泡沫鋁作為建筑材料的應用及前景

朱苗淼（陜西省建筑科學研究院）

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，日本九州工業金屬研究所開發出泡沫鋁工業化生成的工藝路線，目前已能用金屬發泡法和滲流法生產大型和小型部件，美國、日本、英國、法國、加拿大等國相繼研制出了多項技術專利。我國對泡沫鋁的制備工藝的基礎研究也進行了一些探索性的工作，并取得了一定的進展。

    泡沫鋁的特點為相對密度低、質量輕、比表面積大、比力學性能高、阻尼性能好。良好的力學性能使它可以作為結構材料；而它具備的多種優異物理性能，如阻尼、消聲、隔熱、導熱、減震、電磁屏蔽防護、吸能緩沖等使它同時具有了功能材料的特點。

    2、泡沫鋁的性能及其在建筑業中的應用現狀

    泡沫鋁具有較高的耐熱性，即使達到合金熔點也不熔解，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化為熱能耗散，因此可作為吸聲板應用于公路和鐵路、地鐵隧道降噪內襯、地鐵站降噪內襯、鐵路降噪內襯、游泳館降噪內襯、會議場的降噪內襯、大型設備機房等。改變吸聲板背后設置空氣層厚度，可控制泡沫鋁板吸聲系數主頻率，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，在潮濕環境下，吸聲率不降低，是潮濕環境中最好的吸聲材料。

    建筑業中泡沫鋁有著廣泛的應用范圍。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，這種最先進的幕墻版具有吸能、隔聲、隔熱功能，可緩沖風壓對高樓的沖擊，隔熱和降噪，提高舒適性。泡沫鋁的導熱系數不僅與孔隙率相關，還與空隙的分布方式相關，后者起著主導作用，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“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勢

    3.1 優勢——綠色環保

    丁龍等人廢泡沫鋁重熔回收，采用熔劑覆蓋法進行重熔。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。結果表明：廢泡沫鋁的一次回收率達到75％左右：通過對爐渣的回收處理，總回收率可達到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條件的方式均可提高回收率。

    在工業生產中，廢料的來源主要在切割過程，為使泡沫鋁材料達到使用要求，往往需要切割泡沫體規方切割的的表皮材料，不可避免的無泡層，產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，在攪拌狀態下，將小塊廢料加入鋁液中，使其迅速進入鋁液中，避免氧化損失。

    3.2 優勢——用戶友好

    泡沫鋁可達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、內墻裝飾材料。輕巧強韌的特點使其易于施工，便于切割進一步簡化施工工藝，施工中的廢料也可進行回收再利用。可滿足廣大使用者的需求，以及便于施工方按照設計需要進行施工。

    4、局限性與發展前景

    對泡沫鋁研究的制約性因素是制備方法。事實上，不論是發泡法還是燒結法，均未達到結構可控的程度。因此進一步完善工藝，以實現結構參數可調的目標是今后研究重點內容之一。較之傳統的內墻、外墻材料，泡沫鋁材料還未被市場廣泛的接受，需要主動發現應用場合和客戶的需求，產學研相結合，讓泡沫鋁走進更多領域中；工業生產中，進一步提高泡沫鋁的回收率，減少回收過程中的氧化率，保證二次生產的泡沫鋁的使用性能；研究泡沫鋁的工藝性能，將工業美學與生產相結合，使泡沫鋁產品外觀更加美好，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構功能一體化材料，具有相對密度低、質量輕、比表面積大、比力學性能高、阻尼性能好、阻尼、消聲、隔熱、導熱、減震、電磁屏蔽防護、吸能緩沖等優異的力學性能及物理性能，在國外已被廣泛的應用于各種場所，國內對泡沫鋁作為建筑材料的應用近年來也有很大的發展，如SOHO復興廣場項目中泡沫鋁作為裝飾材料的大面積使用，作為SOHO的商業寫字樓項目，在環保上依然保有極高的要求，獲得世界認可的綠色建筑LEED金級預認證。

    可以預見的是，隨著我國對環境保護及用戶健康的逐漸重視，建筑環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：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)