泡沫混凝土的规范简介及典型工程参数设计

2023年4月24日发(作者：串联暖气片正确安装方法图)

泡沫混凝土的规范简介及典型工程参数设计

泡沫混凝土（Foamed concrete）是将预制的泡沫通过机械搅拌的方式均匀掺入到水泥基胶凝材料净浆或砂浆中，经过泵送系统进行现浇施工或模具

成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料。泡沫混凝土表现出了良好的防火性、阻燃性、抗老化性能；不仅如此，与一般有机材

料如EPS相比，泡沫混凝土的强度及耐久性高、使用寿命长、施工加工过程简单、生产成本低；膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等颗粒状松散保温材料吸水率高，

制品不抗冻融，松散不易使用，其应用也受到限制。而泡沫混凝土)价格低廉，原料易得，既可快速现浇施工，又可制成各种制品，同时具有防火性、隔

声性、抗震性、耐候性以及与建筑同寿命等特点，发展前景十分广阔。

1 泡沫混凝土的特性

泡沫混凝土与普通混凝土在组成材料上的最大区别在于泡沫混凝土中没有普通水泥混凝土中使用的粗集料，同时含有大量封闭的细小气泡孔，与普

通混凝土相比，其具有以下特点：

（1）质量轻

泡沫混凝土的密度小，密度等级一般为300～1200kg/m，其密度只相当于普通水泥混凝土的1/2～1/8。近年来，密度更低的超轻泡沫混凝土也在建

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筑工程中开始出现，但尚未得到较大范围的应用。由于泡沫混凝土的密度小，在建筑物的内外墙体、层面、楼面等建筑结构中采用该种材料，一般可使建

筑物自重降低25%左右，有些可达结构物总重的30%～40%。因此，在建筑工程中采用泡沫混凝土具有显著的经济效益。

（2）保温隔热性能好

泡沫混凝土的内部充满大量封闭、均匀、细小的圆形孔隙，因此有良好的保温隔热性能，这是普通混凝土所不具备的。通常密度等级在300～1200kg/m

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范围的泡沫混凝土，导热系数在0.06～0.3W/(m·K)之间。采用其作为墙体或屋面材料具有良好的节能效果。

