轻质现浇发泡混凝土施工：五新科技无机纳米发泡混凝土在现浇领域的应用

一、前言

深圳市明远建筑科技有限公司，主要从事混凝土 3D 打印的技术研究，包含混凝土打印服务、混凝土打印设备及混凝土打印材料的研发和销售。我司具有完全自主知识产权的大型打印设备、适配打印材料和打印控制软件，打印速度和精度在国内处于领先水平，无论是建

筑工程还是艺术造型等构件成型，我们都有较多的实际制造经验。纳米泡沫混凝土是我司最新研发的一种新型建筑材料，既可以用作混凝土 3D 打印油墨，也可以预制成型为轻质发泡板材，同时还能应用于混凝土的现浇领域。

二、无机纳米发泡混凝土原理

纳米无机发泡剂为主要核心原材料的纳米发泡混凝土。纳米无机发泡剂的发泡原理是物理发泡，与普通发泡剂相比，具有泡沫密度低、泡沫尺寸小、发泡倍数高、稳泡好、浇筑不沉降等优点，能在水泥浆中形成微小气孔的纳米粒子稳定泡沫。将该纳米泡沫加入水泥浆，与美国 GRACE 集团生产的泡沫在同样配方条件下相比；形成同等密度的 450 kg/m3 的泡沫混凝土时，纳米泡沫混凝土的孔尺寸为美国GRACE 泡沫混凝土的六分之一，强度为其 2.5 倍。

三、无机纳米发泡混凝土优势依托新型纳米发泡剂，纳米泡沫混凝土与普通泡沫混凝土相比，可以实现在相同密度等级下强度更高，或者相同强度等级下密度更低的性能特点。目前市面上的传统泡沫混凝土就出现了质量不稳定、密度不均匀、强度不可控等问题，从而导致在实际工程应用中出现许多问题，如浇筑后下沉、设计高度不够、强度不够、表面起粉等，而且水泥用量大，不能真正意义上起到节能减排的作用。无机纳米发泡混凝土是在水泥浆中形成了微小气孔的纳米粒子稳定泡沫，产品品质稳定，性能卓越，克服了传统泡沫混凝土的所有弊端。无机纳米发泡混凝土有以下优异性能：

1、轻质：泡沫混凝土干密度 200-1200kg/m3 ，相当干普通混凝土的 1/2-1/10，根据建筑物的不同部位生产不同密度的泡沫混凝土，在非承重部位和承重部位使用，可大幅降低建筑物的自重，提高构件的承载力。

2、高强：泡沫混凝土的强度范围一般在 0.2-20.0Mpa，根据建筑物的不同部位及承重要求生产与干密度对应的强度，与同等的轻质材料相比强度能很好的满足建筑结构需求，常用强度和干密度的关系可参考泡沫混凝土标准。

3、保温隔热：泡沫混凝土中含有大量封闭的细小空隙，热工性能良好，一般导热系数为 0.06-0.3w(m.k)，作为屋面保温隔热及楼地面保温材料，具有良好的保温节能效果。

4、隔音：泡沫混凝土是多孔材料，具有良好的隔音性能。

5、固化后自立性、自密实：泡沫混凝士是泵送的流体混凝土，浇筑后自流，凝固后自然密实，无需振捣或夯实，自动成型，对其它结松物没有侧压力。

6、高流动：泡沫混凝土的流动度 180 士 20mm，软管水平输送可达 1000m，软管垂直输送可达 120m。

7、低弹抗震：泡沫混凝土弹性模量与抗压强度有较好的线性关系，具有较低的弹性模量，对冲击能量吸收性好，外力使其发生较大的变形后不发生整体破坏，改善结构体受力大小。

8、防火：泡沫混凝土是水泥制品，无机材料，完全阻燃。

9、耐久性：泡沫混凝土是水泥类材料，寿命与水泥同等，性能稳定，保质期 50 年以上，与建筑主体同寿命，具备极好的耐久性。

10、材料广泛：泡沫混凝土主要材料水泥、水、发泡剂等，取材方便。11、施工快速：泡沫混凝土现场发泡，软管输送，直接浇筑，根据项目大小情况，可采用 20-120m3/小时的设备，每天的工程量可达200-1200m3，节省工期。

