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[摘 要]微纳技能可从多方面提高泡沫混凝土的功能，使二者功能到达完美联系。这篇文章综述了这些年微纳技能在泡沫混凝土中的使用，剖析并展望了泡沫混凝土的前沿技能。
[关键词]微纳技术；泡沫混凝土；应用进展
中图分类号：TU528.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0139-01
导言
泡沫混凝土正是一种具有绿色节能、轻质保温等优良性能的无机建筑材料，其料浆流动性高、和易性好，在施工过程中便于泵送和平整且与其他建筑材料都有较好的相容性，減少了施工过程中能量的消耗。轻质、保温隔热等性能更使其在抗震设防烈高和严寒地区的建材领域中发展应用潜力巨大。在建筑行业改革力度不断加大的今天，泡沫混凝土正受到越来越多的关注和更加广泛的应用。
1 泡沫混凝土的现存问题
由于泡沫混凝土存在大量的气泡，使得其硬化后的强度有相当的降低，对它的使用造成了一定局限性，所以泡沫混凝土的强度有待改善。其次，由于泡沫混凝土的孔隙率高，吸水率大，因此其防水性能很差，不能抵御南方外界湿气和雨水浸淋。特别是在有水压作用下，水更容易进入泡沫混凝土内部而影响其耐久性。干燥收缩大是泡沫混凝土的缺点之一，通常发生在浇筑时间的第一个20天。典型的泡沫混凝土的干燥收缩范围在硬化混凝土模型总容积的0.1-0.35%之间。同时，泡沫混凝土中的混合骨料类型使得其干燥收缩是普通混凝土的4-10倍。另外，泡沫混凝土发泡剂还未有成熟的普适产品。例如，国外多为蛋白质型；而我国以表面活性剂和固体树脂泡沫剂为主，仍存在一定的化学污染问题。总之，泡沫混凝土虽然具有保温隔热、节约能源等优点，但是其应用发展的方向还比较单一，目前没有向多功能方向发展，未来的泡沫混凝土可能成为集保温、节能、防火、除湿等多功能于一体的功能性材料。
2 微纳技术在泡沫混凝土中的应用进展
微纳技术在近几年迅猛发展，受到了各行各业的普遍关注，微纳技术对泡沫混凝土的孔结构、微观结构、化学发泡催化机制的研究有着重要的指导与推进作用。本文将从以下4个方面结合更多实例进行深入的分析和讨论。
2.1 泡沫混凝土孔结构的基础研究
泡沫混凝土的多孔结构主要包括孔隙率、孔径尺寸、孔径分布、孔形等，对抗压强度、吸水性等性能影响较大。常用的水泥基孔结构的测试方法如吸附法、压汞法主要集中在微观层面。泡沫混凝土还存在大量的宏观气孔，采用光学显微镜或电子显微镜都要对试件进行破坏，且采集的都是局部信息。而通过X-CT技术可获得泡沫混凝土的三维重构图和二维切片，如图1所示。同时，采用X-CT技术可以实现泡沫混凝土宏观孔结构的无损、量化表征，東南大学庞超明等实现并系统揭示了泡沫混凝土的密度等级对其孔结构的等影响。
采用Image-ProPlusI软件进行图像分析，可以获得更加有效可靠的孔结构信息。三维重构图中，不同的颜色代表了孔的不同尺寸范围，其中红色部分表明尺寸最大，深蓝色则表示尺寸最小。由此可看出随密度等级的降低，泡沫混凝土的缺陷增多，孔径越大，这是由于随着泡沫掺量的增加，引入的宏观孔越多。宏观微孔尺寸大于60，尚有很多纳米尺度毛细孔的作用机制未得到充分认识。随着纳米测试表征技术的发展，包括3D-TEM、3D-XRD、3D-CT等精度提升将会加速泡沫混凝土孔结构的深入研究。
2.2 泡沫混凝土的强度改善机制