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（3）隔音、耐火性能好

泡沫混凝土属多孔材料，其内部含有大量的封闭孔隙，因此它也是良好的隔音材料。在建筑物的楼层和高速公路的隔音板、地下建筑物的顶层等都可

采用泡沫混凝土作为隔音层。泡沫混凝土是无机质材料，不会燃烧，在建筑物上使用，可以提高建筑物的防火性能。

（4）抗震、吸能性能

泡沫混凝土由于密度小、质量轻、弹性模量低，因而泡沫混凝土结构的自震周期长，在地震荷载作用下所承受的地震力小，震动波的传递速度也较

慢，根据震动学原理，建筑结构的自震周期越长，对冲击能量的吸收也就越快，另外，泡沫混凝土还可以通过自身气孔系统的变形和破坏，吸收大量能

量。因此，泡沫混凝土具有优异的减震、吸能效果。

（5）工作性和耐久性

泡沫混凝土在施工过程中能够自流平、可泵性能好，可以进行大规模现场施工。另外泡沫混凝土属于无机材料，其可以防止细菌和害虫的侵蚀，与建

筑物同寿命，具有优异的耐久性能。

（6）其他性能

泡沫混凝土的一些其它特殊功能也逐渐被人认识，譬如阻尼吸能、抗爆、吸收电磁波、透水过滤、抗渗抗潮、保水绿化、抗冲击防护、漂浮承载等等。

这些功能的发现，逐渐使泡沫混凝土的应用从保温、填充等民用领域扩展到工业、国防和航天等高端领域。

现在工业发达国家，不仅在工厂中生产出泡沫混凝土制品，而且在施工工地使用了现浇泡沫混凝土，并取得了良好效果。目前，泡沫混凝土发展和应

用最为发达的三个地区是：欧洲、北美、亚洲的中日韩及东南亚。纵观国内外，目前泡沫混凝土主要应用领域有：

（1）现浇屋面泡沫混凝土保温层

目前在我国，泡沫混凝土应用量最大应用的就是地暖保温层，其中屋面保温大约占其一半（图1.3）。泡沫混凝土属于节能型保温材料，用于屋面保温

层的泡沫混凝土采用密度等级一般为200～1000 kg/m，其做法是将保温层、找坡层和找平层三道工序一起施工，从而简化屋面构造层数，施工简便，整

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体热工性能好。

图1 泡沫混凝土屋面保温层

（2）泡沫混凝土保温砌块

另外，还可以将泡沫混凝土制备成保温砌块，其中主要包括泡沫混凝土保温板和预制砖（图1.4）。泡沫混凝土混凝土预制砖具有一定的抗压强度，可

以用在建筑隔层墙体的建造中。与粘土砖和空心砖相比，它具有强度高不怕冲击，稳定性好干燥收缩不易产生裂纹，隔音隔热性能良好而又耐水防潮等优

点。泡沫混凝土保温墙板可以贴到墙体上来提高墙体的保温隔热性能。

图2 泡沫混凝土砌块

（3）泡沫混凝土地基补偿

建筑物的不均匀沉降会导致大量裂缝的产生，因此，现代建筑设计与施工越来越重视建筑物在施工过程中的自由沉降。由于建筑物群各部分自重的

不同，在施工过程中将产生自由沉降差，在建筑物设计过程中要求在建筑物自重较低的部分其基础须填充软材料，作为补偿地基使用，泡沫混凝土能较好

地满足补偿地基材料的要求（图1.5）。

图3 泡沫混凝土补偿地基

（4）矿坑填充

在国外，泡沫混凝土使用量最大的应用是废弃矿坑的填充。这是因为轻质泡沫混凝土具有自流平特征，易于泵送，不容易堵管，可通过改变容重有效

控制其强度范围，且压缩性良好，可确保工程均匀沉降，从而达到补偿因自重引起的自由沉降差（图1.6）。而且由于泡沫混凝土自重轻，故可有效防止地

基滑移。我国的大量矿井已进入老化期和报废期，防止地面沉降及瓦斯已成重大问题，用土回填难度很大。用泡沫混凝土填充，省力省工省材料，国内已

有成功经验。例如泡沫混凝土被成功运用在2008北京奥运会奥林匹克中心地下通道回填工程中。但是，泡沫混凝土运用在大型矿坑（煤矿、铁矿等）的

填充工程还比较少见，处于起步阶段，具有广阔的发展前景。

图4 泡沫混凝土矿坑填充（Combe down stone mine, UK）

（5）用作挡土墙。主要用作港口的岩墙(图1.7)。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。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，从而就减小了影响边坡稳定性的作用力。

图5 泡沫混凝土用作岩墙后填充

（6）其他

在国外泡沫混凝土还被应用于修建运动场和田径跑道，用作夹芯构件，管线回填等方面。

2 泡沫混凝土的研究现状

2.1 国外

目前，泡沫混凝土已成为国际研究热点，国内外都开展了相关研究。1998年，Durack 和Weiqing提出孔隙率与泡沫混凝土凝胶体强度的关系；2001

年，Kearsley和Wainwright研究了高掺量粉煤灰对泡沫混凝土强度的影响及其泡沫混凝土的孔隙与渗透特性；Nehdi 等人在人工神经网络技术的基础上，

提出推测泡沫混凝土的密度和抗压强度的非传统方法。另外还有一些研究发现通过掺入大量工业废渣不但降低了生产成本，而且提高了泡沫混凝土的性

能。如：等人在2004年和2006年分别提出了在泡沫混凝土中利用未经处理的低钙粉煤灰代替砂能明显提高泡沫混凝土的流动性和后期强度，

干表观密度在1000、1200和1400 kg/m时，抗压强度为分别为6.4、7.0和10.2 MPa，并探讨了泡沫混凝土用作结构材料的可能性；2006 年，E.K. Kunhanandan

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Nambiar和rthy提出粉煤灰部分代替砂对泡沫混凝土密度和不同龄期抗压强度的影响，研究了干表观密度在800-1250 kg/m之间的砂-粉煤灰泡

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沫混凝土，其抗压强度在2.0～13MPa；随后他们在2008年给出了泡沫混凝土与孔隙率相关的强度预测模型；另外他们还研究了泡沫混凝土的收缩性能，

并指出掺加细集料可以显著降低泡沫混凝土的收缩。A. M. Ahmad Zaidi 和等人还分别研究了泡沫混凝土的抗冲击性能，并建立了相应的数值

[34]