四、应该范围

1、肥槽回填

肥槽是为提供作业面而多开挖的那一部分空间，如建筑物地下室外墙或基础外墙与基坑边之间的空间。肥槽回填要求回填材料强度高于 1MPa，为此设计出湿容重 500kg/m3、干容重 400kg/m3的泡沫混凝土，使用纳米发泡剂，可以将最低水泥用量减少到 260 kg/m3，节约原料成本约 40%，提升隔热保温能力 20-30%，实际节省水泥用量 190kg/m3，在大幅度节约成本的同时，为减少碳排放做出了实际贡献（每吨水泥生产排放 0.93 吨二氧化碳）。

使用纳米泡沫混凝土进行肥槽回填，不仅能节省大量材料成本，还能节省人工成本和加快施工进度。由于泡沫混凝土质量轻，料浆流动度大，采用泵送施工，在肥槽周围设置几个固定泵送浇筑点连续浇筑，现场仅需 4-5 个普工值守，而且劳动强度不高，只需定时加注发泡、操作搅拌泵送机具及施工巡视，一套设备每天可浇筑 500 立方泡沫混凝土，施工效率大大提高。2、路基（拓宽）填筑随着我国经济的高速发展，每年都兴建大量的交通基础工程；另方面，对于路况较为繁忙、车流量较大、运营时间较长的路段，路面宽度无法满足日益增长的车流量需要，对这类公路进行改扩建施工显得尤为必要。在改扩建施工中，公路拓宽的方式较为常见，这是提高公路运输能力的主要手段。

在路基填筑施工中，多应用土石回填方式。然而此种回填方式会加大竖向压力，因此对底部承载力要求非常高，而我国存在大范围深厚软土，地基承载力低，沉降变形大，工程病害，在此区域修建或拓宽路基往往会遇到不均匀沉降等问题，影响道路质量，给公路的安全运营带来一定隐患。所以，减小不均匀沉降是新改建工程成败的关键。纳米泡沫混凝土提供了解决此问题的一种新方法，它具有轻质、稳定、隔热性好、受环境因素影响小等特性，在路基填筑过程中能够降低载荷压力，减少不均匀沉降，进而提高了施工质量、降低作业难度、提高作业人员的安全性、缩短施工工期、节约土地资源，在公路工程改扩建拓宽施工中，对路基填筑、基础处理等方面具有一定的作用，工程应用前景广阔。

泡沫混凝土用于路基填筑已经有了很多实际工程案例，专家学者也发表了很多论文文章，验证了泡沫混凝土在路基填筑的可行性和优势。路基填筑一般要求泡沫混凝土强度为 1MPa 左右，当路面以下深度更深时，要求的强度更低，最低 0.4MPa 即可满足要求。采用我司纳米发泡技术，纳米泡沫混凝土干密度 300~400kg/m3 即可满足强度要求，水泥用量可以大大减少，所以相比于其他回填材料和普通泡沫混凝土，节省了很多材料成本。

3、矿坑回填

我国是矿产资源丰富的大国，建国以来，特别是改革开放后矿业迅速发展，但大规模的开发同时带来了生态环境问题。遥感调查监测数据显示，截止 2018 年底，全国矿山开采占用损毁土地约 5400 多万亩，其中正在开采的矿山占用损毁土地约 2000 多万亩，历史遗留矿山占用损毁约 3400 多万亩。随着生态文明建设的日益推进，矿山修复成为一个重要的环境治理议题。废弃矿坑可以修复成自然生态旅游景观，也可以通过回填后覆土发挥耕地价值，或者回填后为经济的发展提供更多建设用地。

矿坑回填一般是用土石方、工业废渣或建筑废渣作为回填材料，需要大量的渣土车、推土机和挖掘机等施工车辆和设备，运输成本高、回填工期长，而且回填质量不易控制，后期有发生沉降的风险；此外，土石方资源有效，通常需要单独招标确定进场土源，或者就近开挖填补，这也相当于破坏了其他地方的土壤层。我司纳米泡沫混凝土为矿坑回填提供了新的解决方案，具有成本低、施工简单快捷、强度有保障等优势。使用纳米泡沫混凝土进行矿坑回填，水泥用量少，还可以充分利用废弃工业废渣粉取代一部分水泥，以进一步降低成本，直接泵送施工回填，无需下到矿坑作业，安全风险小。

