泡沫混凝土具有质轻、保温隔热、吸能吸声、流动性好等多功能特性,在实际工程中得到大量的应用。但由于泡沫的不稳定性常常导致泡沫混凝土内部孔径分布不均匀,力学性能不高,甚至在低密度下出现塌模的现象。同时,在现有应用的泡沫混凝土换填工程中,耐久性的研究相对缺乏,而耐久性和性能劣化的大多数问题与水传输密切相关。因此,泡沫稳定性及泡沫混凝土水传输过程的研究能够弥补现有的不足,对于推广泡沫混凝土的应用、促进泡沫混凝土行业的发展、指导实际工程具有重要的意义。本文利用椰油酰胺基丙基甜菜碱(CAB)、纳米二氧化硅(NS)及羟丙基甲基纤维素(HPMC)制备了一种稳定性好、密度低、适用于制备泡沫混凝土的泡沫。在此基础上,研究了纳米颗粒稳定型泡沫对泡沫混凝土强度、稳定性及孔结构的影响,分析了改性泡沫及泡沫混凝土相应的稳定机理。此外,本文还研究了泡沫混凝土吸水性能、水传输过程及改善措施,建立了孔结构与吸水性能之间的联系。最后,探究了纳米增强型泡沫混凝土在防护隔热复合材料中的应用,并测试了复合材料的粘结强度、抗冲击性能与导热系数等。基于以上实验研究,可得出以下结论:(1)CAB、NS、HPMC三者在稳定泡沫方面具有显著的协同效应。通过在CAB溶液中加入NS及HPMC可增加溶液的黏度与泡沫液膜的强度,同时,NS可阻塞柏拉图通道与节点,进而泡沫的稳定性得到显著提高,并且气泡尺寸得到细化,分布更加均匀。NS掺量越高,效果越明显。CAB亲水基团的阳离子与NS表面的氧负离子通过库仑力结合,而疏水基团与溶解于液膜内部的HPMC通过范德华力结合,从而使得三者发挥协同作用。(2)利用HPMC/NS稳定型泡沫可解决泡沫混凝土早期塌陷及浇筑密度不均匀问题,并且其力学性能、稳定性及孔结构要优于普通泡沫混凝土。气泡表面所吸附的纳米二氧化硅可与水化产物氢氧化钙发生反应,在胞壁内生成C-S-H,使得胞壁内部变得致密。同时,表面纳米颗粒增大了气泡与浆体接触的表面积,增加了气泡在浆体中移动的摩擦阻力,使得气泡能够稳定排布在水泥基浆体内,从而使得稳定性及孔结构得到改善,力学性能得到增强。(3)泡沫混凝土的一维吸水率随密度的增加而逐渐增加,而浸泡吸水率则呈现相反的趋势。主导一维吸水为100 nm~10μm范围的大毛细孔,而浸泡吸水取决于10μm~3 mm范围的大孔。利用CsCl离子增强XCT方法可成功实现泡沫混凝土水分传输和水分分布的可视化。追踪泡沫混凝土二维图像大孔灰度值在吸水过程中的变化可验证大孔不参与一维吸水水传输,而参与浸泡吸水的水传输的结论。同时,利用二维图像的灰度直方图可定量计算出一维吸水在不同时间的吸水高度。内掺防水剂可改善泡沫混凝土的吸水性,有机硅类效果最好,其次为甲基纤维素类,无机盐类提升效果较低。(4)泡沫混凝土的干燥收缩值要高于超高性能混凝土(UHPC),故两者复合时应先浇筑泡沫混凝土,养护7天后再浇筑超高性能混凝土。复合材料的劈拉粘结强度随着UHPC钢纤维掺量的增加、泡沫混凝土密度的提高而逐渐提高。低密度泡沫混凝土制备的复合材料破坏发生在泡沫混凝土部分,随着密度的增加,破坏形式由泡沫混凝土的破坏转向粘结面的剥离。(5)聚丙烯纤维泡沫混凝土(PFC)可提高复合材料的粘结强度,斜剪粘结强度介于2.87~4.40 MPa之间。斜剪粘结强度同样随着UHPC钢纤维掺量的增加而增加,但随着PFC的密度的增加呈现先增后降的趋势。随着PFC密度的增加,断裂方式由粘着破坏向斜剪破坏转变。同时,PFC可有效的吸收冲击能量,降低复合材料的导热系数。随着PFC厚度的增加、密度的提高效果越明显。复合材料的导热系数随PFC的厚度的增加呈现反比例降低的趋势。同等厚度复合时,导热系数介于0.338~0.438 W/m·k之间,较UHPC降低75.0%~77.8%。同时,复合材料的界面处并无明显的缺陷、大孔及裂缝,粘结良好。