水泥-固廢基輕質混凝土在屋面找坡中的應用*

康亞明，白文廣，陳靜波，楊寶平，王特化

（1.北方民族大學機電工程學院，寧夏 銀川 750021; 2.寧夏城建設計院（有限公司），寧夏 銀川 750001；3.寧夏千弓預應力技術工程有限公司，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輕質混凝土的制備

“銀川智能終端產業園”是銀川市經開區繼軸承小鎮建設后著力打造的又一個裝備制造百億產業園區，該園區的開工建設既是經開區在現代裝備制造領域打造的提高產業集約化水平、推動創新創意發展的綜合體，又是在東部產業轉移背景下探索的產業融合發展新途徑。項目計劃分三期建設，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東部產業轉移，重點引進智能手機終端產業、光電顯示產業、智能家電終端產業、智能汽車終端產業等電子消費項目，通過搭建建設、生產、研發、金融服務、設備采購、信息互聯等平臺，吸引智能終端全產業鏈企業拎包入住、集群發展，構成與軸承小鎮項目相呼應的智能制造“雙輪驅動”產業創新發展模式，該園是銀川市圍繞打造“千億級升級版經開區”的目標的重要組成部分，力爭3年內產值突破300億元。該產業標準生產廠房19棟，結構型式為鋼框架結構，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輕質混凝土。

2 水泥-固廢基EPS輕質混凝土的制備與技術優勢

2.1 標準試塊的制作

用一部分固廢代替部分水泥制備的EPS輕質混凝土，這里稱為水泥-固廢基EPS輕質混凝土。根據本工程的技術要求，屋面為不上人屋面，故干密度不宜太大，室內試驗設計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，這樣導致輕質性降低，而P.O.52.5水泥成本高，為了平衡輕質性和經濟性，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，摻入水泥質量5%的硅灰。試塊澆筑后48h后脫模，脫模后置于標準養護箱中養護28d，流動性可根據現場需要來調節［1-2］。

2.2 基本物理力學參數

對不同干密度時的單軸抗壓強度、導熱系數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輕質混凝土的塌落度狀態

表1 EPS輕質混凝土干密度與單軸抗壓強度關系

表2 EPS輕質混凝土干密度與導熱系數及其燃燒性能的關系

從表1可以看出，聚合物EPS輕質混凝土的物性特征和干密度有直接關系：

（1）隨著干密度的增大，單軸抗壓強度也隨之增大，但輕質特性也隨之減弱；

（2）導熱系數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。

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

2.3 EPS輕質混凝土的輕質填筑部位

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

圖3 EPS輕質混凝土輕質填筑部位

2.4 EPS輕質混凝土變形特征

與普通混凝土相比，EPS輕質混凝土的強度和剛度參數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，抗沖擊性能優越。普通混凝土峰值應變 0.15%到0.25%之間波動，通常取0.2%［3-6］。對于EPS輕質混凝土，以干密度為500kg/m3左右的為例（圖4所示），峰值應變約在2%左右，峰值應變時比傳統混凝土的峰值應變大一個數量級［7］。

圖4 EPS輕質混凝土的應力-應變全過程曲線

3 智能終端產業園二期現場工程應用

3.1 智能終端產業園工程概況

（1）自然條件：抗震設防烈度為8度，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度值為0.20g。基本風壓0.65kN/m2，基本雪壓0.20 kN/m2。建筑場地類別為II類，場地標準凍土深度1.03m。

（2）結構形式：鋼框架，框架抗震等級為三級；樓板采用混凝土疊合板，局部（衛生間）采用鋼筋桁架樓承板。基礎類型為獨立基礎。

（3）荷載取值：

①荷載取值依據現行《建筑結構荷載規范》并據實際需要取值。

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準值取2.0kN/m2；樓層板底抹灰和吊頂荷載標準值取0.5kN/m2。

④根據可行性研究報告上工藝要求及廠房建筑使用功能，并參照現行《建筑結構荷載規范》附錄D,生產區域樓面活載標準值為7.0kN/m2；生產廠家在生產設備安裝前應提供工藝流程圖、設備運行重量、產品堆放等資料供我方復核承載無誤后方可進廠安裝和生產。

⑤樓梯間、電梯廳樓面活載標準值為3.5kN/m2；衛生間樓面活載標準值為2.5kN/m2。

⑥不上人屋面活載標準值為0.5kN/m2；上人屋面活載標準值為2.0kN/m2。

⑦樓梯欄桿水平荷載：1kN/m。

⑧本項規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超過上述限值。

⑨如有特殊設備荷載，則根據廠家提供資料后確定并采取措施。

（4）結構材料：

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

②混凝土：基礎及地梁采用C35混凝土，基礎墊層采用耐腐蝕C20素混凝土，圈梁、過梁、構造柱等次要構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：室內地坪以下采用MU20混凝土普通磚，Mb10水泥砂漿砌筑；室內地坪以上蒸壓加氣混凝土內墻板為強度等級不低于A3.5的配筋板材。

3.2 EPS輕質混凝土找平找坡的技術優勢

本項目鋼結構屋面采用EPS輕質混凝土材料找坡，最薄處15cm，最厚處約40cm，若用傳統的爐渣找坡，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輕質混凝土進行找坡，而該輕質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輕質混凝土屋面減荷效果如圖5所示。

圖5 EPS輕質混凝土找坡找平受力示意圖

3.3 現場施工效果

采用EPS聚合物輕質混凝土屋面找坡的方案，可以降低屋面自重，間接地提高了結構抗震性能。因輕質混凝土可以實現自密實，故無需振搗，施工過程勞動強度大大降低，攪拌過程在廠區內集中攪拌，運輸至現場泵送，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輕質混凝土屋面找坡

4 結束語

通過本文的室內試驗和現場應用示范，主要結論有：

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

（2）聚合物EPS輕質自密實混凝土實現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，經濟與環境效益顯著；

（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。