无机化学发泡水泥技术研究进展 (1)
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Materials), Beijing 100041; 3. Building Materials Industry and Technology Information Institute, Beijing 100024)
Abstract: Because of the unique structural properties, the inorganic chemical foamed cement has the excellent physical properties, mechanical properties and the use function, which is widely used in the thermal insulation engineering, backfilling of large volume and manufacturing of light products. This article introduces the research progress of inorganic chemical foamed cement in three aspects in details: the characteristics, the raw materials and the preparation technology of inorganic chemical foamed cement. The future research and development of inorganic chemical foamed cement is introduced. And it pointed out that the inorganic chemical foamed cement has the extensive application and great development potential. Keywords: chemical foaming agent; inorganic foamed concrete; foaming process; research progress
一发泡剂掺量下，随着稳泡剂掺量的增加，成品容重会略有
降低。决定稳定性的重要因素包括气泡尺寸、液体粘度和气
液密度差以及液体膜表面电荷。气泡的衰变机理有气泡间的
气体扩散和泡沫中的液体流失，其中泡沫中的液体流失包括
由重力排液和表面张力排液引起 [9]。目前常用的发泡混凝土
的稳泡剂有以下几种：
（1）大分子物质，如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、明胶、蛋
酸盐水泥、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、火
山灰质复合胶凝材料等均可作为无机化学发泡水泥的胶凝材
料[14]。
采用双氧水作为化学发泡剂时，胶凝材料选用普通硅酸
盐水泥，发泡速率较快，发泡水泥干缩较大，容易在发泡水
泥表面产生开裂现象；胶凝材料选用硫铝酸盐水泥或铁铝酸
盐水泥时，能使发泡水泥迅速凝结，降低泡沫破裂机会，提
Research progress in inorganic chemical foamed cement
She Hailong1, Geng Chunlei2, Wang Dong3 (1. Beijing Hong Rui Jia Science & Technology Development CO. Ltd., Beijing 101500; 2. Beijing Building Materials Academy of Sciences Research (State Key Laboratory of Solid Wastes Resource Utilization and Energy Saving Building
（3）隔音：无机化学发泡水泥内部存在大量封闭的多孔 结构，使其良好的隔音性能，可以用作建筑物楼层、高速公 路隔音板和地下建筑物顶层等建筑部位的隔音层。
（4）防火性：无机化学发泡水泥以水泥为主料，是无机 不燃材料，根据 GB8624—2011《建筑材料及制品燃烧性能分 级》检验，其检测数据远远高于A1级材料要求，是一种优良 的防火材料。
立即发生激烈反应，生成乙炔，并放出热量。如式（1）所
示。
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2↑
（1）
碳化钙与水的反应十分剧烈，放出大量的热，迅速生成
大量乙炔气体，发气速率快于料浆硬化速率，形成的气泡很
难在料浆中稳定，在极短时间内大量逸出，料浆上表面出现
众多不规则开口孔。同时，乙炔气体具有一定毒性，属易燃
