對于預(yù)制混凝土和ALC隔墻，有效地解決了安裝過程中現(xiàn)場工作量大和濕作業(yè)多的問題，相對于預(yù)制混凝土和磚砌體圍墻，有效解決了機械化快速施工的問題。

泡沫混凝土的主要優(yōu)勢，如表2所示。

3.結(jié)論

本文基于對泡沫混凝土在一般工程中的應(yīng)用情況分析，得到了泡沫混凝土在裝配式建筑中具有巨大應(yīng)用潛力的結(jié)論。同時結(jié)合對裝配式建筑中常見的隔墻、圍墻形式的比較分析，得到了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式的主要難點和成本不利點，而通過與泡沫混凝土在實際工程中的應(yīng)用情況比較，挖掘到了泡沫混凝土在裝配式圍墻、隔墻中應(yīng)用的絕對優(yōu)勢和相對優(yōu)勢，泡沫混凝土在裝配式圍護結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用將是未來的趨勢。

參考文獻

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（作者單位：中國水利水電第八工程局有限公司）

【中圖分類號】TU723.3

【文獻標識碼】B

【文章編號】1671-3362（2020）09-0096-02