EPS轻混凝土的生产与应用

EPS轻混凝土的生产与应用

张松

沈阳金铠建筑科技股份有限公司辽宁沈阳110169

摘要：EPS轻混凝土可以利用现有混凝土和预制构件厂通用的机械设备进行生产。用EPS包装品再生料作轻骨料，使大量废料得以重复利用无疑是一种既经济又有利于改进生态环境的好办法

关键词：EPS轻混凝土；生产；应用；

EPS轻混凝土，又称Styropor混凝土，是一种用聚苯乙烯发泡颗粒作轻骨料生产的矿物质胶结泡沫混凝土。这种轻混凝土虽早已被人认识并进入市场。

1概述

EPS轻质混凝土由于具有轻质保温、节能利废等优点，已经被应用于各个土木工程领域。可以用来修补旧建筑物的木楼板，也可以作为节能建筑的墙体，还可应用于桥梁工程以及海洋悬浮结构等。对于第一阶段的应用，密度为500kg/m3左右，材料强度很小。对于结构用的材料，抗压强度一般需要达到40MPa，而密度近1800kg/m3。目前，EPS轻质混凝土根据不同的使用要求，可分为三类：结构用的高密度EPS混凝土（密度在1400-1900kg/m3）；超轻EPS混凝土（密度在150~300kg/m3）；密度介于前两者之间的第三类EPS混凝土。密度不同的EPS混凝土的力学性能有很大差异。PS轻质混凝土材料的力学行为不同于普通的轻质混凝土。研究普遍证实，水泥基复合材料的应力分布取决于颗粒尺寸和基质及颗粒的相对弹性模量。当集料的弹性模量高于基质时，应力就集中于集料的附近。预测水泥基复合材料的抗压强度的模型中需要考虑水泥基质和集料这两种材料的弹性模量。考虑水泥基质和包裹体的相对弹性模量预测混凝土强度。但对于EPS轻集料混凝土，由于EPS弹性模量几乎为零，两相模型对其已不适用。另一种方法就是基于孔隙率，EPS混凝土中，EPS颗粒的弹性模量相对于水泥基质弹性模量很小，可以忽略，因而可以把EPS轻质混凝土看作为带有孔洞的水泥基质。孔隙率用幂函数或对数函数考虑[3]。本研究的目的是为EPS轻质混凝土配合比设计提供依据，通过试验研究了水灰比对EPS轻质混凝土的抗压强度的影响。证明在影响EPS轻质混凝土强度的诸种因素中，除EPS掺量和EPS颗粒粒径尺寸大小之外，水泥的性质和水灰比是最主要因素。提出了适合于EPS轻质混凝土的强度计算模型。

2EPS轻骨料的生产

轻骨料有两种生产方式：一种是发泡形成颗粒，另一种是辗碎废料。

2.1发泡形成颗粒。将聚苯乙烯原料放到一个特制的发泡机内用蒸气将其膨胀至原体积的50倍。125kg颗粒原料可以生产约10m3的轻骨料，松散密度12～15kg/m3，发泡颗粒的粒径0.5～2.5mm，是一种微孔的混凝土掺合料。这种混凝土轻骨料的特性是：①松散密度很低；②良好的保温性能；③呈闭孔结构，不吸水；④呈球形结构，对形成抗压的砂浆结合体作用很大。

2.2碾碎废料。目前德国大约有35000tEPS，相当于180万m3被加工成包装品。通过回收系统将EPS包装品废料重新送入生产循环系统或转变为聚苯乙烯原料。应用碾碎料对其质量有一定要求，要求碾碎料的颗粒大小和颗粒形状应与新发泡生产的EPS颗粒尽量一致，即：①颗粒形状基本是圆的；②颗粒大小在0.5～4.0mm之间；③不含粉尘。目前德国有几家包装品生产商生产这种碾碎料，销售价格为25～40马克/m3，低于新发泡生产的EPS的价格。

2.3EPS颗粒.由于EPS在生产过程中内部含有闭合的气泡，所以其密度非常低，即使在水中浸泡，也不会有水浸渍，所以导热性能异常优越。将EPS拌和在泡沫混凝土料浆中，由于其吸水率极低，始终保持内部中空，在水中浸泡液具有良好的隔热和保温性能。实验所用的是废弃聚苯乙烯泡沫塑料，在破碎机作用下，捣成小于5mm的粒径，呈不规则球体，其表观密度小于35.0kg/m3。料浆中加入颗粒后和易性得到改善，与发泡的EPS颗粒对比，黏聚性与保水性都得到提高，在拌制的过程中利用了工业废料，而且级配合力高，在混凝土凝结硬化过程中使结构更加致密。