1 无机化学发泡水泥的特点
无机化学发泡水泥是将能够发生化学反应并产生气体的 物质即发泡剂引入由稳泡剂、胶凝材料、细集料、水组成的
体系中，控制温度使起泡剂反应产生气泡。其最佳的反应状 态是在混合成型期间几乎不放出气体，而在成型后并在水泥 初凝之前逐步反应完毕，最后形成一种轻质、保温、隔热耐 火、隔音和抗冻性能的混凝土材料[1]。无机化学发泡水泥具有 以下的特点：
0 前言
目前，我国保温建材市场比较混乱，产品名目多、杂， 且不规范。在整个保温建材市场中节能效果好、价格低、易 用的有机保温材料占到总量的 90% 以上。但在使用中，有 机保温材料日渐暴露出其缺点，如：耐火性能差，导致火灾 频发；与墙体之间粘结不好，造成保温材料脱落；不容易分 解，造成了严重的环境污染。由于上述弊端，有机保温材料 终将会退出保温建材市场。建筑保温即将进入由有机保温到 无机保温的重大转折期[1]。
究。结果表明，(NH4)2CO3 作为气源，产生氨气的速率较为缓 慢，即使提高料浆温度，发气速率也非常缓慢，无法满足化
学发泡的需求。
2.1.3 双氧水
双氧水是过氧化氢气体 H2O2 的水溶液，外观为无色透明 液体，可以与众多物质发生氧化还原反应放出气体。一般工
业双氧水的浓度分为27.5%、35%、50%等几个规格。
还原，即发生歧化反应，如式（5）所示。
2H2O2 → 2H2O + O2↑
（5）
H2O2 作为化学发泡的气源具有良好的效果，其反应放出
气体的速率与放出气体的总量在较大范围内可控，同时 H2O2
容易在水泥浆体中均匀分散，可以通过温度、双氧水的浓
度、搅拌速度等来控制 H2O2 产生氧气的速度。 2.1.4 铝粉发泡剂
2012年第07期
商品混凝土 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete
综述评论
无机化学发泡水泥技术研究进展
佘海龙1，耿春雷2，王冬3 （1. 北京鸿锐嘉科技发展有限公司，北京 101500； 2. 北京建筑材料科学研究总院，固废资源化利用与节能
建材国家重点实验室（筹），北京 100041；3. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）
高泡沫混凝土性能[14]，但需要提高水泥浆体的碱度，从而促
进双氧水的分解；胶凝材料选用硫铝（铁铝）酸盐水泥与普
硅水泥的复合体系，不仅可以调节发泡速度，而且生产出的
无机化学发泡水泥兼具硫铝（铁铝）酸盐水泥的快硬，和普
硅水泥后期强度无倒缩的优点。
2.4 掺合料
在无机化学发泡水泥中掺加掺合料，不仅能够降低其成
白质类[10]等。该类物质由于能够提高泡沫的粘度，降低泡沫
流动性，从而具有稳泡效果。但使用操作复杂，效果有限，
发泡量降低。
（2）硅树脂聚醚乳液类（MPS），该类分子能够控制气
泡液膜的结构稳定性，使表面活性剂分子在气泡的液膜有秩
序的分布，赋予泡沫良好的弹性和自修复能力。优点：稳泡
效果明显，使用方便。缺点是合成异构体多，难以控制，使
（1）轻质：由于无机化学发泡水泥密度等级从 40～1800kg/m3，可使建筑物自重降低 25%，甚至 30%～ 40%。因此，可用做内外墙材料或非承重结构材料。
（2）保温隔热：无机化学发泡水泥中含有大量封闭的 细小孔洞，孔洞中包含着大量气体，具有良好的保温隔热 性能。一般情况下，随着密度的不断减小，导热系数也不 断降低，当密度等级在 120~290kg/m3 范围时，导热系数在 0.045～0.08W/(m·k)。
易爆气体，因此以碳化钙作为无机化学发泡水泥的发泡剂不
太合适[6]。
2.1.2 铵盐发泡剂
铵盐在碱性环境中会分解产生氨气NH3，反应过程如式 （2）所示。
NH4+ + OH- → NH3↑+ H2O
（2）
依据这一原理，徐文等人[6] 研究了以 (NH4)2CO3 作为发
泡剂，并在料浆中加入 NaOH 提高碱性，进行化学发泡的研
2 无机化学发泡水泥的组成材料
2.1 化学发泡剂
一般认为能够与混凝土中的物质发生化学反应，并产生
目标气体的物质都可以作为发泡剂。通过大量的研究，目前
适于化学发泡水泥的主要有：碳化钙、铵盐、铝粉、双氧水
等。
2.1.1 碳化钙发泡剂
碳化钙（CaC2）即电石，无机化合物，纯净状态下为无 色晶体，工业品为灰黑色块状物，断面为紫色或灰色。遇水
无机发泡水泥的综合优势大于目前现有有机保温材料， 是其理想的取代材料，同样比起其他无机保温材料也有其优 势，有望成为未来建筑保温的主导材料[2]。根据无机发泡水泥 不同的制备方式可以分为物理发泡水泥[3] 和化学发泡水泥[4] 两 类，本文主要介绍了化学发泡水泥的性能、制备方法、研究 进展、发展趋势、以及存在的问题等。
用范围仅限于对十二烷基硫酸钠（K12）[11]，脂肪醇聚氧乙烯
醚硫酸钠（AES），α-烯基磺酸钠（AOS）等。
（3）非离子表面活性剂，十二烷基二甲基氧化胺、烷基
醇酰胺，茶皂素等[12],该类物质稳泡机理是降低液膜阴离子表
