淺談EPS在陶?；炷林械膽?yīng)用

劉春蘋萬勇曾忠敏

1 前言

EPS輕集料混凝土（Expanded polystyrene 1ightweight aggregate concrete），是以EPS顆粒部分或全部取代混凝土中的砂、石集料配制而成。根據(jù)取代量不同，可配制不同密度（500～2200kg/m3）和強(qiáng)度的混凝土[1]。20世紀(jì)70年代，Cook對(duì)EPS顆粒作為集料的輕集料混凝土進(jìn)行了系統(tǒng)研究[2]。20世紀(jì)80年代，澳大利亞開發(fā)了BST專利技術(shù)[3]，將膨脹聚苯乙烯泡沫珠表面進(jìn)行化學(xué)處理，獲得均質(zhì)、性能較好的輕質(zhì)混凝土，用于建筑工程。21世紀(jì)以來，高層建筑的發(fā)展對(duì)高強(qiáng)混凝土提出更輕質(zhì)的要求，但國(guó)內(nèi)在EPS輕集料混凝土方面的研究起步較晚，各種性能均缺乏比較系統(tǒng)完善的研究，在我國(guó)的應(yīng)用還不是很廣泛[2]。與普通混凝土相比，EPS輕集料混凝土導(dǎo)熱系數(shù)小、抗震性能好，不僅造價(jià)低，而且循環(huán)利用廢棄材料。近年來，我國(guó)在EPS輕集料混凝土的研究方面也取得了一些進(jìn)展，主要進(jìn)行其強(qiáng)度方面的研究，但無論是在試驗(yàn)研究還是實(shí)際應(yīng)用方面與國(guó)外的差距都還不小。

陶?；炷潦怯锰樟Ｌ娲糠执止橇系幕炷?，密度小、可以用于維護(hù)結(jié)構(gòu)，相對(duì)強(qiáng)度高、可以用于承重結(jié)構(gòu)，隔熱保溫且耐火、抗凍。目前常被用于高層、超高層建筑、橋梁建筑、海上建筑及大跨度建筑的建設(shè)中。目前，日本、美國(guó)及歐洲一些國(guó)家陶粒混凝土的研究水平較高，高強(qiáng)陶?；炷良捌浔盟图夹g(shù)已得到了成功的應(yīng)用[4]。我國(guó)目前對(duì)它的各種性能也均有研究，主要集中于強(qiáng)度、彈性模量、抗裂及耐腐蝕等方面。

本文介紹材料，配合比，制作工藝，養(yǎng)護(hù)條件等對(duì)EPS混凝土與陶?；炷恋闹饕膸追N性能的影響，并結(jié)合兩種混凝土的優(yōu)缺點(diǎn)，預(yù)測(cè)用摻有EPS部分替代陶?；炷林械墓橇系男滦突炷恋男阅堋⒖赡艹霈F(xiàn)的問題及其應(yīng)用前景。

2 基本原理

EPS輕集料混凝土用水泥膠結(jié)再生或原生EPS顆粒及細(xì)集料，并摻加一些外加劑（引氣劑，氯丁膠乳及減水劑等）而成。其配制基本原理是：混凝土的密度最小，強(qiáng)度達(dá)到施工要求，滿足熱工及變形性能等。根據(jù)這個(gè)原理，選擇粒徑較小的EPS顆粒，高標(biāo)號(hào)水泥，保證其和易性與勻質(zhì)性。還可以使用礦物摻和料取代部分水泥，有效降低水泥砂漿與骨料的密度差，減少分層離析，提高密實(shí)度，從而提高整體的強(qiáng)度。

陶?；炷劣锰樟Ｌ娲止橇希运酁槟z結(jié)料，并摻加一些外加劑（減水劑等）而成，不同陶粒制成的混凝土又有其不同的特性。在配制過程中，在滿足熱工、變形性能，彈性模量等條件下，用較小的水灰比，以減輕陶粒的上浮，并且提高其強(qiáng)度。

3 EPS混凝土與陶粒混凝土的力學(xué)性能

3.1 抗壓強(qiáng)度

EPS輕集料混凝土的強(qiáng)度較低，通過優(yōu)化骨料粒徑級(jí)配，添加減水劑，有機(jī)添加劑（氯丁膠乳等）及無機(jī)摻和物（微硅粉及粉煤灰等）來盡量提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。各個(gè)因素的作用機(jī)理如下：

聚苯顆粒的粒徑，摻和量及加工方式對(duì)抗壓強(qiáng)度都有一定的影響，粒徑較小的顆粒比較有利于與膠體的粘結(jié)，但顆粒越小，成本越高，符合最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的EPS顆粒粒徑尚待研究。隨著聚苯顆粒的增加，混凝土的密度和強(qiáng)度都減小。微硅粉的顆粒較小，填充在水泥漿體中，增加其粘稠性，改善界面情況，因而能提高混凝土的強(qiáng)度。在EPS摻量不變時(shí)，微硅粉摻量的增大提高EPS混凝土抗壓強(qiáng)度。但隨著EPS摻量的增大，其提高幅度降低，當(dāng)EPS體積摻量為55%時(shí)，僅提高了8%左右[2]。

