EPS砂漿靜態力學性能試驗及應用研究

(西南林業大學土木工程學院 云南 昆明 650224)

一、引言

發泡聚苯乙烯(簡稱EPS)是根據基材樹脂原料劃分的土工泡沫塑料制品，具有超輕、耐壓、不易老化、耐腐蝕、自立性強和力學性能良好等特點[1]。被廣泛用于建筑保溫、絕緣、減震包裝、襯墊、漂浮材料等領域[2]。EPS與壓型鋼板復合制成的彩鋼板，具有防水、防腐、隔音、保溫、可預制、施工方便等優良性能而大量應用于活動板房中[3]，但是拆除后大量廢棄EPS沒有得到很好的回收利用[4]。目前，中國每年產生廢棄EPS約為180萬噸，但只有30%被回收利用，其余都被掩埋或者焚燒，造成了嚴重的資源浪費和環境污染[5]。本文對廢棄EPS的利用提出了一種新的思路，即將廢棄EPS與砂漿結合起來應用到橋墩等承重結構外圍。對橋墩等起到一層防護作用，減少其被來往車輛撞擊的損害，延長使用壽命，同時也對EPS進行了很好的回收利用，避免了資源浪費。故本文對EPS砂漿進行了抗壓試驗，對其靜態力學性能進行了研究，為廢棄EPS的這一利用途徑提供理論支持。

二、試驗概況

(一)原材料與配合比設計

EPS顆粒采用西南林業大學土木工程學院活動板房拆除下來的廢舊EPS，經人工剝離后，分別過孔徑為2.5mm、5.0mm的圓孔篩，以此去除在剝離過程中破損及未完全剝離的EPS顆粒，最終得到的EPS顆粒的粒徑在2.5～5mm之間，堆積密度為3.6kg/m3；水泥采用紅獅牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥；砂選用分別過孔徑為0.6mm及0.075mm的方孔篩后的河砂，表觀密度為1484kg/m3；水為實驗室用水。EPS砂漿配合比由水灰比(因素A)、砂與水泥質量比(因素B)、EPS摻量(因素C)三種因素組成，詳見表1。其中EPS的摻量以其占水泥質量的百分數計。

表1 配合比的組成因素

將27組配合比試件進行編號，字母A、B、C分別代表水灰比的三個水平：0.5、0.55、0.6；第一個下標代表砂與水泥的質量比，第二個下標代表EPS顆粒占水泥的質量比，數字1、2、3表示每個因素分別對應的三個水平。例如A11表示為水灰比為0.5、砂與水泥的質量比為1、EPS顆粒占水泥的質量比為0.48%。

(二)試件制備

EPS砂漿拌和參照水泥膠砂試驗過程，先將水泥和水拌和均勻，然后加入砂攪拌，最后再將EPS顆粒分散地撒入砂漿內繼續攪拌，以此減少由于長時間攪拌導致EPS顆粒變形。

(三)試件測試

對根據上述配合比制作而成的70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方體EPS砂漿試件，參照JGJ/T70-2009《建筑砂漿基本性能的試驗方法》進行28d抗壓強度的測定。測試用YAW-200D型水泥恒應力壓力機在試件上低速(2mm/min)施加豎向荷載，直到試件破壞。

三、試驗結果與分析

(一)EPS砂漿正交試驗分析

EPS砂漿立方體抗壓強度試驗結果如表2所示。

表2 立方體抗壓強度試驗結果

根據表2中試件的抗壓強度，可以看出：A31組的抗壓強度明顯最高，達到了15.13MPa，而C13組的抗壓強度最低，為2.20MPa。

(二)應力-應變分析

A2B3C1、A1B3C1、A2B2C1、A1B2C1、A2B3C2、A1B3C2是27組試驗配合比中抗壓強度較高的配合比。其試驗數據如表3所示。

表3 試驗數據對比

將這6組由試件的荷載和位移換算出試件的應力-應變曲線，然后對試件的應力-應變曲線進行分析。試件的應力-應變曲線如圖1所示。

圖1 砂漿應力-應變曲線

由圖1所述應力-應變曲線可以看出：

隨著應變的增加，應力大致也呈增加的趨勢。在應力小于2.5MPa時，曲線A1B3C2在最左邊，A1B3C1在最右邊，表明此時A1B3C1的位移大，A1B3C2的位移小；應力在2.5-5.5MPa范圍內，A2B3C2的位移大，A1B3C2的位移小；當應力大于5.5MPa小于9MPa時，A2B3C2的位移大，A1B2C1的位移小，此時A1B3C2、A2B3C2、A2B2C1相繼被壓裂；應力在9-12.2MPa范圍內，A2B3C1的位移大，A1B2C1的位移小，且A1B2C1被壓裂；當應力大于12.2MPa時，A1B3C1的位移小于A2B3C1，在應力達到12.84MPa時，A2B3C1被壓裂，應力達到15.85MPa時，A1B3C1被壓裂。

整體來看，壓縮前期，A1B3C1和A2B3C1的靜態力學性能差別不大；壓縮后期，A1B3C1可承受的靜態應力高于A2B3C1。

(三)應變能分析

對上述試件進行應變能-應變分析，如圖2所示。

圖2 應變能-應變曲線

從圖2曲線可以看出，隨著應變的增大，應變能大致呈現上升的趨勢。EPS摻量越低，吸收的能量越多。即當壓縮應變相差不大時，抗壓強度越大，抵抗壓縮破壞的能力越強，因此能夠吸收的能量就更多。

四、EPS砂漿在橋墩防護中應用分析

由于橋墩易受到來往車輛碰撞，可產生較大經濟損失，故將EPS砂漿試件做成高約1.2m，厚為7.5cm的柱體，包裹在橋墩周圍，起到一定防護作用。示意圖如圖3所示。

圖3 平、立面示意圖

五、結論

本文通過進行EPS砂漿抗壓試驗，得到了以下結論：

(1)EPS砂漿立方體試件壓縮前期，A1B3C1和A2B3C1的靜態力學性能差別不大；壓縮后期，A1B3C1可承受的靜態應力高于A2B3C1；

(2)EPS砂漿立方體試件的優選配合比為水灰比為0.5、砂與水泥的質量比為1.75、EPS顆粒占水泥的質量比為0.48%；

(3)EPS摻量越低，吸收的能量越多。

【參考文獻】

[1]焦莉.EPS材料在防治橋頭跳車中的應用[J].價值工程,2012,(10):95-96.

[2]王曉峰.聚苯乙烯泡沫性能與應用分析[J].黑龍江水利科技,2015,(07):18-19.

[3]劉苑.彩鋼板的火災危險性和防火對策[J].科技傳播,2011,(17):72-73.

[4]祝楚華.四川災區板房拆除后禁止填埋焚燒泡沫塑料[EB/OL].http://news.qq.com/a/20091103/000564.htm,2009-11-03.

[5]張偉明,周俊濤,李婷,楊幫林,黃輝.聚苯乙烯泡沫塑料廢棄物的資源再利用[J].寧波工程學院學報,2015,(02):11-14+48.