泡沫混凝土制品通常存在脆性大、韧性差、易开裂等缺陷，常用纤维来实现混凝土制品的增韧阻裂。以往的增韧研究主要集中在加入毫米级的纤维，很少有报道采用纳米纤维与毫米级纤维复合增韧的研究。邱军付等在泡沫混凝土中掺入适量的纳米纤维，利用不同尺度的纤维，在不同维度上发挥抑制裂纹扩展的优势，有效解决了泡沫混凝土制品的开裂问题。纳米纤维主要为硅铝化合物，毫米级纤维为聚丙烯纤维。结果表明，纳米纤维可以促进泡沫混凝土的早期水化，有利于提高泡沫混凝土制品的早期强度。加入纳米纤维，对泡沫混凝土性能的增强远高于空心玻璃微珠、聚苯颗粒。同样，碳纤维、稻壳灰、稻秆纤维等也先后被证明能改善泡沫混凝土的性能。龙志勤等加入0.6%的碳纤维，大幅度提升了泡沫混凝土的抗压抗折等力学性能。杨康等制备了稻壳灰泡沫混凝土，借助成分中的无定形Sio2纳米材料，有效控制掺量，降低成本，明显改善了泡沫混凝土的后期强度。这说明稻壳灰具有更好的火山灰活性，能够很好地和水泥、水发生凝胶反应，使水泥石更密实，强度更高。吴晓艳等将稻秆纤维加入泡沫混凝土中，能提高其抗压强度，一定程度上能够替代软钢（或钢渣微粉等）的作用，有效降低成本。意大利Corinaldesi等研究了不同种类的纤维对高性能水泥基复合材料的影响，包含钩状的钢纤维、镀铜纤维、镀锌纤维和波纹状的聚丙烯纤维以及钩状聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维，其中加入了以氧化钙为基础的膨胀剂，结果显示干燥收缩值降低。同时，大量的氧化钙基膨胀剂加入到含镀铜或者镀锌纤维的水泥基复合材料中可以提高抗折强度；在含聚丙烯纤维或者钩状钢纤维的水泥基复合材料中加入氧化钙对于力学性能没有明显作用；由于膨胀剂作用促进碱水解，PET纤维产生退化。应用高强高韧性碳纳米管材料对水泥基材料进行改性，能大幅度提高水泥基材料的抗折强度，但还未应用到泡沫混凝土中。
2.3 泡沫混凝土的电磁屏蔽性能研究
随着现代高新技术的发展，电脑、手机、通信电缆和基站等带来的电磁波辐射已成为一种新的社会公害，电磁干扰会通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接或间接的伤害。在复合材料中添加具有电磁屏蔽功能的基元材料，通过其产生电导损耗、介质损耗和磁损耗等将电磁能转化为热能，能够有效削弱电磁辐射。可将石墨、碳纤维、钢纤维、碳纳米管等材料作为电磁屏蔽材料。采用石墨和短碳纤维电磁屏蔽功能基元材料，分析了不同含量对泡沫混凝土电磁屏蔽效能的影响，探讨了电磁屏蔽性能的影响机理，发现最大电磁屏蔽能达到17.99db，结果还表明填入不同碳材料在低频和高频显示出不同的特性。
3 结语
随着我国建筑行业改革力度的不断加大，泡沫混凝土这种无机建筑材料因其低碳节能、保温隔热、轻质防火等众多优良性能受到了越来越多的关注和更加广泛地应用，它对于我国正大力推行的生态节能、资源综合利用的环保政策具有积极的意义。但目前在泡沫混凝土的开发和应用过程中还存在诸多问题，泡沫混凝土在工程实际应用中尤其是现浇的工艺、方法和经验并未得到较好的总结，泡沫混凝土的相关规范和标准不够健全等。在建筑材料改革不断深入，科学技术不断提升的背景下，只有加强理论研究，提高生产技术，改善产品质量，同时，理论联系实践，总结实际工程应用中出现的问题以探寻和完善解决应对方法，才能使泡沫混凝土拥有更加广阔的发展前景。
参考文献
[1] 孙建明，吕敬伦.泡沫混凝土功能建材的制备与性能分析[J].建材与装饰.2017（09）.
