泡沫鋁作為建筑材料的應(yīng)用及前景

朱苗淼（陜西省建筑科學(xué)研究院）

沈林鳳 孫曉瑜 崔波 郝楊

    1、引言

    泡沫鋁是一種新型功能材料，它是金屬鋁基體中分散著無數(shù)氣泡的類似泡沫狀的超輕金屬材料，一般孔隙率為 40％ ～98％ 。1948年Sonik 提出用汞在鋁中氣化發(fā)泡制備泡沫鋁的方法，隨后 Elliot于1951年成功地制備出了泡沫鋁。20世紀(jì)60年代美國 Ethyl公司成為研制泡沫鋁的科研中心基地。1991年，日本九州工業(yè)金屬研究所開發(fā)出泡沫鋁工業(yè)化生成的工藝路線，目前已能用金屬發(fā)泡法和滲流法生產(chǎn)大型和小型部件，美國、日本、英國、法國、加拿大等國相繼研制出了多項(xiàng)技術(shù)專利。我國對泡沫鋁的制備工藝的基礎(chǔ)研究也進(jìn)行了一些探索性的工作，并取得了一定的進(jìn)展。

    泡沫鋁的特點(diǎn)為相對密度低、質(zhì)量輕、比表面積大、比力學(xué)性能高、阻尼性能好。良好的力學(xué)性能使它可以作為結(jié)構(gòu)材料；而它具備的多種優(yōu)異物理性能，如阻尼、消聲、隔熱、導(dǎo)熱、減震、電磁屏蔽防護(hù)、吸能緩沖等使它同時具有了功能材料的特點(diǎn)。

    2、泡沫鋁的性能及其在建筑業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

    泡沫鋁具有較高的耐熱性，即使達(dá)到合金熔點(diǎn)也不熔解，一般鋁合金的熔解溫度范圍在560~700℃，但泡沫鋁即使加熱到1400℃也不熔解。而且在高溫下不釋放有害氣體，在許多場合可以取代發(fā)泡樹脂和石棉類制品作為隔熱與耐熱材料。

    泡沫鋁可以通過孔壁的震動將空氣的動能轉(zhuǎn)化為熱能耗散，因此可作為吸聲板應(yīng)用于公路和鐵路、地鐵隧道降噪內(nèi)襯、地鐵站降噪內(nèi)襯、鐵路降噪內(nèi)襯、游泳館降噪內(nèi)襯、會議場的降噪內(nèi)襯、大型設(shè)備機(jī)房等。改變吸聲板背后設(shè)置空氣層厚度，可控制泡沫鋁板吸聲系數(shù)主頻率，從而可針對不同的噪聲制作吸聲板。另外，泡沫鋁板不吸收水分，在潮濕環(huán)境下，吸聲率不降低，是潮濕環(huán)境中最好的吸聲材料。

    建筑業(yè)中泡沫鋁有著廣泛的應(yīng)用范圍。例如，用泡沫鋁材制造電梯可大大減輕其重量，從而減少能量消耗，而且泡沫鋁優(yōu)良的能量吸收性能又保證了電梯的安全性。如果泡沫鋁作為裝飾材料，既輕便美觀，又可以起到防火、隔音的效果。

    建筑方面，另一個典型的需求是用泡沫鋁材料制造高樓幕墻板，這種最先進(jìn)的幕墻版具有吸能、隔聲、隔熱功能，可緩沖風(fēng)壓對高樓的沖擊，隔熱和降噪，提高舒適性。泡沫鋁的導(dǎo)熱系數(shù)不僅與孔隙率相關(guān)，還與空隙的分布方式相關(guān)，后者起著主導(dǎo)作用，泡孔如沿垂直于熱流的方向延伸會對熱流的阻礙能力增大，甚至由于該方向上的連通而出現(xiàn)“高熱阻墻”[3]，因而是一種很有潛力的保溫材料。