4、屋面保温

我国目前正处在建筑节能的重要时期，建筑外墙和屋面的热桥耗能在建筑工能中占比较大。目前，市面上保温隔热性能较好的多为有机材料，但有机保温板接缝多，当防水层有渗漏时会沿着接缝串水，不容易找到渗漏点，不易维修，且其材料本身存在易燃、易老化、强度、吸水率高等问题，使得对屋面采取的节能措施并没有达到预期的效果。我司无机纳米发泡混凝土具有优良的保温隔热性能、良好的隔声性能、质量轻、强度较高、防火 A 级和高耐久性能等，目前也被大量应用于屋面保温，与其它保温材料相比还具有许多技术优势。

比如我们的纳米泡沫混凝土在施工过程中可泵性好，可现场浇注至施工部位，与主体结构层结合紧密，简化了施工工序，缩短施工工期，在屋面充作保温隔热层可不留分隔缝和透气管。

5、基础垫层浇筑

传统基础垫层使用 C15 或 C20 普通混凝土进行浇筑，此类施工工艺适用于原土层承载力较高的地质，若应用在淤泥质土层上，则需进行大量换填，并提前铺设机械施工道路。目前，国内淤泥质土层上的混凝土垫层浇筑技术尚不成熟，使用传统工艺浪费工期、增加成本，为提高工程进度和经济效益，需选择性价比更高的施工工艺。

通过配合比调节，设计出抗压强度为 1~5MPa 的纳米泡沫混凝土，强度显著大于混凝土底板压力（0.025MPa），有效保证泡沫混凝土垫层的完整性，由于泡沫混凝土的轻质性，可浮淤泥质土表面，施工表面自然水平，凝固后可直接粘贴各种地面材料，且泡沫混凝土的多孔性使其具有较低的弹性模量，从而对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用，提高整体抗震。利用纳米泡沫混凝土密度小、成型快、操作便捷、与淤泥有效结合等优点，在保证垫层强度的情况下，解决普通混凝土垫层无法在流塑状淤泥质土层上浇筑的难题，并明显缩短工期、加快工程进度、提高经济效益。

6、卫生间/地下室回填

卫生间回填材料可以选择陶粒，它的优点是吸臭又吸水，重量也是比较轻的。不过陶粒自身并没有处理臭味的能力，时间长了卫生间内的味道会越来越大，而且陶粒施工复杂、维修难度大，材质松散，易导致渗漏，陶粒的价格也比较昂贵。

卫生间回填选用泡沫混泥土，他的优点是重量比较轻，不开裂不沉降，流动性大，能自主找平，施工简单，能解决卫浴间沉箱积水，减轻建筑物整体荷载，是比较适合卫生间装修回填的材料。

7、屋面边坡。泡沫混凝土用于屋面边坡，具有重量轻、施工速度快、价格低廉等优点。坡度一般为 10mm/m.厚度为 0.03-0.2m，采用密度为 800-1200kg/m3 的泡沫混凝土。

8、墙体现场浇筑:泡沫混凝土经现场发泡、浇筑用作建筑物的非承重墙体，改变了目前常用预制砌块砌筑墙体的方法。墙体整体性好，施工简便，劳动强度小，造价低，同时具有轻质、保温隔热、防水防渗等优点，是目前传统墙体的替代产品。

8、用作挡土墙。主要用作港口的岩墙。泡沫混凝土在岸墙后用作轻质回填材料可降低垂直截荷，也减少了对岸墙的侧向载荷。这是因为泡沫混凝土是一种粘结性能良好的刚性体，它并不沿周边对岸墙施加侧向压力，沉降降低了，维修费用随之减少，从而节省很多开支。

泡沫混凝土也可用来增进路堤边坡的稳定性，用它取代边坡的部分土壤，由于减轻了质量，从而就降低了影响边坡稳定性的作用力。

9、管线回填。地下废弃的油柜、管线(内装粗油、化学品)、污水管及其他空穴容易导致火灾或塌方，采用泡沫混凝土回填可解决这些后患，费用也少。泡沫混凝土采用的密度取决于管子的直径及地下水位，一般为 600-1100kg/m3。

