EPS混凝土性能研究

EPS轻质混凝土性能研究

EPS轻质混凝土性能研究

摘要 ：采用类似“裹砂”工艺的预拌方法拌制发泡聚苯乙烯(EPS)轻质混凝土并测试其力学性

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能．结果表明：用EPS颗粒部分取代粗集料和细集料,可以制得表观密度为800～1800kg／m、抗压强度达11～20MPa的EPS轻质混凝土；微硅粉能显著改善EPS颗粒与水泥浆体的粘结性能，提高EPS轻质混凝土抗压强度，而掺入钢纤维则能显著改善其干缩性能． 关键词：泡沫聚苯乙烯(EPS)；强度 ；轻质

Study on the Properties of Lightweight Expanded Polystyrene Concrete

Abstract：A premix method similar to ‘sand—wrapping’technique was utilized to make expanded polystyrene(EPS)concrete．Its mechanical properties were investigated as wel1．The research resuits show that the EPS concrete with the density of 800～1800kg

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／m and compressive strength of 10～25 MPa can be made by partially replacing coarse and fine aggregate by EPS beads．Fine silica fume greatly improves the bond between the EPS beads and cement paste and increases the compressive strength of EPS concrete． In addition，adding steel fiber significantly improves the drying shrinkage．

Key words：expanded polystyrene(EPS)；strength；light weight

发泡聚苯乙烯(EPS)是一种轻质泡沫材料，将其掺入砂浆或混凝土中能制备出不同表观密度

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的轻质混凝土．早在 1973年 ，Cook就对 EPS作为混凝土的集料进行了研究．经过多年的研究与尝试，EPS轻质混凝土可以用于诸多建筑结构方面，如EPS保温涂层、EPS砂浆、EPS密封腻子、EPS轻质灰浆、EPS混凝土内外墙板等．此外，EPS轻集料混凝土还在路面回

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填与找平、防冻路基、保温屋面、楼面隔音以及海洋漂浮结构等领域应用，特别是其具有

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较强的吸能功能 ，因而还可用于结构抗冲击保护层．

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然而，EPS颗粒具有两大弱点：其一，EPS的表观密度只有l2～20 kg／m ，在混凝土搅拌过程中易产生离析；其二，EPS与水泥浆体界面粘结力弱．这两大弱点严重制约了EPS混凝土技术的应用和推广．因此，需要对其表面进行化学处理．在以前的研究报道中，大多建议

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采用一些界面添加剂，如环氧树脂或水溶性乙烯丙酸脂，但这大大提高了EPS混凝土的价格．另外，目前报道的EPS混凝土主要集中在强度较低的应用范围内，主要探讨的是其力学性能．

本文主要探讨了一种结构 EPS轻集料纤维混凝 土(简称 EPS混凝土)，其最高强度达到20MPa．在试验中采用微硅粉提高 EPS在水泥浆体中的分散效果和界面粘结强度．同时，也探讨了不同体积分数的EPS对混凝土强度和收缩性能的影响．

1 试验

1．1 原材料与配 比

水泥 ：上海水泥厂生产的32.5普通硅酸盐水泥，其28d抗压 强度为37.8 MPa．骨料：细集料采用河砂，其细度模数为2.85；粗集料采用碎石，其粒径分布范围为5.0～

21.5mm．EPS颗粒：采用2种不同粒径的球形EPS颗粒，A类粒径为3.0 mm，表观密度为

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20.0kg／m；B类粒径为8.0mm，表观密度为8.5kg／m．微硅粉：Elken公司提供，颗粒粒径0.01～0.1μm．钢纤维：长度为25mm，长径比为60．减水剂：上海花王化学有限公司提供的Mighty--150减水剂. 混凝土拌和物配比见表 1

1．2 试件制作

采用30L型搅拌机进行拌和．首先将EPS颗粒与30％(质量分数)水预湿搅拌1min，随后依次加入微硅粉、水泥、砂、石、钢纤维并搅拌1min，最后加入剩余的水和减水剂并搅拌，直到均匀流动的EPS混凝土拌和物出现．为避免EPS颗粒上浮，将均匀的EPS混凝土拌和物装入试模后插捣成型．人工插捣时，捣棒应按一定速率均匀插捣． 1．3 试件养护与测试

选用150mm×150mm×150mm立方体试件测试其抗压强度，选用100mm×100mm×10mm立方体试件测试其劈裂抗拉强度，选用100mm×100mm×515mm棱柱体试件测试其收缩性能，测试龄期均为3，7，14，28，60d．

试件成型24h后脱模，然后将其臵于标准养护室养护至规定龄期．对于测试收缩性能的棱柱体试件，成型后将其臵于标准养护室静放(23.5±0.5)h，然后脱模并立即测试其初始值(环境温度

（20±3）℃，RH>60％)，测试完后，将其送回养护室养护至规定龄期取出，用布将其表面的水擦干，然后测试收缩性能并记录数据，按JTJ270—98《水运工程混凝土测试规程》计算其收缩变形

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量．用2000 kN压力机测试150mm。试件的抗压强度，加荷速率为0.3～0.5 MPa／s；测试

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100mm。试件的劈裂抗拉强度时则以0.04～0.06 MPa／s速率连续、均匀地加荷． 2 结果与讨论 2．1 抗压强度