3混凝土制备

混凝土制备宜采用强制式搅拌机。首先加入按体积计量的EPS骨料，然后加一部分水将骨料润湿，接着加入水泥、砂子、其他掺合料和剩余部分的水。搅拌时间为120s。根据是否应用新发泡骨料或是碾碎料，EPS骨料的体积允许在一定范围内波动。EPS轻混凝土的性能与干密度的关系见表1。

表1EPS轻混凝土的性能与干密度的关系

通过性能比较，用EPS碾碎料生产的混凝土试件的抗压强度，在低密度范围内，比用发泡的Styropor颗粒生产的混凝土低40%，两种材料的抗拉强度基本相同。导热系数不受影响。对其它性能如吸水率、抗冻性、防火性也无不利影响。

4混凝土外加剂

4.1加气剂或发泡剂。（1）基本物质是树脂皂或硫酸盐。通过引入很小的球状气泡（直径<0.3mm）使砂浆体积膨胀，水泥砂浆和EPS轻骨料之间的密度差减小。拌合物呈有延性的粘稠状，因而使EPS轻骨料即使在强烈振动的情况下也不发生上浮，并且明显改善了新鲜混凝土的和易性。Protein发泡剂具有很稳定的气泡结构，它的流动性和粘附性对EPS轻混凝土的和易性很有利，即使水质比较差也是这样。（2）减水剂或流动剂。基本物质是木质素璜酸盐或聚合物。加入减水剂是为了达到一定稠度或和易性，减少混凝土含水率（提高强度）或者含水率相同，改进和易性。注意减水剂与使用的发泡剂要有相容性。（3）复合外加剂。有时为了专门生产EPS轻混凝土将发泡剂、减水剂、稳定剂和Tixotropier剂等各种性能的外加剂加以复合作为复合外加剂供应。这种复合外加剂在实践中也得到了成功的应用。

4.2掺合料。与水泥相容的细石粉、砖粉、滤尘等，如果它们含有辅助成分，被证明是可用的。但在实践中，EPS轻混凝土中加入一种与水泥相容的加强纤维更为有效，可以克服在凝结和硬化过程中产生的收缩应力和温度应力，减少裂纹产生，提高EPS轻混凝土的抗拉强度。掺入的纤维有两种：一种是玻璃纤维，将30mm长的耐碱玻璃纤维混入EPS混凝土内，混入量大约为砂浆体积的1%～2%，相当于每m3新鲜混凝土中掺入10～20kg。试验表明，将玻璃纤维混凝土薄层浇注到低密度的EPS轻混凝土板上作为覆盖层，其结果相当于使用普通钢筋混凝土做较厚的覆盖层。另一种是聚丙烯膜裂纤维，虽然与玻纤相比它的弹性模量较低，延伸率较高，但在混凝土中掺量为0.6～1.2kg/m3，能有效阻止收缩裂缝的产生并能提高硬化混凝土的抗拉强度。纤维长24mm、密度在600kg/m3以下拌合物的标准配合比见表1。

表1EPS轻混凝土配合比（1m3混凝土）

5EPS轻混凝土的应用

由于EPS轻混凝土具有优良的性能，在建设中的应用很广泛。它可以作为楼板结构的填充和找平混凝土，作为高负荷车间地面的保温层以及管道凹槽的填充材料。在房屋建筑中可作为框架结构的保温填充材料或作为承重功能结合的复合构件。向工地供应既可以是工厂预拌的袋装或散装的干砂浆，也可以作为商品混凝土用搅拌车送至工地，然后进行泵送。下面介绍几种具有发展前途的建筑体系：

5.1“Goidinger”体系：这种体系的所有内外墙构件应用密度为400kg/m3的EPS轻混凝土制作。与房间等高的墙板安装一层只需1d时间。在浇注楼板时，楼板的空心内用普通混凝土浇注，起承重作用。墙上的凹槽、孔洞和配件可以从墙板上切割。这种体系具有很好的保温、隔声和防火性能。

5.2“Rastra”体系：这种体系应用的EPS轻混凝土构件的密度为300～350kg/m3，构件有水平和垂直空洞。与房间等高的墙板安装后同样向空洞内浇注普通混凝土，形成一种加固的承重格架结构。这种体系不仅在德国、奥地利，而且在美国、韩国和日本都在生产和应用。

5.3CBC复合建筑体系：这种体系是由薄壁型钢与密度为400kg/m3的EPS轻混凝土浇注而成的板式结构。它可以作为大型墙板和楼板供给工地，也可以在工厂里组成盒子构件运往工地，按模数体系建造两层建筑并有多种组合方案。这种体系特别适用于迅速而经济地建造能满足建筑物理性能要求的住宅和办公室。

参考文献：

［1］张明杰，王晓艳，泡沫混凝土的研究和应用最新进展.2014.

［2］孙家和，李志春.EPS混凝土强度及其应用研究.2015.

［3］刘美英，赵奇峰，浅谈EPS轻混凝土的生产与应用，2015.