模型，为泡沫混凝土在“吸能、防撞和防暴”工程的运用提供了实验和理论基础。2012年，Md Azree Othuman 和等人研究了泡沫混凝土在高温

下的力学及传热行为，并建立了相应的预测模型。为泡沫混凝土在高温等极端环境下的应用提供了理论基础。

英国邓迪大学在泡沫混凝土的研究和推广方面在业内享有盛誉。其在泡沫混凝土材料领域有30年的研究经验，参与制定了“英国高速公路泡沫混凝

土使用标准”。表1列举了邓迪大学土木学院，混凝土技术中心（Concrete Technology Unite, CTU）自1998年以来连续发表的泡沫混凝土方向的硕士和博

士论文。由表可见，邓迪大学已经对泡沫混凝土的早期性能（流变）、力学性能、耐久性（收缩、碳化、冻融等）和功能性（导热、抗冲击）都进行了大

量研究，提出的泡沫混凝土的配比设计方法、制备方法，强度、热导、冻融能力和结构构件等方面的大量实验数据被大量科研工作者广泛引用，对泡沫混

凝土在英国、乃至欧洲的发展和推广产生了重要影响。

2.2国内

中国的泡沫混凝土的发展并不晚，仅次于欧洲。1950年，前苏联专家就开始向中国推广泡沫混凝土技术。1952年，中国科学院土木建筑研究所成立

了以黄兰谷为首的泡沫混凝土试验中心，开始了中国泡沫混凝土的正式试制。1954年，在中国科学院土木所与其他单位合作下，由前苏联专家指导，在

哈尔滨生产出蒸压泡沫混凝土板，用于哈尔滨电表仪器厂屋面。这是我国首次将泡沫混凝土用于建筑保温。在1980年前后，欧洲的泡沫混凝土现浇技术

进入了我国的开放前沿广东，由于广东及其周边地区夏季炎热，对屋面隔热需求强烈，泡沫混凝土屋面现浇率先在广东流行。从上世纪90年代初期开始，

广州、东莞、佛山等地，大量的屋面保温应用了现浇泡沫混凝土。此后，泡沫混凝土屋面保温现浇逐渐向北推进，经福建、湖南、江西等省向北发展，如

今已发展到北京、辽宁、陕西等全国各地，应用日益扩大。

我国泡沫混凝土年产量，2009年超过600万立方米。其中，泡沫混凝土地暖保温层约300万立方米，屋面保温层约150万立方米，地面垫层约50万

立方米，各类回填约20万立方米，特种功能应用30万立方米，制品类约50万立方米。现浇约占总产量的80％以上，其他约20％。从应用领域来看，

我国泡沫混凝土的主要应用仍是建筑保温，其用量约占泡沫混凝土总产量的90％，土木及岩土工程约占3％，油田应用约占1％，其它特种应用约占7％

[53]

。从长远看，建筑保温也仍将是泡沫混凝土的主要应用领域，土木及岩土填充工程的应用也必将有长足的发展。

陆爱萍、郭玉顺等对水泥-矿渣-石灰-石膏型的泡沫混凝土进行了试验研究，研究表明常压养护矿渣多孔混凝土是一种较理想的隔热保温材料(密度为

910 kg/m， 28d抗压强度为9.81MPa)，同时在价格上优势明显，具有一定的市场竞争力。

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谢明辉对水泥-粉煤灰-石灰型的泡沫混凝土进行了试验研究，获得了密度为691kg/m、抗压强度为3.4MPa、导热系数为0.210W/m·K、抗15次冻融

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循环合格、碳化系数为0.89的理想的泡沫混凝土墙体材料。

宋旭辉等对水泥-砂-石灰型的泡沫混凝土进行了试验研究，在得了密度为812kg/m、抗压强度为2.8MPa、导热系数为0.108W/m·K、抗15次冻融循

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环合格、干燥收缩率为0.43mm/m的泡沫混凝土。

潘志华等系统研究了矿渣、粉煤灰和硅灰等矿物掺合料对泡沫混凝土力学与导热性能的影响。结果表明水泥掺量280kg-650kg/m，粉煤灰为42kg-

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97kg/m，矿渣64kg-146kg/m，硅灰34-78 kg/m，砂0-920 kg/m，制备的泡沫混凝土导热系数为0.16-0.75W/m·K、28天抗压强度为1.1-23.7 MPa；当干

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密度为1500 kg/m时，抗压强度达到44.1 MPa。

