河南科技
Henan Science and Technology 知识产权与专利导航
总第812期第18期
2023年9月
代娇荣李叶晨
（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心，天津300304）
摘要：【目的】从发泡装置产业专利的角度进行全面分析，探索该领域的发展现状和研究重点，并在此基础上提出建议。【方法】通过分析发泡装置专利主要申请人、专利技术研究发展过程角度研究发泡装置产业发展情况。【结果】我国企业保持了对该项技术的研究热度和兴趣，该项技术更注重实际生产应用，但是单个企业的相关申请量较少，与科研院所合作较少，没有形成持续的技术改进链，关于如何减少施工垃圾，保证绿施工方面的研究还比较欠缺。【结论】混凝土发泡机应向着绿化、自动化、工业化方向发展，我国企业应更加注重与科研机构之间进行合作，培育龙头企业。 关键词：发泡装置；混凝土；专利
中图分类号：TU528.72；G255.53文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）18-0136-04 DOI：10.19968/jki.hnkj.1003-5168.2023.18.028
Patent Navigation for Foaming Machines of Building Material
DAI Jiaorong LI Yechen
(Patent Examination Cooperation(Tianjin)Center of The Patent Office,CNIPA,Tianjin300304,China)
Abstract:[Purposes]This article conducts a comprehensive analysis from the perspective of foaming ma⁃chines industry patents,explores the current development situation,research keynote and puts forward suggestions on the basis.[Methods]Research the development of integrated foaming machines industry by analyzing the patent applicants and the trend of technology for patent.[Findings]Enterprises of china have maintained a research enthusiasm and interest in this technology,which focuses more on practical production applications.However,there are relatively few related applications from individual enter⁃prises,few collaborations with research institutes,and no continuous technological improvement chain has been formed.There is still a lack of research on how t
o reduce construction waste and ensure green construction.[Conclusions]Foaming machines for concrete should develop towards greenery,automa⁃tion,and industrialization.Enterprises of china should pay more attention to cooperation with scientific research institutions and cultivate leading enterprises.