面活性剂阴离子基团的排斥力，从而实现稳泡[13]。
2.3 胶凝材料
无机化学发泡水泥是一种大水灰比的流态物质，普通硅
本，而且能够降低化学发泡水泥在水化过程中的放热，减小
发泡水泥的开裂现象，提高体积稳定性。常用掺合料包括：
粉煤灰、硅灰、建筑废弃细粉[15]、煤矸石粉[16]等。
2.5 集料
集料在发泡水泥中可以起填充作用，同时减小发泡水
泥硬化后的体积收缩和开裂，提高体积稳定性。发泡水泥中
2012年第07期
商品混凝土 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete
［摘 要］无机化学发泡水泥独特的结构特性赋予其优异的物理力学性能和使用功能，被广泛应用于保温隔热工程、大体积回 填工程和轻质制品制造。本文从无机化学发泡水泥的特点、原材料和制备工艺三个方面详细的介绍了其研究进展，介绍了无机 化学发泡水泥未来的研究方向，展望了无机化学发泡水泥广泛应用前景和巨大发展潜力。 ［关键词］化学发泡剂；无机发泡水泥；发泡工艺；研究进展
·29·
综述评论
商品混凝土 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete
2012年第07期
（5）抗震：无机化学发泡水泥由于密度小、质量轻、弹 性模量低，在地震载荷作用下所承受的地震力小，震动波的 传递速度慢，而且其结构的自震周期长，对冲击能量的吸收 较快，因而减震效果显著[5]。
徐文等人[6] 研究了以双氧水作为还原剂，与 KMnO4 溶液
反应放出 O2，同时反应生成物之一 MnO2 作为催化剂，还可
以促使 H2O2 分解，反应过程如式（3）和（4）所示。
2KMnO4+3H2O2→2MnO2+2KOH+3O2↑+2H2O （3）
2H2O2 → 2H2O + O2↑
（4）
在某些金属离子存在的情况下，双氧水还可以自身氧化
此，一般通过控制混源自文库土碱度，调整铝粉质量来确保混凝土
材料的内在质量[8]。由于产生的氢气为危险易爆气体，所以不
宜作为无机化学发泡水泥的发泡剂。
2.2 稳泡剂
稳泡剂的作用是使发泡剂产生的气泡能够较长时间的稳
定存在，而不致于破灭或逸出飞散。一般来讲，发泡剂掺量
越大，所需要的稳泡剂也越多，制得成品的容重越低；在同
铝粉为银灰色的金属，具有较高的活性，铝粉在碱性环
境中可以与 H2O发生反应放出氢气，从而可以作为发泡水泥
·30·
的发泡剂[7]，如式（6）所示。
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑
（6）
铝粉的发气速度受到铝粉质量和混凝土碱度两个方面的
影响，同时混凝土碱度过大，会降低混凝土材料的强度。因
Abstract: Because of the unique structural properties, the inorganic chemical foamed cement has the excellent physical properties, mechanical properties and the use function, which is widely used in the thermal insulation engineering, backfilling of large volume and manufacturing of light products. This article introduces the research progress of inorganic chemical foamed cement in three aspects in details: the characteristics, the raw materials and the preparation technology of inorganic chemical foamed cement. The future research and development of inorganic chemical foamed cement is introduced. And it pointed out that the inorganic chemical foamed cement has the extensive application and great development potential. Keywords: chemical foaming agent; inorganic foamed concrete; foaming process; research progress
一发泡剂掺量下，随着稳泡剂掺量的增加，成品容重会略有
降低。决定稳定性的重要因素包括气泡尺寸、液体粘度和气
液密度差以及液体膜表面电荷。气泡的衰变机理有气泡间的
气体扩散和泡沫中的液体流失，其中泡沫中的液体流失包括
由重力排液和表面张力排液引起 [9]。目前常用的发泡混凝土
