水泥-固廢基輕質(zhì)混凝土在屋面找坡中的應(yīng)用*

康亞明，白文廣，陳靜波，楊寶平，王特化

（1.北方民族大學(xué)機電工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021; 2.寧夏城建設(shè)計院（有限公司），寧夏 銀川 750001；3.寧夏千弓預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程有限公司，寧夏 銀川 750001；4.寧夏躍元工程有限公司，寧夏 固原 750000）

1 引言

圖1 EPS輕質(zhì)混凝土的制備

“銀川智能終端產(chǎn)業(yè)園”是銀川市經(jīng)開區(qū)繼軸承小鎮(zhèn)建設(shè)后著力打造的又一個裝備制造百億產(chǎn)業(yè)園區(qū)，該園區(qū)的開工建設(shè)既是經(jīng)開區(qū)在現(xiàn)代裝備制造領(lǐng)域打造的提高產(chǎn)業(yè)集約化水平、推動創(chuàng)新創(chuàng)意發(fā)展的綜合體，又是在東部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移背景下探索的產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展新途徑。項目計劃分三期建設(shè)，總建筑面積達100萬m2，計劃總投資100億元，占地1100余畝，其市場定位是主要承接?xùn)|部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，重點引進智能手機終端產(chǎn)業(yè)、光電顯示產(chǎn)業(yè)、智能家電終端產(chǎn)業(yè)、智能汽車終端產(chǎn)業(yè)等電子消費項目，通過搭建建設(shè)、生產(chǎn)、研發(fā)、金融服務(wù)、設(shè)備采購、信息互聯(lián)等平臺，吸引智能終端全產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)拎包入住、集群發(fā)展，構(gòu)成與軸承小鎮(zhèn)項目相呼應(yīng)的智能制造“雙輪驅(qū)動”產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展模式，該園是銀川市圍繞打造“千億級升級版經(jīng)開區(qū)”的目標(biāo)的重要組成部分，力爭3年內(nèi)產(chǎn)值突破300億元。該產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)廠房19棟，結(jié)構(gòu)型式為鋼框架結(jié)構(gòu)，屋面采用材料找坡，找坡材料采用以水泥為主，并添加一定量固廢的EPS輕質(zhì)混凝土。

2 水泥-固廢基EPS輕質(zhì)混凝土的制備與技術(shù)優(yōu)勢

2.1 標(biāo)準(zhǔn)試塊的制作

用一部分固廢代替部分水泥制備的EPS輕質(zhì)混凝土，這里稱為水泥-固廢基EPS輕質(zhì)混凝土。根據(jù)本工程的技術(shù)要求，屋面為不上人屋面，故干密度不宜太大，室內(nèi)試驗設(shè)計400，500，600，700和800kg/m3共5種干密度級別試塊。P.O.32.5水泥強度低，為了達到同樣的強度，需要提高試塊的干密度，這樣導(dǎo)致輕質(zhì)性降低，而P.O.52.5水泥成本高，為了平衡輕質(zhì)性和經(jīng)濟性，本項目擬采用P.O.42.5水泥，故本試驗也采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，摻入水泥質(zhì)量5%的硅灰。試塊澆筑后48h后脫模，脫模后置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱中養(yǎng)護28d，流動性可根據(jù)現(xiàn)場需要來調(diào)節(jié)［1-2］。

2.2 基本物理力學(xué)參數(shù)

對不同干密度時的單軸抗壓強度、導(dǎo)熱系數(shù)和燃燒性能進行了測試和檢測，匯總后如表1和2所示。

圖2 EPS輕質(zhì)混凝土的塌落度狀態(tài)

表1 EPS輕質(zhì)混凝土干密度與單軸抗壓強度關(guān)系

表2 EPS輕質(zhì)混凝土干密度與導(dǎo)熱系數(shù)及其燃燒性能的關(guān)系

從表1可以看出，聚合物EPS輕質(zhì)混凝土的物性特征和干密度有直接關(guān)系：

（1）隨著干密度的增大，單軸抗壓強度也隨之增大，但輕質(zhì)特性也隨之減弱；

（2）導(dǎo)熱系數(shù)隨著干密度的增大而減小，防火等級隨干密度的增大而提高。

輕質(zhì)混凝土的突出優(yōu)點是干密度小、自密實和自保溫，在滿足強度的前提下，干密度越小這些優(yōu)勢越突出，在具體工程中要根據(jù)工程特點尋求一個最佳結(jié)合點，達到綜合效益最大化。

2.3 EPS輕質(zhì)混凝土的輕質(zhì)填筑部位

EPS輕質(zhì)混凝土由于其密度小，可以廣泛用于輕質(zhì)類填筑，如找坡找平等輕質(zhì)類填筑，在工民建中可廣泛應(yīng)用于樓宇的不同部位，典型應(yīng)用如圖3所示。

圖3 EPS輕質(zhì)混凝土輕質(zhì)填筑部位

2.4 EPS輕質(zhì)混凝土變形特征

與普通混凝土相比，EPS輕質(zhì)混凝土的強度和剛度參數(shù)介于軟巖和硬土之間，但相對于普通混凝土，其變形特征可總計為延性好，剛度適中，吸能性能好，抗沖擊性能優(yōu)越。普通混凝土峰值應(yīng)變 0.15%到0.25%之間波動，通常取0.2%［3-6］。對于EPS輕質(zhì)混凝土，以干密度為500kg/m3左右的為例（圖4所示），峰值應(yīng)變約在2%左右，峰值應(yīng)變時比傳統(tǒng)混凝土的峰值應(yīng)變大一個數(shù)量級［7］。