Keywords:foaming machines;concrete;patent
0引言
随着我国城镇化建设的不断推进，大多数建筑面临高耗能、保温隔热性差的问题。发泡建材独特的特性赋予其优异的物理力学性能和使用功能，是一种集节能、保温隔热、阻燃等性能的多功能材料。工程中主要通过发泡搅拌装置在混凝土或水泥内部形成多孔结构，但该装置也存在占地面积大，生产的气泡不均匀，易发生破裂等技术问题。因此，为提高产品质量和使用技术水平，对建筑材料发泡装置进行技术改进势在必行。
收稿日期：2023-05-23
作者简介：代娇荣（1991—），女，硕士，助理研究员，研究方向：专利审查；李叶晨（1991—），女，硕士，助理研究员，研究方向：建筑领域专利审查（等同于第一作者）。
1混凝土的发泡工艺
发泡混凝土或发泡水泥的主要有化学发泡和物理发泡两种［1］。化学发泡泡沫混凝土是将水泥及其掺和料，必要时加入集料、外加剂等，加入水制成浆状拌和物，再加入发泡剂搅拌均匀。物理发泡过程也可成为制泡，其是通过机械手段将表面活性剂或表面活性物质的水溶液制备出泡沫形成的。 化学发泡和物理发泡特点有以下区别。
①原理不同。化学发泡通过化学反应生成气体而使混凝土搅拌物内部形成气泡，而物理发泡工艺则是利用表面活性剂降低水的表面张力，使水膜在制泡机的作用下，包覆空气而形成气泡，再利用搅拌装置将气泡引入混凝土拌和物内［2］。
②工艺不同。化学发泡混合到混凝土拌和物内的是化学发泡剂，是先混合后发泡；而物理发泡工艺混合到混凝土拌和物内的则是泡沫，是先制泡后混泡［3］。
③浆料变化不同。用于化学发泡的混凝土拌和物，在加入发泡剂后，随着发泡的开始，其体积逐渐膨胀增大；而物理制泡工艺在泡沫混合到混凝土拌和物内后，体积就达到最大，不再发生膨胀，有时还会缩小。
④孔形不同。物理发泡形成的气孔孔径较小，而化学发泡则既可形成细孔，也可形成直径达到3~ 10mm
的大孔。
物理发泡与化学发泡有其各自的优缺点，如何选择还应根据具体工艺需要确定。目前，在泡沫混凝土领域，业内普遍认为物理发泡不如化学发泡，在保温制品方面基本上很少使用物理发泡，这是前几年我国泡沫混凝土保温板普遍使用化学发泡的主要原因。这恰与国外发达国家相反，国外发达国家生产保温制品大多采用的是物理发泡，极少使用双氧水化学发泡生产保温制品。
造成这一区别的主要原因如下。一是泡沫混凝土保温板的生产最早始于四川，四川当时采用的是双氧水化学发泡，这一工艺随后传播到浙江、江苏，最后传播至全国，成为当时的主导工艺。二是市场误导，许多保温产品的需求方，在缺乏专业知识和正确指导的情况下，仅凭感觉来评判产品的优劣。化学发泡保温板由于孔大而圆，且手感硬度好，就认为化学发泡保温板好。而物理发泡保温板则由于孔细，甚至看不清孔，且手感硬度不如化学发泡，外观不及化学发泡好看，就不被看好，受到了冷遇和排斥，市场效应较差。而市场这种“以貌取物”的错误认识，使物理发泡自2010年以来备受轻视，尤其在保温产品领域。事实上，物理发泡在许多方面都优于化学发泡，其产品的综合性能是优于化学发泡的，尤其是保温产品。另外，在抗冻性、防水性、力学性能等方面，物理发泡均有优势。因此，在生产保温制品方面，应优选物理发泡工艺。
2混凝土发泡机
发泡混凝土的性能表现与制备工艺具有十分密切的联系［4］，而无论是化学发泡还是物理发泡工艺，其主要是通过发泡混凝土的生产设备实现的，发泡混凝土的生产设备是影响泡沫混凝土形成的重要因素。其中，水泥发泡机从理论上讲应为泡沫混凝土发泡制浆，是专门用来制备泡沫混凝土浆料的专用设备，主要指泡沫混凝土现浇工程所用的成套施工设备［5］。其核心技术主要在于泡沫制备和混泡技术。发泡剂水溶液和空气是泡沫形成的两个主要因素，两者缺一不可。发泡剂本身是不能自动成为泡沫的，它必须通过发泡机的机械作用才能成为泡沫。发泡机实际上可作为引气机，它的本质是将空气引入发泡剂水溶液中均匀分散，实现液气尽可能大的接触界面，以使发泡剂中的表面活性物质在液膜表面形成双电子层并包围空气，形成一个个气泡。