的稳泡剂有以下几种：
（1）大分子物质，如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、明胶、蛋
酸盐水泥、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、火
山灰质复合胶凝材料等均可作为无机化学发泡水泥的胶凝材
料[14]。
采用双氧水作为化学发泡剂时，胶凝材料选用普通硅酸
盐水泥，发泡速率较快，发泡水泥干缩较大，容易在发泡水
泥表面产生开裂现象；胶凝材料选用硫铝酸盐水泥或铁铝酸
盐水泥时，能使发泡水泥迅速凝结，降低泡沫破裂机会，提
Research progress in inorganic chemical foamed cement
She Hailong1, Geng Chunlei2, Wang Dong3 (1. Beijing Hong Rui Jia Science & Technology Development CO. Ltd., Beijing 101500; 2. Beijing Building Materials Academy of Sciences Research (State Key Laboratory of Solid Wastes Resource Utilization and Energy Saving Building
（3）隔音：无机化学发泡水泥内部存在大量封闭的多孔 结构，使其良好的隔音性能，可以用作建筑物楼层、高速公 路隔音板和地下建筑物顶层等建筑部位的隔音层。
（4）防火性：无机化学发泡水泥以水泥为主料，是无机 不燃材料，根据 GB8624—2011《建筑材料及制品燃烧性能分 级》检验，其检测数据远远高于A1级材料要求，是一种优良 的防火材料。
立即发生激烈反应，生成乙炔，并放出热量。如式（1）所
示。
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2↑
（1）
碳化钙与水的反应十分剧烈，放出大量的热，迅速生成
大量乙炔气体，发气速率快于料浆硬化速率，形成的气泡很
难在料浆中稳定，在极短时间内大量逸出，料浆上表面出现
众多不规则开口孔。同时，乙炔气体具有一定毒性，属易燃
1 无机化学发泡水泥的特点
无机化学发泡水泥是将能够发生化学反应并产生气体的 物质即发泡剂引入由稳泡剂、胶凝材料、细集料、水组成的
体系中，控制温度使起泡剂反应产生气泡。其最佳的反应状 态是在混合成型期间几乎不放出气体，而在成型后并在水泥 初凝之前逐步反应完毕，最后形成一种轻质、保温、隔热耐 火、隔音和抗冻性能的混凝土材料[1]。无机化学发泡水泥具有 以下的特点：
0 前言
目前，我国保温建材市场比较混乱，产品名目多、杂， 且不规范。在整个保温建材市场中节能效果好、价格低、易 用的有机保温材料占到总量的 90% 以上。但在使用中，有 机保温材料日渐暴露出其缺点，如：耐火性能差，导致火灾 频发；与墙体之间粘结不好，造成保温材料脱落；不容易分 解，造成了严重的环境污染。由于上述弊端，有机保温材料 终将会退出保温建材市场。建筑保温即将进入由有机保温到 无机保温的重大转折期[1]。
究。结果表明，(NH4)2CO3 作为气源，产生氨气的速率较为缓 慢，即使提高料浆温度，发气速率也非常缓慢，无法满足化
学发泡的需求。
2.1.3 双氧水
双氧水是过氧化氢气体 H2O2 的水溶液，外观为无色透明 液体，可以与众多物质发生氧化还原反应放出气体。一般工
业双氧水的浓度分为27.5%、35%、50%等几个规格。
还原，即发生歧化反应，如式（5）所示。
2H2O2 → 2H2O + O2↑
（5）
H2O2 作为化学发泡的气源具有良好的效果，其反应放出
气体的速率与放出气体的总量在较大范围内可控，同时 H2O2
容易在水泥浆体中均匀分散，可以通过温度、双氧水的浓
度、搅拌速度等来控制 H2O2 产生氧气的速度。 2.1.4 铝粉发泡剂
2012年第07期
商品混凝土 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete
综述评论
无机化学发泡水泥技术研究进展
佘海龙1，耿春雷2，王冬3 （1. 北京鸿锐嘉科技发展有限公司，北京 101500； 2. 北京建筑材料科学研究总院，固废资源化利用与节能
建材国家重点实验室（筹），北京 100041；3. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）
高泡沫混凝土性能[14]，但需要提高水泥浆体的碱度，从而促
进双氧水的分解；胶凝材料选用硫铝（铁铝）酸盐水泥与普
硅水泥的复合体系，不仅可以调节发泡速度，而且生产出的
无机化学发泡水泥兼具硫铝（铁铝）酸盐水泥的快硬，和普
硅水泥后期强度无倒缩的优点。
2.4 掺合料
在无机化学发泡水泥中掺加掺合料，不仅能够降低其成
白质类[10]等。该类物质由于能够提高泡沫的粘度，降低泡沫
