淺析聚苯乙烯泡沫塑料在建筑樓板中的應用

近年來，隨著我國改革開放的逐步深入，國內建設行業以前所未有的速度迅速發展，但每年新增的建筑面積中能真正稱得上節能建筑的并不多，建筑能耗約占全國總能耗的1/3?？梢?，建筑節能顯得極其重要，綠色建筑將是未來建筑行業的主旋律。其中，選擇具有安全阻燃、保溫隔熱等性能的節能環保建筑材料，是提高建筑節能效率的重要保障。而聚苯乙烯泡沫塑料（ExpandedPolystyrene簡稱EPS）作為建筑材料具有輕質保溫、隔熱耐熱、隔音耐壓等優點，其主要是用聚苯乙烯樹脂加入發泡劑等一些添加劑合制而成，目前在土木工程領域得到廣泛應用，主要用作建筑保溫、路基輕質填充、內外非承重墻體等材料，原因在于它本身的特殊結構決定的工程特性，如密度和吸水性較小、隔熱性、耐久性、熱穩定性和耐壓性等較好，而在建筑樓板中的應用是近年來值得探索的領域。

1 EPS在建筑樓板中的應用

建筑樓板的發展經歷了從預制板到現澆板，再到現澆空心板，如今進一步研究了利用EPS填充的鋼筋混凝土現澆板（簡稱EPS填充板），其結合了現澆空心板和EPS的優點。眾所周知，樓板受彎構件承受垂直荷載時，其截面上部由混凝土承受壓力，截面下部由鋼筋承受拉力，中性軸附近的內力較小。EPS填充板就是去掉中性軸附近的混凝土，將EPS制作成各種形狀填充在已換掉的部分混凝土。張大英［1］等研究結果充分闡述了EPS填充板的可行性，其并沒有對樓板的抗裂能力和承載能力造成影響，具有較高的工程應用價值和較好的工程使用前景。與普通的現澆板相比，EPS填充板在具有相同結構整體性的前提下不僅可以節省混凝土、減輕結構自重，而且大大提高了樓板的保溫隔熱及隔音性能。此外，由于EPS密度較小，與混凝土相比自重可忽略不計，也就是說它如同現澆空心板，但又比現澆空心板省工經濟，因為EPS作為填充材料埋置于中性軸時不用抽芯，施工方便，而且將回收的EPS變廢為寶，不污染環境。還有其適用范圍較廣，可適用于大于3m的各種跨度的建筑，也適用于單向板和雙向板，還適用于預應力板以及各種板厚。

1.1 EPS填充板的非線性有限元理論分析

張昊［2］等運用ANSYS軟件對EPS填充板在豎向荷載作用下的力學性能進行了非線性有限元分析，結果表明：EPS填充板與一般受彎構件無區別，按照T型截面進行配筋后的承載能力和變形與相應的實心板類似，而且與相同尺寸的實心板相比，其表現出較好的整體性和剛度。由此可見，EPS作為樓板填充體不僅減輕了結構自重，還對板的性能影響不大，滿足了設計規范要求。

1.2 EPS填充體的形狀設計

考慮到大跨度現澆板通常為雙向受力結構、在澆筑過程中的密實度以及EPS填充體的固定問題，EPS填充體的形狀最好設計成有利于樓板雙向受力的中心對稱或雙向對稱結構外形，其厚度還要根據樓板厚度并考慮頂板底鋼筋及保護層厚度再經承載力計算后確定。因此，EPS填充體可以做成圓環體［1］、球體以及方塊［3］等。

1.3 EPS填充體的布置

EPS的布置不僅要盡量提高板內混凝土的置換率來提高經濟效益，更要盡量減少對樓板性能的不利影響。因此根據樓板受力特點（既可能單向受力，也可能雙向受力），EPS的布置分為單向板和雙向板布置。前者是由EPS填充體沿受力方向布置成條狀；后者是由EPS填充體沿雙向受力布置成塊狀，這樣才能使得樓板在兩個方向被削弱的剛度大致相同，使每個方向都能很好起到承載作用。詳細的布置流程請參考文獻［4］。

1.4 EPS填充體的固定及抗浮技術

為了保證施工過程中EPS填充體不移位并考慮到其易碎，不能直接進行綁扎固定，要用鋁合金或者塑料角條墊板包住它再用細鐵絲根據環繞方式將其綁扎固定在底板鋼筋上。此外，由于EPS密度很小，在EPS填充板進行混凝土澆筑時，混凝土會對埋置其中的EPS產生向上的浮力F=ρgV，其中ρ為混凝土密度，g為重力加速度，V為EPS填充體所占體積。可見，EPS易被浮力托到混凝土表面。因此，施工時可用鐵絲按間距1m將樓板底部鋼筋固定在下部的模板及支撐上，這樣EPS填充體與鋼筋及底模就形成了一個整體。

1.5 EPS填充板的施工方法

EPS填充板的施工方法有“一澆一放”和“兩澆一放”兩種。前者是指先安放固定好EPS填充體后一次性澆筑完混凝土；后者是指先澆筑EPS底面的一層再安放固定EPS填充體后再澆筑剩余的混凝土。詳細施工流程及要點請參考文獻［4］。在澆注混凝土時要注意混凝土的密實度，因為EPS與模板間的空隙只有保護層加上鋼筋的直徑，所以應選擇適宜的混凝土粗骨料粒徑和坍落度，減少覆蓋寬度與空隙的比值，確保鋼筋的保護層厚度和做到振搗專人負責以防漏振。

1.6 經濟效益分析

目前，廢舊EPS的回收價格僅5元/kg左右，EPS填充體的密度可用12kg/m3左右，這樣，與混凝土單價為250元/m3以上相比，EPS填充體僅為60元/m3左右，其差價高達190元/m3以上，可見EPS填充板可以大大降低了工程造價，具有很高的經濟效益。

2 EPS填充板的發展前景

隨著泡沫塑料制造工藝和設備的改進，EPS的產量正以前所未有的速度增加，廢舊EPS來源將更加充足，回收價格將會更便宜，這樣EPS填充板的工程造價也將會隨之降低。此外，隨著我國建筑節能相關政策的出臺，綠色節能建筑將是未來建設行業的主旋律，EPS填充板將會成為首選的樓板結構體系，故其應用前景將會越來越廣泛，既有很高的經濟效益又有可觀的社會效益。

3 結語

近年來，努力推廣使用泡沫塑料作為建筑材料是緩解當前能源緊缺、減輕環境污染、開展建筑節能減排，提高節能效率的一項最有效、最直接的可持續發展措施。希望EPS填充板在土木工程領域得到更加廣泛應用，同時也希望為我國建筑樓板設計起到指導性作用。

［1］張大英，許啟鏗，王樹明.廢舊泡沫塑料在建筑樓板中的應用［J］.工程塑料應用，2017（03）：20-25，68.

［2］張昊，張獻兵，許啟鏗，等.廢舊泡沫塑料填充板的非線性有限元理論分析［J］.糧食流通技術，2012（03）：8-10.

［3］張昊，許啟鏗，張獻兵，等.廢舊泡沫塑料雙向填充板力學試驗研究［J］.混凝土，2012（02）：110-113.

［4］王錄民，張獻兵，張昊.糧倉EPS填充板的研究［J］.河南工業大學學報（自然科學版），2007（01）：1-5.