2．1．1 龄期的影响

图1为EPS混凝土抗压强度随龄期的变化．从图1可以看出，所有EPS混凝土抗压强度随龄期增长而不断增长．在早期，抗压强度增长的幅度较大，而随着龄期增大，其增长幅度逐渐降低，28d后抗压强度几乎没有增长．然而，比较系列I,Ⅱ试件的7d抗压强度后发现：未掺微硅粉EPS混凝土其7d抗压强度达到28d抗压强度的70%～75%，而掺有微硅扮的EPS混凝土其7d抗压强度则达到了28d抗压强度的85%～90%．比较所有试件28，60d的抗压强度发现：只有第1组试件其60d抗压强度比28d时有所提高，而其他试件都无明显变化．在系列I试件中，钢纤维的掺入使其相应的抗压强度略有降低，而在系列Ⅱ试件中，钢纤维的掺入使其抗压强度略有增加．因为在系列I试件中，掺入钢纤维后，试件在搅拌浇注成型过程中可能引入了一定的气泡，使其密实性降低，从而使其相应的抗压强度略有降低；而在系列Ⅱ试件中，虽然掺入了钢纤维，但微硅粉的掺入提高了钢纤维在拌和物中的分散均匀性，使试件的密实性有一定的提高，从而使其抗压强度略有增加．

2．1．2 EPS颗粒掺量对 EPS混凝土抗压强度、表观密度的影响

图2为EPS混凝土抗压强度和EPS颗粒掺量(体积分数，下同)、EPS混凝土表观密度的关系．从图2可见，EPS混凝土的抗压强度随其表观密度近似线性增大，随EPS颗粒掺量线性

减小，这与文献[6]报道的结果一致．普通混凝土表观密度为2435kg／m时，其抗压强度为

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59.2MPa，而当EPS混凝土表观密度为普通混凝土的75%(约1800kg／m)，55%(约1400kg／33

m)，35%(约850 kg／m)时，其抗压强度依次约为普通混凝土的35%(2OMPa)，30%(18MPa)，2O%(11MPa)．可见，通过用不同粒径的EPS颗粒部分取代粗、细骨料，可以获得抗压强度达到20MPa，而表观密度只有普通混凝土75%的 EPS混凝土．

然而，EPS混凝土在受压下的破坏模式与普通混凝土的脆性破坏不一样．在加压过程中，EPS混凝土试件变形较大，即使在试件发生破坏时，其破坏过程也是逐渐变化的，显示出良好的韧性．这表明EPS混凝土具有优异的吸能功能，与文献[6]报道的一致．因此，可以将EPS混凝土用于减振结构．

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图2 EPS混凝土抗压强度和EPS掺量、EPS混凝土表观密度的关系

Fig.2 Variation of compressive strength of concrete with EPS volume and apparent density

2．1．3 微硅粉、钢纤维对 EPS混凝土抗压强度影响

图3 微硅粉、钢纤维对EPS混凝土抗压强度的影响

Fig.3 Effects of silica fume and steel fiber on the compressive strength of EPS concrete

从图3可见，在相同EPS掺量下，微硅粉能显著提高EPS混凝土抗压强度，最大可提高约15%但随着EPS掺量的增大，其抗压强度提高的幅度降低，当EPS掺量为55%时，其抗压强度仅提高了约8%可见，微硅粉的掺入能改善EPS与水泥浆体的界面性能，可以用合适的掺量取代某些特殊界面粘结剂来改善 EPS混凝土的抗压强度，同时微硅粉还能起到很好的分散作用．从图3还可发现，在未掺微硅粉的EPS混凝土中，钢纤维使其抗压强度略有降低，而掺有微硅粉的EPS混凝土，钢纤维使其抗压强度略有提高．可见，微硅粉具有较强的增强作用，可用于EPS混凝土增强．

2．2 劈裂抗拉强度

图4 EPS掺量对EPS混凝土劈裂抗拉强度的影响

Fig.4 Variation of split tensile strength of EPS concrete with EPS content

从图4可见，钢纤维显著提高了EPS混凝土劈裂抗拉强度，尤其在掺有微硅粉的EPS混凝土中，其劈裂抗拉强度提高幅度最大可达25%在测试中发现，EPS混凝土在劈裂过程中其破坏模式与普通混凝土脆性破坏不同，其破坏过程是逐渐变化的，尤其是掺有钢纤维的EPS混凝土更是如此．

2．3 收缩性能

影响混凝土收缩性能最主要的因素有两个：其一，骨料对收缩的抑制作用，即骨料的弹性模量；其二，水泥浆体的体积分数．在EPS混凝土中，EPS颗粒对水泥基体的收缩几乎没有任何抑制作用，反而会增加其收缩变形，因此，随着EPS掺量增大，其收缩变形也增大(见图 5)．普通混凝土在90d时其收缩变形为630微应变，而EPS掺量为55%时，EPS混凝土90d时其收缩变形可达1121微应变.这对其应用有不利影响。

图5 EPS掺量对EPS混凝土收缩性能的影响

Fig.5 Effect of EPS content on the drying shrinkage strain of EPS concrete

从图6可见，钢纤维显著改善了EPS混凝土的收缩性能，即使EPS掺量达到55%，其90d的收缩变形仍较普通混凝土小，只有610微应变。由此可见，在EPS混凝土中掺加钢纤维能显著改善其干缩性能。

图6 钢纤维对EPS混凝土收缩变形的影响

Fig.6 Effect of steel fiber on the drying shrinkage strain of EPS concrete

3 结论

1．通过裹砂工艺所制作的EPS混凝土，在没有掺入特殊界面粘结剂的情况下仍表现出良好

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的工作性与施工性．可以制备出表观密度为800～1800kg／m，抗压强度达11～20 MPa的优质EPS混凝土．

2．微硅粉能显著改善EPS颗粒与水泥浆体的粘结性能及其在水泥基体中的分散性能，从而可使EPS混凝土抗压强度提高约15%.

3．钢纤维能显著提高 EPS混凝土劈裂抗拉强度，并能改善其抗干缩性能．

4．同时掺加适量的微硅粉和钢纤维，可使EPS混凝土的力学性能和干缩性能达到最佳．

参考文献：

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