当前，我国泡沫混凝土技术整体上与国外还存在较大的差距，特别是在装备技术及特殊应用领域。国内发泡机主要存在人工计量生产效率低，计量不够精确，产出的泡沫混凝土质量和级别均难以控制。且现有发泡机的发泡、搅拌等工艺结构分离，使发泡机整体结构烦琐，操作麻烦，体积庞大，搬运和使用都非常不便。另外，随着国家对环境保护的日益重视，如何在发泡过程中减少建筑垃圾，降低发泡剂的使用量和能耗成为越来越迫切需要解决的技术问题［6］。
在此形式下，已经有一些企业或研究单位在装备改进方面做出了努力。我国企业或科研机构虽然在创新方面不断努力，但专利产出质量不高，专利布局意识不强［7］，急需掌握科学的专利信息分析方法，以提高其“借力现有技术，寻研发突破口和保护知识产权”的能力。
3混凝土发泡机专利技术发展状况
为研究混凝土发泡机相关专利技术的发展情
无锡乐华自动化科技有限公司
马鞍山十七冶工程科技有限责任公司益阳市龙腾节能保温材料科技有限公司牛宁民
（STEP-I ）STEPHENS P J
STANDARD CONCRETE PRODUCTS INC STANDARD CONCRETE MATERIALS IN
夏勇涛
河南华泰建材开发有限公司
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
专利数量/件申请人
33
44
55
8
6
10况，笔者通过比较准确的关键词，在国家知识产权局数据库中进行检索和统计。检索后将明显噪声进行清理，采用不同的检索方式及各种算符命令确保检索的全面性及准确性，并利用系统的统计命令和Excel 对该领域的中国专利申请数据和全球专利申请数据进行统计分析。
3.1
混凝土发泡机领域的主要申请人
混凝土发泡机主要申请人如图1所示，可以看出河南华泰建材开发有限公司是发泡混凝土机申请量最大的申请人，其次为美国的标准混凝土材料公司（STANDARD CONCRETE MATERIALS IN ），然后是中国的夏勇涛，美国的标准混凝土产品股份有限公司（STANDARD CONCRETE PRODUCTS INC ）和（STEP-I ）STEPHENS P J ，其他主要申请人为牛宁民，益阳市龙腾节能保温材料科技有限公司，马鞍山十七冶工程科技有限责任公司和无锡乐华自动化科技有限公司，国内外排名前9的申请人当中，企业申请为6个，个人申请为3个。说明在世界范围内，企业保持了对该项技术的研究热度和兴趣，该项技术更注重实际生产应用，但是单个企业的相关申请量较少，与科研院所合作较少，没有形成持续的技
术改进链，这是目前全球范围内制约该技术深入发展的重要因素之一，随着国内外绿建筑技术的不断发展，混凝土发泡机相关专利研究的深入开发和运营具有巨大的挖掘潜力。3.2
国内混凝土发泡机技术专利研究发展
过程
国内关于混凝土发泡机的专利申请最早出现于1988年，是由新疆石油管理局钻井工艺研究所申请的，该装置主要通过气液两相流体从不同的入口处分别进入泡沫发生器，液体经过喷嘴形成喷流，在直径可调的配气盘处与气体混合，然后，经芯体上的螺旋槽流向出口，在芯体的螺旋槽上缠绕有
金属片，用以进一步将其切割为更加细密的气泡。
该装置具有结构简单、体积小，生产的泡沫细密等优点。在此之后，国内该研究出现了一段低潮，其间没有任何科研院所、企业及个人在这方面有研究成果。这可能与大多数工程尚在使用传统混凝土，而泡沫混凝土相较传统混凝土具有工艺复杂，装置复杂和生产成本高等缺点，并未得到广泛推广有关。国内申请人出于经济方面的考虑，暂时放弃了对此项技术的研究。21世纪初期，国内主要申请人牛宁民开始申请混凝土发泡机的相关专利，先后在2004年和2005年申请了4项有关混凝土发泡机的早期专利。分别涉及一种水泥发泡机，其通过把泡沫输送到发将机与水泥沙浆混合；一种水泥发泡
