擠塑聚苯乙烯保溫板在南水北調渠道工程中的應用研究

劉飛 南金東 李剛 吳彬

摘 要：擠塑聚苯乙烯保溫板是南水北調渠道工程中的防凍脹材料，利用各種不同的方式對擠塑聚苯乙烯保溫板的表面進行研究，探討了擠塑聚苯乙烯保溫板的摩擦系數和混凝土粘結對表面的影響，探討結果顯示，在同等變形量下，擠塑聚苯乙烯保溫板比發泡聚苯乙烯保溫板的壓縮強度好。我國的北方地區的輸水渠道經常會因為凍脹而遭到破壞，因此多數地區已經采用了擠塑聚苯乙烯保溫板的防凍脹措施進行保護，文章不僅介紹了擠塑聚苯乙烯保溫板防凍脹的原理，而且介紹了擠塑聚苯乙烯保溫板的物理特性，探討了在不同的狀態下如何才能更好地選取合適的厚度的保溫板。

關鍵詞：擠塑聚苯乙烯；保溫板；防凍脹；渠道

我國北方地區冬季寒冷，因此每年我國北方地區會有大量的建筑物由于季節嚴寒而遭到凍脹而破壞，不僅浪費大量的資金來維修，也浪費了很多人力資源。所以國家十分重視北方地區水工建筑物的防凍脹問題，目前，我國北方地區采用了擠塑聚苯乙烯保溫板的防凍脹措施進行保護，并且取得了良好的效果。文章對擠塑聚苯乙烯保溫板的防凍脹設計的性能進行了具體的分析和探討，對進一步設計防凍脹措施具有借鑒價值。

1 防凍脹措施

（1）保溫法。保溫法是指將保溫材料鋪設在混凝土板的下面，消除基土產生凍脹的負溫因素。我國先前一直采用發泡聚苯乙烯保溫板作為防凍脹的材料，這種發泡聚苯乙烯保溫板是以發泡聚苯乙烯為原料，然后經過特定的加工，定性等形成保溫的材料，這種材料形成的保溫板具有很好的保溫效果，但發泡聚苯乙烯在實際應用中也存在很多問題，例如它的吸水率較大，當保溫板長期處在水中，如果保溫板發泡顆粒之間充滿水，便會失去保溫效果，此外，發泡聚苯乙烯的密度小，抗壓能力也低，在其表面施工具有很大的危險性。而擠塑聚苯乙烯保溫板是以聚苯乙烯樹脂為母料，同時加上其他的原料，經過加熱處理后，往里注入催化劑，之后擠塑可以形成硬質泡沫塑料板。相比發泡聚苯乙烯保溫板，擠塑聚苯乙烯具有完整的閉孔結構，這種結構的優勢就是讓擠塑聚苯乙烯的吸水率變得極低，抗壓度變得更高，從而使保溫效果變得更好。通常狀態下，擠塑聚苯乙烯保溫板的導熱系數僅為混凝土的2%，為粉砂壤土的4%，選用適當厚度的擠塑聚苯乙烯保溫板作為保溫墊層，可使基土溫度控制在0℃以上，消除凍脹破壞。然而擠塑聚苯乙烯保溫板表面光滑，與混凝土不能很好的粘結，會導致在表面施工時容易發生滑移的現象，這樣的話就會容易導致混凝土裂開，所以在此之前我國的渠道中也沒有出現擠塑聚苯乙烯保溫板作為防凍材料的實例。（2）換填法。換填法就是指將混凝土下的凍脹性材料換成非凍脹性材料的方法，但是這種做法的劣勢就是一旦換填的材料距離施工地點較遠時，這時所需要的工程量就會變大，并且運輸材料的成本也會很高，既浪費人力又浪費物力。

2 特點

（1）物理特點。聚苯乙烯保溫板是一種性能很好的保溫材料，目前，保溫材料品類眾多，由于聚苯乙烯的質量輕，吸水率低，不透水等優良性能，在充滿水的情況下依然能保持好的隔熱效果；抗壓強度高，具有理想的尺寸穩定性，可在其表面進行大規模機械化混凝土板襯砌等優勢，因此，在大多數地區被實行采用。（2）凍融循環特點。利用凍融循環實驗可以知道，聚苯乙烯保溫板的熱膨脹系數并沒有發生什么特別的變化，但是它的含水量卻在不斷的增大，因此可以得出結論，凍融循環的次數會影響聚苯乙烯保溫板的導熱系數。

3 聚苯乙烯保溫板保溫作用

擠塑聚苯乙烯保溫板最重要的性能就是其導熱系數低、高熱阻、低線性、膨脹比低，其結構的閉孔率達到了99%以上，形成真空層，避免空氣流動散熱，確保其保溫性能的持久和穩定。我們可以利用這種性能來改變渠道周圍熱量的輸入輸出和轉化，這樣來改變土的結構，提高凍土的溫度，減緩凍土的凍結時間和水分的遷出量，減弱凍脹量。