圖4 EPS輕質(zhì)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程曲線

3 智能終端產(chǎn)業(yè)園二期現(xiàn)場工程應(yīng)用

3.1 智能終端產(chǎn)業(yè)園工程概況

（1）自然條件：抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計地震分組為第二組，設(shè)計基本地震加速度值為0.20g?；撅L(fēng)壓0.65kN/m2，基本雪壓0.20 kN/m2。建筑場地類別為II類，場地標(biāo)準(zhǔn)凍土深度1.03m。

（2）結(jié)構(gòu)形式：鋼框架，框架抗震等級為三級；樓板采用混凝土疊合板，局部（衛(wèi)生間）采用鋼筋桁架樓承板?；A(chǔ)類型為獨立基礎(chǔ)。

（3）荷載取值：

①荷載取值依據(jù)現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》并據(jù)實際需要取值。

②鋼筋混凝土密度為25kN/m3；素混凝土密度為20kN/m3；抹灰砂漿密度為17kN/m3；填充墻體砌塊密度為8kN/m3。

③樓層板面裝修荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2.0kN/m2；樓層板底抹灰和吊頂荷載標(biāo)準(zhǔn)值取0.5kN/m2。

④根據(jù)可行性研究報告上工藝要求及廠房建筑使用功能，并參照現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄D,生產(chǎn)區(qū)域樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值為7.0kN/m2；生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)設(shè)備安裝前應(yīng)提供工藝流程圖、設(shè)備運行重量、產(chǎn)品堆放等資料供我方復(fù)核承載無誤后方可進廠安裝和生產(chǎn)。

⑤樓梯間、電梯廳樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值為3.5kN/m2；衛(wèi)生間樓面活載標(biāo)準(zhǔn)值為2.5kN/m2。

⑥不上人屋面活載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2；上人屋面活載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/m2。

⑦樓梯欄桿水平荷載：1kN/m。

⑧本項規(guī)定的荷載均為要求的最大限制，材料選用及正常使用時均不應(yīng)超過上述限值。

⑨如有特殊設(shè)備荷載，則根據(jù)廠家提供資料后確定并采取措施。

（4）結(jié)構(gòu)材料：

①鋼筋：主要受力鋼筋采用HRB400級鋼筋，分布構(gòu)造鋼筋采用HRB400級鋼筋。

②混凝土：基礎(chǔ)及地梁采用C35混凝土，基礎(chǔ)墊層采用耐腐蝕C20素混凝土，圈梁、過梁、構(gòu)造柱等次要構(gòu)件混凝土強等級擬采用C25。

③鋼材：鋼柱、鋼梁及連接板采用Q355B，隅撐等角鋼、槽鋼級工字鋼可采用Q235B。

④填充墻及砂漿：室內(nèi)地坪以下采用MU20混凝土普通磚，Mb10水泥砂漿砌筑；室內(nèi)地坪以上蒸壓加氣混凝土內(nèi)墻板為強度等級不低于A3.5的配筋板材。

3.2 EPS輕質(zhì)混凝土找平找坡的技術(shù)優(yōu)勢

本項目鋼結(jié)構(gòu)屋面采用EPS輕質(zhì)混凝土材料找坡，最薄處15cm，最厚處約40cm，若用傳統(tǒng)的爐渣找坡，則存在屋面荷載大和勞動強度大的缺點。針對這些情況，本項目最終選用干密度可以控制的水泥-固廢基EPS輕質(zhì)混凝土進行找坡，而該輕質(zhì)混凝土本身具有良好的保溫性能，在降低屋面荷載的同時還具有保溫作用。EPS輕質(zhì)混凝土屋面減荷效果如圖5所示。

圖5 EPS輕質(zhì)混凝土找坡找平受力示意圖

3.3 現(xiàn)場施工效果

采用EPS聚合物輕質(zhì)混凝土屋面找坡的方案，可以降低屋面自重，間接地提高了結(jié)構(gòu)抗震性能。因輕質(zhì)混凝土可以實現(xiàn)自密實，故無需振搗，施工過程勞動強度大大降低，攪拌過程在廠區(qū)內(nèi)集中攪拌，運輸至現(xiàn)場泵送，全過程粉塵傳播被消除。在工期不緊的情況下，用自密實輕質(zhì)混凝土只需3人即可完成，綜合效益顯著。

圖6 水泥-固廢基EPS輕質(zhì)混凝土屋面找坡

4 結(jié)束語

通過本文的室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用示范，主要結(jié)論有：

（1）解決了傳統(tǒng)保溫和找坡單獨施工，導(dǎo)致屋面荷載大、施工周期長、勞動強度大等缺點；

（2）聚合物EPS輕質(zhì)自密實混凝土實現(xiàn)了保溫和找坡一體化施工，降低了屋面荷載，其自保溫性能也提高了屋面保溫效果，經(jīng)濟與環(huán)境效益顯著；

（3）EPS聚合物混凝土施工速度快，施工過程機械化程度高，可明顯降低工人勞動強度，縮短施工周期，具有較為明顯的綜合效益。