3

詹炳根等对水泥-砂-玻璃纤维型的泡沫混凝土进行了试验研究，结果表明玻璃纤维增加了泡沫混凝土的抗压和抗折强度，极大地改善了韧性，并在一

]

定程度上抑制了早期干缩开裂

表1. 邓迪大学土木学院近年来（1998-2012）发表的水泥基多孔材料方面的毕业论文和主要内容

研究内容 碱-硅反应 碳化 冻融 强度 收缩 导热 流变 渗透 稳定性 耐火性 水化热 孔结构 冲击 结构荷载

研究者，年

Zaverdinos,1998

[38]

√ √ √ √

Mellin,1999

[39]

√ √ √

Leptokaridis,2000

[40]

Madur,2004

[41]

√ √ √

McCarthy,2004

[42]

√ √ √ √ √ √ √ √ √

Stephen,2006

[43]

√ √ √ √

Rao,2007

[44]

√ √ √

Kharidu,2008

[45]

√ √ √ √

Yerramala,2008

[46]

√ √ √ √

Guinan,2011

[47]

√ √ √ √ √

Mohammad,2011

[48]

√ √ √ √ √ √

√ √ √ √ √

3.各国泡沫混凝土标准及具体技术参数

目前，国外泡沫混凝土应用比较多的国家主要有俄罗斯、美国、英国、韩国、日本等国

家，这些国家出台的相关标准统计主要包括以下：

JIS A1162-1973（日本） 泡沫混凝土长度变化的试验方法；

JIS A1161-1994（日本） 泡沫混凝土的体积比重、含水率、吸水率及抗压强度试验方法；

GOST 25485-1989（俄罗斯）泡沫混凝土技术条件；

DIN 4164-1951（德国） 加气混凝土和加泡沫混凝土生产、使用和检验方法；

ASTM C869-2006（美国） 泡沫混凝土用生产预制泡沫材料用发泡剂规格；

ASTM C796-2004（美国） 使用预制泡沫测试生产泡沫混凝土用起泡剂的检验方法；

BS8500 （英国） British Cement Association. 泡沫混凝土. 高速公路快速修复说明。

国外发达国家，泡沫混凝土已经得到大量应用，也有很多相关标准。由上可见，各主要

国家的标准主要在泡沫混凝土的制备方法、基本物理、力学性能、和检验方法等方面进行了

评价。在泡沫混凝土基本检测方法和性能指标上都类似，但是ASTMC796提供了发泡剂的检

测标准；英国BS8500标准，从泡沫混凝土的总类、组成和具体工程参数对泡沫混凝土的应

该给出了较为详细的说明。具体技术参数如下：

泡沫混凝土质量控制主要通过：泡沫密度和稳定性、新拌密度、工作性能、分层度、强

度和硬度等指标控制。具体如下：

1. 工作性能通过BREWER测试方法，扩展度需≥200cm。

2. 分层度：100mm直径，300mm高的圆柱试样，上下表面25mm的绝干密度差≤50

3. 一次性成型高度≤1.5m。建议16h后，或者强度达到1MPa拆模或者继续施工。

4. 凝结时间：快速修复工程，需通过促凝剂调节，凝结时间介于2h至4h。

5. 制备高强泡沫混凝土时，建议使用蛋白类发泡剂。泡沫密度50 kg/m左右。

工程地点 用途 技术指标（28天） 补充

英国，伯明翰 路基填充 自流平

强度≥2MPa

密度≥1050 kg/m

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上层强度：4.5MPa

英国，科尔切斯特 引道路堤

密度：1450 kg/m； 自流平，分层浇

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下层强度：3MPa 筑；4000m

密度：1250 kg/m；

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英国，威尔士 桥面板

水泥/砂=34%/66%，密度：1300 kg/m，强自流平，400mm一

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度≥4MPa 次浇筑

上层：水泥/砂=31%/69%，密度=1400

英国，金斯顿 桥空隙填充 kg/m，强度≥7MPa；下层：水泥/粉煤灰/自流平

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砂=64%/12%/24%，密度=1600 kg/m，强度

3

3

kg/m

3

3

4.具体工程及参数

≥1MPa

上层强度（0.5m）：0.87MPa，,密度：670

英国，伦敦 土体取代 防止沉降

kg/m；

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下层强度：0.27MPa

密度：480 kg/m；

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