10、贫混凝土填层。由于使用可弯曲的软管，泡沫混凝土具有很大的工作度及适应性，因此它经常用于贫混凝土填层。如对隔热性要求不很高，采用密度为 1200kg/m3左右的贫混凝土填层，平均厚度为0.05m；如对隔热性要求很高，则采用密度为 500kg/m3的贫混凝土填层，平均厚度为 0.1-0.2m。

11、管道及热工设备保温。目前，国内热力管道及热工设备对保温材料的需求量为 250 万 m3/年，仅一个电厂就震保温材料 2-5 万 m3，

北方冬季供暖热力管道及工厂热力管道度保温材料的需求更为惊人。目前的主导产品矿棉类无机纤维使人皮肤瘙痒、吸水性强、价格高，也急需换代，泡沫混凝土在这一方面也会大有作为。

12、冷库保温：冷库保温现使用泡沫塑料。因泡沫塑料易老化萎缩和易燃，因此发达国家均改为泡沫混凝土浇筑或砌筑保温层，中国也已开始取代。其主要采用整体现浇，屋面、墙体、地面全部泡沫混凝土现浇，无冷桥，无缝隙。

13、工业炉窑保温

其主要产品为耐火保温砖。钢铁厂、玻璃厂、陶瓷厂、有色金属冶炼厂、水泥煅烧窑等大型工业炉窑，为降低能耗，在耐火砖外侧，需砌筑一层保温耐火砖。原多使用漂珠砖、氧化铝泡沫砖，价格极高，国内已开始采用泡沫混凝土耐火砖取代高价传统产品。

14、室外吸音材料(公路、铁路吸音屏障)

泡沫混凝土室外吸音材料市场主要是高速公路及铁路两旁的吸声屏障。国内未来大力发展铁路公路，吸声屏障至少有 3000 万 m3 以上的需求。目前道路用吸声屏障主要是碎木屑水泥板及泡沫玻璃板。

前者吸声系数很低，不能满足高速铁路的需要，且不美观，后者价格太高。而泡沫混凝土吸声性能好，可满足任何道路吸声要求，而价格却很低。

15、室内墙面吸声

室内吸声有吸声吊顶及吸声墙面，泡沫混凝土在墙面吸声上有很大市场优势。它与岩矿棉等纤维吸声板相比，没有切割安装时让浑身刺痒的缺点，且强度好，价格也低。在地铁墙面，本产品将大有市场，在大型商场，车站候车室，影剧院，会议厅等其他建筑墙面也有极大

的市场。

16、机场与赛车场防护吸能应用泡沫混凝土具有极强的抗冲击性能，用大锤能把普通混凝土砸破，但难以砸破泡沫混凝土，利用它的这种吸能性，国外已经研发和应用了一批高附加值产品，如飞机场安全防护泡沫块，赛车场安全防护泡沫块，公路事故易发地带安全防护泡沫块等，当飞机，汽车因失控冲出跑道或道路时，进入发泡块防护带，由于泡沫块的冲击力吸收性能，使其停滞并保护飞机或车辆无损。

17、抗渗防水功能的应用

闭孔性泡沫混凝土具有憎水性，滴上水呈荷叶露珠效应，因此其抗渗防水优异。

在建筑所有重要防水的部位如层面，地下室，卫生间等浇筑或砌筑泡沫混凝土，可省去防水剂，且达到永久防水，克服防水涂料易脱落失效的缺点，用其代替防水材料，成本低，寿命长，更具竞争性。

在水利工程如水渠、水池、水塔、游泳池、地下军事工程，隧道、堤岸、鱼塘，人工湖等防水抗渗方面，均可使用泡沫混凝土砌筑或浇筑，省去所有防水材料，它既是结构材料，又是防水材料有很大优势。

18、地下及水中工程抗氯离子侵蚀应用

在氯离子含量大的土壤内或水中，混凝土工程的基座、基桩、桥墩等，都可能遭受氯离子侵害。假如在这些工程结构的外部砌筑或浇筑一层泡沫混凝土保护层，由于泡沫混凝土不透水，氯离子就不会由水携带侵蚀混凝土。

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