[关键词]微纳技术；泡沫混凝土；应用进展
中图分类号：TU528.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0139-01
导言
泡沫混凝土正是一种具有绿色节能、轻质保温等优良性能的无机建筑材料，其料浆流动性高、和易性好，在施工过程中便于泵送和平整且与其他建筑材料都有较好的相容性，減少了施工过程中能量的消耗。轻质、保温隔热等性能更使其在抗震设防烈高和严寒地区的建材领域中发展应用潜力巨大。在建筑行业改革力度不断加大的今天，泡沫混凝土正受到越来越多的关注和更加广泛的应用。
1 泡沫混凝土的现存问题
由于泡沫混凝土存在大量的气泡，使得其硬化后的强度有相当的降低，对它的使用造成了一定局限性，所以泡沫混凝土的强度有待改善。其次，由于泡沫混凝土的孔隙率高，吸水率大，因此其防水性能很差，不能抵御南方外界湿气和雨水浸淋。特别是在有水压作用下，水更容易进入泡沫混凝土内部而影响其耐久性。干燥收缩大是泡沫混凝土的缺点之一，通常发生在浇筑时间的第一个20天。典型的泡沫混凝土的干燥收缩范围在硬化混凝土模型总容积的0.1-0.35%之间。同时，泡沫混凝土中的混合骨料类型使得其干燥收缩是普通混凝土的4-10倍。另外，泡沫混凝土发泡剂还未有成熟的普适产品。例如，国外多为蛋白质型；而我国以表面活性剂和固体树脂泡沫剂为主，仍存在一定的化学污染问题。总之，泡沫混凝土虽然具有保温隔热、节约能源等优点，但是其应用发展的方向还比较单一，目前没有向多功能方向发展，未来的泡沫混凝土可能成为集保温、节能、防火、除湿等多功能于一体的功能性材料。
2 微纳技术在泡沫混凝土中的应用进展
微纳技术在近几年迅猛发展，受到了各行各业的普遍关注，微纳技术对泡沫混凝土的孔结构、微观结构、化学发泡催化机制的研究有着重要的指导与推进作用。本文将从以下4个方面结合更多实例进行深入的分析和讨论。
2.1 泡沫混凝土孔结构的基础研究
泡沫混凝土的多孔结构主要包括孔隙率、孔径尺寸、孔径分布、孔形等，对抗压强度、吸水性等性能影响较大。常用的水泥基孔结构的测试方法如吸附法、压汞法主要集中在微观层面。泡沫混凝土还存在大量的宏观气孔，采用光学显微镜或电子显微镜都要对试件进行破坏，且采集的都是局部信息。而通过X-CT技术可获得泡沫混凝土的三维重构图和二维切片，如图1所示。同时，采用X-CT技术可以实现泡沫混凝土宏观孔结构的无损、量化表征，東南大学庞超明等实现并系统揭示了泡沫混凝土的密度等级对其孔结构的等影响。
采用Image-ProPlusI软件进行图像分析，可以获得更加有效可靠的孔结构信息。三维重构图中，不同的颜色代表了孔的不同尺寸范围，其中红色部分表明尺寸最大，深蓝色则表示尺寸最小。由此可看出随密度等级的降低，泡沫混凝土的缺陷增多，孔径越大，这是由于随着泡沫掺量的增加，引入的宏观孔越多。宏观微孔尺寸大于60，尚有很多纳米尺度毛细孔的作用机制未得到充分认识。随着纳米测试表征技术的发展，包括3D-TEM、3D-XRD、3D-CT等精度提升将会加速泡沫混凝土孔结构的深入研究。
2.2 泡沫混凝土的强度改善机制