影響陶粒混凝土強(qiáng)度的因素主要有：砂漿，陶粒強(qiáng)度，水灰比以及陶粒的含水率。提高砂漿的強(qiáng)度，增加包裹陶粒表面的強(qiáng)度，在一定范圍內(nèi)，混凝土的強(qiáng)度隨砂漿強(qiáng)度的增加而增加；陶粒強(qiáng)度是影響強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，不能依靠提高水泥摻量提高混凝土的強(qiáng)度，配置高強(qiáng)混凝土?xí)r采用高強(qiáng)陶粒；水灰比是影響強(qiáng)度的主要因素，要提高混凝土的強(qiáng)度，就應(yīng)降低水灰比，水灰比的降低導(dǎo)致混凝土拌和物和易性差，以致影響混凝土的攪拌、振搗、成型等。陶粒的多孔結(jié)構(gòu)使得它的含水率影響混凝土的強(qiáng)度，干燥的陶粒能提高強(qiáng)度 3～8%[5～6]。

3.2 劈裂抗拉強(qiáng)度

隨EPS的體積的增加，劈裂抗拉強(qiáng)度減小，當(dāng)其體積增長(zhǎng)到一定程度的時(shí)候，混凝土破壞的時(shí)候不顯示脆性，EPS顆粒的減小有利于劈裂抗拉強(qiáng)度的提高，摻入微硅粉也能提高EPS輕集料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，當(dāng)EPS含量較高時(shí)，這種效用就更明顯。

與普通混凝土相比，陶?；炷恋呐芽估瓘?qiáng)度相近，加入鋼纖維后，陶?；炷恋目估玫搅嗣黠@的改善，其劈裂抗拉強(qiáng)度值的提高率最大為77.31%。

3.3 抗折強(qiáng)度

陶?；炷恋目拐坌阅軆?yōu)于普通混凝土，在對(duì)陶粒混凝土抗折強(qiáng)度要求較高時(shí)，常添加鋼纖維和聚丙烯纖維。在單獨(dú)添加鋼纖維的陶?；炷林?，未摻鋼纖維時(shí)，初裂強(qiáng)度即是抗折極限強(qiáng)度；摻入鋼纖維后，由于鋼纖維對(duì)混凝土基體裂縫前和裂縫后有雙重阻裂效應(yīng)，從而抗折極限強(qiáng)度比抗折初裂強(qiáng)度有更大幅度的提高。另外在陶?；炷林屑尤隕PS，隨著EPS含量的增加，混凝土的抗折強(qiáng)度有所提高[7]。

4 輕集料混凝土的研究動(dòng)向與存在問題

目前，對(duì)采用EPS復(fù)合骨料的新型輕集料混凝土的研究在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，國(guó)外主要集中于EPS取代部分石子的研究，集中于各項(xiàng)強(qiáng)度等。陶?；炷恋难芯恳呀?jīng)比較成熟，但高強(qiáng)陶?；炷恋乃苄暂^低，限制了高強(qiáng)陶?；炷恋膽?yīng)用。

EPS輕集料混凝土最大的特征是輕質(zhì)、保溫隔熱性能，抗化學(xué)腐蝕較好[8]，通過改變配比能很容易地調(diào)節(jié)它的性能；陶?；炷粮邚?qiáng)輕質(zhì)、耐久性好、抗震好、無堿骨料反應(yīng)。如果用EPS替代陶?；炷林械牟糠执止橇霞凹?xì)骨料，可能得到強(qiáng)度優(yōu)于EPS混凝土、質(zhì)量低于陶?；炷痢⒖拐?、保溫隔熱性能較好的新型混凝土。它綜合EPS及陶?；炷恋膬?yōu)點(diǎn)，而且可以通過調(diào)節(jié)配比，配制出一定強(qiáng)度及熱工性能的混凝土。由于陶粒及EPS本身的特點(diǎn)，在攪拌過程中，可能會(huì)出現(xiàn)分層及上浮現(xiàn)象，擬采用裹砂工藝及添加礦物摻合料來解決；為了得到更高強(qiáng)度的混凝土，可以考慮添加鋼纖維及微硅粉。這種混凝土在國(guó)內(nèi)來說有很大的推廣空間，由于其輕質(zhì)高強(qiáng)，可以廣泛用于高層建筑及其他建筑形式的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，一方面降低了建筑的整體重量，節(jié)約地基基礎(chǔ)的造價(jià)，另一方面，其本身的熱工性能較好，減少施工工序及建筑材料的成本。另外其抗?jié)B性及耐久性較好，可以用于海邊建筑及其他對(duì)抗?jié)B要求較高的建筑。