    3、泡沫鋁作為建筑材料的優(yōu)勢

    3.1 優(yōu)勢——綠色環(huán)保

    丁龍等人廢泡沫鋁重熔回收，采用熔劑覆蓋法進(jìn)行重熔。研究了熔劑加入量、熔劑配比等因素對泡沫鋁重熔回收率的影響。結(jié)果表明：廢泡沫鋁的一次回收率達(dá)到75％左右：通過對爐渣的回收處理，總回收率可達(dá)到92%以上。回收所得的鋁泡沫化后，性能和原鋁類似。這表明：泡沫鋁是一種能夠循環(huán)利用的新型材料。泡沫鋁重熔再生時通過加入熔劑可防止鋁在高溫下被氧化，加入氟鹽的熔劑，拌熔體可以改善排雜過程的流體力學(xué)條件的方式均可提高回收率。

    在工業(yè)生產(chǎn)中，廢料的來源主要在切割過程，為使泡沫鋁材料達(dá)到使用要求，往往需要切割泡沫體規(guī)方切割的的表皮材料，不可避免的無泡層，產(chǎn)生缺陷形成的廢料及切割鋸屑廢料。比較理想的回收方式是先把廢料切碎成100mm的小塊，在攪拌狀態(tài)下，將小塊廢料加入鋁液中，使其迅速進(jìn)入鋁液中，避免氧化損失。

    3.2 優(yōu)勢——用戶友好

    泡沫鋁可達(dá)A級阻燃的耐熱性能、燃燒時不釋放任何有害氣體以及良好的絕熱性，是對使用者非常友好的一種外墻、內(nèi)墻裝飾材料。輕巧強(qiáng)韌的特點(diǎn)使其易于施工，便于切割進(jìn)一步簡化施工工藝，施工中的廢料也可進(jìn)行回收再利用。可滿足廣大使用者的需求，以及便于施工方按照設(shè)計需要進(jìn)行施工。

    4、局限性與發(fā)展前景

    對泡沫鋁研究的制約性因素是制備方法。事實(shí)上，不論是發(fā)泡法還是燒結(jié)法，均未達(dá)到結(jié)構(gòu)可控的程度。因此進(jìn)一步完善工藝，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)可調(diào)的目標(biāo)是今后研究重點(diǎn)內(nèi)容之一。較之傳統(tǒng)的內(nèi)墻、外墻材料，泡沫鋁材料還未被市場廣泛的接受，需要主動發(fā)現(xiàn)應(yīng)用場合和客戶的需求，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，讓泡沫鋁走進(jìn)更多領(lǐng)域中；工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)一步提高泡沫鋁的回收率，減少回收過程中的氧化率，保證二次生產(chǎn)的泡沫鋁的使用性能；研究泡沫鋁的工藝性能，將工業(yè)美學(xué)與生產(chǎn)相結(jié)合，使泡沫鋁產(chǎn)品外觀更加美好，使住宅成為真正的家園。

    綜上所述，泡沫鋁材料作為一種新型結(jié)構(gòu)功能一體化材料，具有相對密度低、質(zhì)量輕、比表面積大、比力學(xué)性能高、阻尼性能好、阻尼、消聲、隔熱、導(dǎo)熱、減震、電磁屏蔽防護(hù)、吸能緩沖等優(yōu)異的力學(xué)性能及物理性能，在國外已被廣泛的應(yīng)用于各種場所，國內(nèi)對泡沫鋁作為建筑材料的應(yīng)用近年來也有很大的發(fā)展，如SOHO復(fù)興廣場項(xiàng)目中泡沫鋁作為裝飾材料的大面積使用，作為SOHO的商業(yè)寫字樓項(xiàng)目，在環(huán)保上依然保有極高的要求，獲得世界認(rèn)可的綠色建筑LEED金級預(yù)認(rèn)證。

    可以預(yù)見的是，隨著我國對環(huán)境保護(hù)及用戶健康的逐漸重視，建筑環(huán)保性能方面的法律逐步完善，泡沫鋁材料作為建筑材料的應(yīng)用范圍將會越來越大，逐步取代老舊丑廢的建筑材料，將健康舒適帶給每一個使用者。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會    文徑網(wǎng)絡(luò)：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)