流动性，从而具有稳泡效果。但使用操作复杂，效果有限，
发泡量降低。
（2）硅树脂聚醚乳液类（MPS），该类分子能够控制气
泡液膜的结构稳定性，使表面活性剂分子在气泡的液膜有秩
序的分布，赋予泡沫良好的弹性和自修复能力。优点：稳泡
效果明显，使用方便。缺点是合成异构体多，难以控制，使
（1）轻质：由于无机化学发泡水泥密度等级从 40～1800kg/m3，可使建筑物自重降低 25%，甚至 30%～ 40%。因此，可用做内外墙材料或非承重结构材料。
（2）保温隔热：无机化学发泡水泥中含有大量封闭的 细小孔洞，孔洞中包含着大量气体，具有良好的保温隔热 性能。一般情况下，随着密度的不断减小，导热系数也不 断降低，当密度等级在 120~290kg/m3 范围时，导热系数在 0.045～0.08W/(m·k)。
易爆气体，因此以碳化钙作为无机化学发泡水泥的发泡剂不
太合适[6]。
2.1.2 铵盐发泡剂
铵盐在碱性环境中会分解产生氨气NH3，反应过程如式 （2）所示。
NH4+ + OH- → NH3↑+ H2O
（2）
依据这一原理，徐文等人[6] 研究了以 (NH4)2CO3 作为发
泡剂，并在料浆中加入 NaOH 提高碱性，进行化学发泡的研
2 无机化学发泡水泥的组成材料
2.1 化学发泡剂
一般认为能够与混凝土中的物质发生化学反应，并产生
目标气体的物质都可以作为发泡剂。通过大量的研究，目前
适于化学发泡水泥的主要有：碳化钙、铵盐、铝粉、双氧水
等。
2.1.1 碳化钙发泡剂
碳化钙（CaC2）即电石，无机化合物，纯净状态下为无 色晶体，工业品为灰黑色块状物，断面为紫色或灰色。遇水
无机发泡水泥的综合优势大于目前现有有机保温材料， 是其理想的取代材料，同样比起其他无机保温材料也有其优 势，有望成为未来建筑保温的主导材料[2]。根据无机发泡水泥 不同的制备方式可以分为物理发泡水泥[3] 和化学发泡水泥[4] 两 类，本文主要介绍了化学发泡水泥的性能、制备方法、研究 进展、发展趋势、以及存在的问题等。
用范围仅限于对十二烷基硫酸钠（K12）[11]，脂肪醇聚氧乙烯
醚硫酸钠（AES），α-烯基磺酸钠（AOS）等。
（3）非离子表面活性剂，十二烷基二甲基氧化胺、烷基
醇酰胺，茶皂素等[12],该类物质稳泡机理是降低液膜阴离子表
面活性剂阴离子基团的排斥力，从而实现稳泡[13]。
2.3 胶凝材料
无机化学发泡水泥是一种大水灰比的流态物质，普通硅
本，而且能够降低化学发泡水泥在水化过程中的放热，减小
发泡水泥的开裂现象，提高体积稳定性。常用掺合料包括：
粉煤灰、硅灰、建筑废弃细粉[15]、煤矸石粉[16]等。
2.5 集料
集料在发泡水泥中可以起填充作用，同时减小发泡水
泥硬化后的体积收缩和开裂，提高体积稳定性。发泡水泥中
2012年第07期
商品混凝土 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete
［摘 要］无机化学发泡水泥独特的结构特性赋予其优异的物理力学性能和使用功能，被广泛应用于保温隔热工程、大体积回 填工程和轻质制品制造。本文从无机化学发泡水泥的特点、原材料和制备工艺三个方面详细的介绍了其研究进展，介绍了无机 化学发泡水泥未来的研究方向，展望了无机化学发泡水泥广泛应用前景和巨大发展潜力。 ［关键词］化学发泡剂；无机发泡水泥；发泡工艺；研究进展
·29·
综述评论
商品混凝土 Beton Chinese Edition —— Ready-mixed Concrete
2012年第07期
（5）抗震：无机化学发泡水泥由于密度小、质量轻、弹 性模量低，在地震载荷作用下所承受的地震力小，震动波的 传递速度慢，而且其结构的自震周期长，对冲击能量的吸收 较快，因而减震效果显著[5]。
徐文等人[6] 研究了以双氧水作为还原剂，与 KMnO4 溶液
反应放出 O2，同时反应生成物之一 MnO2 作为催化剂，还可
以促使 H2O2 分解，反应过程如式（3）和（4）所示。
2KMnO4+3H2O2→2MnO2+2KOH+3O2↑+2H2O （3）
2H2O2 → 2H2O + O2↑
（4）
在某些金属离子存在的情况下，双氧水还可以自身氧化
此，一般通过控制混源自文库土碱度，调整铝粉质量来确保混凝土
材料的内在质量[8]。由于产生的氢气为危险易爆气体，所以不
宜作为无机化学发泡水泥的发泡剂。
2.2 稳泡剂
稳泡剂的作用是使发泡剂产生的气泡能够较长时间的稳
定存在，而不致于破灭或逸出飞散。一般来讲，发泡剂掺量
越大，所需要的稳泡剂也越多，制得成品的容重越低；在同
铝粉为银灰色的金属，具有较高的活性，铝粉在碱性环
境中可以与 H2O发生反应放出氢气，从而可以作为发泡水泥
·30·
的发泡剂[7]，如式（6）所示。
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑
（6）
铝粉的发气速度受到铝粉质量和混凝土碱度两个方面的
影响，同时混凝土碱度过大，会降低混凝土材料的强度。因