泡沫混凝土制品通常存在脆性大、韧性差、易开裂等缺陷，常用纤维来实现混凝土制品的增韧阻裂。以往的增韧研究主要集中在加入毫米级的纤维，很少有报道采用纳米纤维与毫米级纤维复合增韧的研究。邱军付等在泡沫混凝土中掺入适量的纳米纤维，利用不同尺度的纤维，在不同维度上发挥抑制裂纹扩展的优势，有效解决了泡沫混凝土制品的开裂问题。纳米纤维主要为硅铝化合物，毫米级纤维为聚丙烯纤维。结果表明，纳米纤维可以促进泡沫混凝土的早期水化，有利于提高泡沫混凝土制品的早期强度。加入纳米纤维，对泡沫混凝土性能的增强远高于空心玻璃微珠、聚苯颗粒。同样，碳纤维、稻壳灰、稻秆纤维等也先后被证明能改善泡沫混凝土的性能。龙志勤等加入0.6%的碳纤维，大幅度提升了泡沫混凝土的抗压抗折等力学性能。杨康等制备了稻壳灰泡沫混凝土，借助成分中的无定形Sio2纳米材料，有效控制掺量，降低成本，明显改善了泡沫混凝土的后期强度。这说明稻壳灰具有更好的火山灰活性，能够很好地和水泥、水发生凝胶反应，使水泥石更密实，强度更高。吴晓艳等将稻秆纤维加入泡沫混凝土中，能提高其抗压强度，一定程度上能够替代软钢（或钢渣微粉等）的作用，有效降低成本。意大利Corinaldesi等研究了不同种类的纤维对高性能水泥基复合材料的影响，包含钩状的钢纤维、镀铜纤维、镀锌纤维和波纹状的聚丙烯纤维以及钩状聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维，其中加入了以氧化钙为基础的膨胀剂，结果显示干燥收缩值降低。同时，大量的氧化钙基膨胀剂加入到含镀铜或者镀锌纤维的水泥基复合材料中可以提高抗折强度；在含聚丙烯纤维或者钩状钢纤维的水泥基复合材料中加入氧化钙对于力学性能没有明显作用；由于膨胀剂作用促进碱水解，PET纤维产生退化。应用高强高韧性碳纳米管材料对水泥基材料进行改性，能大幅度提高水泥基材料的抗折强度，但还未应用到泡沫混凝土中。
2.3 泡沫混凝土的电磁屏蔽性能研究
随着现代高新技术的发展，电脑、手机、通信电缆和基站等带来的电磁波辐射已成为一种新的社会公害，电磁干扰会通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接或间接的伤害。在复合材料中添加具有电磁屏蔽功能的基元材料，通过其产生电导损耗、介质损耗和磁损耗等将电磁能转化为热能，能够有效削弱电磁辐射。可将石墨、碳纤维、钢纤维、碳纳米管等材料作为电磁屏蔽材料。采用石墨和短碳纤维电磁屏蔽功能基元材料，分析了不同含量对泡沫混凝土电磁屏蔽效能的影响，探讨了电磁屏蔽性能的影响机理，发现最大电磁屏蔽能达到17.99db，结果还表明填入不同碳材料在低频和高频显示出不同的特性。
3 结语
随着我国建筑行业改革力度的不断加大，泡沫混凝土这种无机建筑材料因其低碳节能、保温隔热、轻质防火等众多优良性能受到了越来越多的关注和更加广泛地应用，它对于我国正大力推行的生态节能、资源综合利用的环保政策具有积极的意义。但目前在泡沫混凝土的开发和应用过程中还存在诸多问题，泡沫混凝土在工程实际应用中尤其是现浇的工艺、方法和经验并未得到较好的总结，泡沫混凝土的相关规范和标准不够健全等。在建筑材料改革不断深入，科学技术不断提升的背景下，只有加强理论研究，提高生产技术，改善产品质量，同时，理论联系实践，总结实际工程应用中出现的问题以探寻和完善解决应对方法，才能使泡沫混凝土拥有更加广阔的发展前景。
参考文献
[1] 孙建明，吕敬伦.泡沫混凝土功能建材的制备与性能分析[J].建材与装饰.2017（09）.