机，在空压机（低压）的作用下进行发泡，然后跟填充物料（细砂、矿渣、粉煤灰等）、水泥等通过砂浆搅拌机进行搅拌；一种发泡水泥生产装置，其通过电动网状发泡机或空气压缩发泡器将氧化镁水泥泡沫剂制备成泡沫，将氧化镁水泥砂浆与镁水泥泡沫剂泡沫混合；一种发泡硫酸盐水泥制备装置，其用机械预制硫铝酸盐水泥流态砂浆，将硫铝酸盐水泥发泡剂稀释后用电动网状机械发泡机或空气压缩发泡器制备成泡沫，用机械将硫铝酸盐水泥砂浆与硫铝酸发泡剂泡沫低速混合水泥泡沫混凝土。由此可知，早期发明总体技术改进在于实现泡沫水泥的现代标准化、机械化生产、降低劳动强度，使墙体和建筑物总成本降低，加快施工进度。随后，夏勇涛在2007—2008年之间申请专利，其通过将发泡和搅拌设备一体化，使该设备具有体积小、重量轻、适合分散施工的特点。该设备机动灵活，既可用于大工地施工，也可用于零星工地，可对市场不同型号的发泡剂进行发泡，从而保证了不同保温产品的要求，可直接使用未稀释的发泡剂原液，并且供药量可自动设定调整，减少了使用工序。河南华泰建
图1混凝土发泡机主要申请人
材开发有限公司于2008—2019年之间申请了多项有关混凝土发泡机的专利，其最初致力于生产性能稳定，发泡效率高且方便移动可适应于不同生产场所的水泥发泡机，之后开始研发便携式的泡沫混凝土发泡机，该设备既具有结构简单，体积小的优点，又可通过控制压力表调节发泡率，提高发泡混凝土的质量。随着国家经济和科技的持续发展，为满足建筑业对发泡混凝土质量和数量的需求，该公司开始致力于将基于PLC技术的泡沫混凝土密度自动控制系统应用于混凝土发泡机，从而实现发泡混凝土质量和生
产量的自动控制，该技术不仅提高了发泡混凝土的质量，而且降低人工成本，极大提高了生产效率。此外，益阳市龙腾节能保温材料科技有限公司、马鞍山十七冶工程科技有限责任公司、无锡乐华自动化科技有限公司分别就混凝土发泡机便携性、发泡质量及生产的精细化控制申请了相关的专利。随着近年来我国大力倡导环境保护，绿施工的理念开始在建筑行业兴起，国内申请人武汉理工大学通过改进混凝土发泡制备装置将泡沫混凝土制备过程中的发泡和搅拌两个步骤有机结合在一起以避免使用发泡剂，不仅可以产生微小、均匀、稳定的气泡，制备较高质量的泡沫混凝土，而且还降低了制备成本，提高了泡沫混凝土的环保性，推动了泡沫混凝土的大范围推广。
整体来看，国内申请人根据近年来国家的宏观调控，响应节能减排的号召，不断加大研究力度，不同研究单位针对施工装置面临的具体使用和生产质量的问题不断研发技术方案，为发泡混凝土生产的自动化、规模化推进奠定了较为扎实的基础。
3.3混凝土发泡机技术专利研究效果性能改进
通过对国内混凝土发泡机技术发展过程的分析可以看出，关于混凝土发泡机的专利技术主要致力于改进装置使其取得结构简单，体积小，提高泡沫混凝土生产率及生产质量等技术效果。关于发泡机结构的简单化和小型化的改进技术已经非常成熟，关于提高混凝土生产质量和生产效率的性能改进也相对比较成熟，但是关于如何减少施工垃圾，保证绿施工方面的研究还比较欠缺，这也是由于该技术对装置搅拌器的要求较高，施工成本较大导致的，关于该效能方面的装置改进还存在较大的发展空间。
4结论
随着对混凝土发泡机装置的持续深入研究，混凝土发泡机应向着绿化、自动化、工业化方向发展。我国企业应更加注重与科研机构的合作，结合市场动态不断调整技术，不断推动装置创新发展，依靠技术研发开发更加高效绿环保的发泡装置，满足现代建筑发展需求。
参考文献：
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［3］徐超，谢闯，付裕，等.泡沫混凝土制备及影响因素研究［J］.交通世界，2020（26）：37-39.
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［5］韩永发，孙克洋，王幸，等.水泥发泡机的改进［J］.商品混凝土，2013（3）：24.
［6］杨铁军.产业专利分析报告（第29册）：绿建筑材料［M］.北京：知识产权出版社，2015：69.
［7］姜睿.基于间歇拌和设备的沥青发泡装置流量控制系统研究［D］.西安：长安大学，2022.
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