4 聚苯乙烯保溫板變化

擠塑聚苯乙烯保溫板的吸水率不高，但是它一旦吸水，導熱系數就會發生很大的變化。隨著含水率的不同，導熱系數也會隨之發生變化。

計算：擠塑聚苯乙烯保溫板的大小問題一般是利用類似法，利用相關的工程的實驗來給同類型的工程做一個示例。比如說假設某個工程的臨界熱阻值設為R，可以通過以下計算得出臨界熱阻值

R=KKwR0■

在上式中，R為熱阻值，K是安全系數，Kw是修正系數，I是比擬凍結指數，I0是工程中的凍結指數，上式還可以寫成：

R=0.06KKw■

當在干燥情況下時，計算公式又可以為D=KdD0-？啄■

5 聚苯乙烯保溫板表面光滑問題

提高擠塑聚苯乙烯表面的摩擦系數，可以在保溫板后對它的表面進行拉毛處理，拉毛處理主要就是為了增大保溫板表面的摩擦系數，在拉毛處理之后的擠塑聚苯乙烯保溫板的表面會形成一層毛面，大大增加了摩擦程度。經過拉毛處理過的擠塑聚苯乙烯保溫板的摩擦系數大大增加，壓縮的強度卻大大降低了，而且吸水率也大大提高，所以說，在增大摩擦力的同時也帶來了很大的劣勢。

增大摩擦系數的方法很多，還有一個就是可以撒碎石子在擠塑聚苯乙烯保溫板的表面，這樣不僅增大了保溫板表面的摩擦系數，而且改善了它與混凝土的粘度。

6 擠塑型聚苯乙烯保溫板在南水北調工程中的應用

擠塑聚苯乙烯保溫板首次在南水北調工程中被廣泛運用，擠塑聚苯乙烯保溫板作為防凍脹材料，在渠道基層鋪設10cm沙礫料后用U型釘將保溫板固定，再鋪設焊接復合土工膜后，便可以采取施工澆筑混凝土了。施工結果顯示，擠塑聚苯乙烯保溫板在混凝土澆筑后表面沒有出現滑移的情況，并且在經過使用一段時間后，也并未產生變形情況。擠塑聚苯乙烯保溫板和發泡聚苯乙烯保溫板進行比較，可以發現擠塑聚苯乙烯保溫板的導熱系數是發泡聚苯乙烯保溫板的三分之二，并且擠塑聚苯乙烯保溫板的厚度要比發泡聚苯乙烯的厚度小，但二者產生的保溫效果卻是一樣的；而且擠塑聚苯乙烯保溫板可以進行機械化襯砌，既能提高施工效率，又能減少人工節約成本，能夠產生很好的經濟效益。

7 結束語

（1）擠塑聚苯乙烯保溫板是一種良好的抗凍脹保溫材料，并且能夠改變混凝土面板下的溫度。（2）在相等的保溫情況之下，擠塑聚苯乙烯保溫板的減縮能力要遠遠大于發泡聚苯乙烯保溫板的減縮能力。（3）擠塑聚苯乙烯保溫板表面噴砂或開槽處理后的擠塑聚苯乙烯保溫板的摩擦系數明顯增大，并且長期使用下不會發生變形和脫離的狀況。（4）擠塑聚苯乙烯保溫板的抗壓強度極高、抗沖擊性極強，根據不同型號及厚度其抗壓強度達到150～500Kpa以上，能承受各系統地面荷載。（5）擠塑聚苯乙烯保溫板能有效防水滲透，可以有效減少泥土結凍等情況的出現，控制地面脹凍情況，有效阻隔地氣免于濕氣破壞。（6）擠塑聚苯乙烯保溫板具有良好的穩定性、防腐性，長時間的使用中，不老化、不分解、不產生有害物質，其化學性能極其穩定，不會因吸水和腐蝕等導致降解，使其性能下降，在高溫環境下仍能保持其優越的性能。

參考文獻

[1]胡亮，余劍英，李旺林，等.擠塑聚苯乙烯保溫板在南水北調渠道工程中的應用研究[J].南水北調與水利科技，2009，6：207-210.

[2]鄒良智，高莉，崔金良.擠塑聚苯乙烯保溫板在拉西瓦工程建設中的應用及存在問題分析[J].青海大學學報（自然科學版），2011，4：48-51.

[3]程滿金，申利剛，步豐湖，等.聚苯乙烯保溫板在襯砌渠道防凍脹中的應用研究[J].灌溉排水學報，2011，5：22-27.

[4]王勇，王向東，李瑩.擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）的主要性能及應用領域分析[J].中國塑料，2011，8：75-80.