挤塑聚苯乙烯保温板在南水北调渠道工程中的应用研究

刘飞 南金东 李刚 吴彬

摘 要：挤塑聚苯乙烯保温板是南水北调渠道工程中的防冻胀材料，利用各种不同的方式对挤塑聚苯乙烯保温板的表面进行研究，探讨了挤塑聚苯乙烯保温板的摩擦系数和混凝土粘结对表面的影响，探讨结果显示，在同等变形量下，挤塑聚苯乙烯保温板比发泡聚苯乙烯保温板的压缩强度好。我国的北方地区的输水渠道经常会因为冻胀而遭到破坏，因此多数地区已经采用了挤塑聚苯乙烯保温板的防冻胀措施进行保护，文章不仅介绍了挤塑聚苯乙烯保温板防冻胀的原理，而且介绍了挤塑聚苯乙烯保温板的物理特性，探讨了在不同的状态下如何才能更好地选取合适的厚度的保温板。

关键词：挤塑聚苯乙烯；保温板；防冻胀；渠道

我国北方地区冬季寒冷，因此每年我国北方地区会有大量的建筑物由于季节严寒而遭到冻胀而破坏，不仅浪费大量的资金来维修，也浪费了很多人力资源。所以国家十分重视北方地区水工建筑物的防冻胀问题，目前，我国北方地区采用了挤塑聚苯乙烯保温板的防冻胀措施进行保护，并且取得了良好的效果。文章对挤塑聚苯乙烯保温板的防冻胀设计的性能进行了具体的分析和探讨，对进一步设计防冻胀措施具有借鉴价值。

1 防冻胀措施

（1）保温法。保温法是指将保温材料铺设在混凝土板的下面，消除基土产生冻胀的负温因素。我国先前一直采用发泡聚苯乙烯保温板作为防冻胀的材料，这种发泡聚苯乙烯保温板是以发泡聚苯乙烯为原料，然后经过特定的加工，定性等形成保温的材料，这种材料形成的保温板具有很好的保温效果，但发泡聚苯乙烯在实际应用中也存在很多问题，例如它的吸水率较大，当保温板长期处在水中，如果保温板发泡颗粒之间充满水，便会失去保温效果，此外，发泡聚苯乙烯的密度小，抗压能力也低，在其表面施工具有很大的危险性。而挤塑聚苯乙烯保温板是以聚苯乙烯树脂为母料，同时加上其他的原料，经过加热处理后，往里注入催化剂，之后挤塑可以形成硬质泡沫塑料板。相比发泡聚苯乙烯保温板，挤塑聚苯乙烯具有完整的闭孔结构，这种结构的优势就是让挤塑聚苯乙烯的吸水率变得极低，抗压度变得更高，从而使保温效果变得更好。通常状态下，挤塑聚苯乙烯保温板的导热系数仅为混凝土的2%，为粉砂壤土的4%，选用适当厚度的挤塑聚苯乙烯保温板作为保温垫层，可使基土温度控制在0℃以上，消除冻胀破坏。然而挤塑聚苯乙烯保温板表面光滑，与混凝土不能很好的粘结，会导致在表面施工时容易发生滑移的现象，这样的话就会容易导致混凝土裂开，所以在此之前我国的渠道中也没有出现挤塑聚苯乙烯保温板作为防冻材料的实例。（2）换填法。换填法就是指将混凝土下的冻胀性材料换成非冻胀性材料的方法，但是这种做法的劣势就是一旦换填的材料距离施工地点较远时，这时所需要的工程量就会变大，并且运输材料的成本也会很高，既浪费人力又浪费物力。

2 特点

（1）物理特点。聚苯乙烯保温板是一种性能很好的保温材料，目前，保温材料品类众多，由于聚苯乙烯的质量轻，吸水率低，不透水等优良性能，在充满水的情况下依然能保持好的隔热效果；抗压强度高，具有理想的尺寸稳定性，可在其表面进行大规模机械化混凝土板衬砌等优势，因此，在大多数地区被实行采用。（2）冻融循环特点。利用冻融循环实验可以知道，聚苯乙烯保温板的热膨胀系数并没有发生什么特别的变化，但是它的含水量却在不断的增大，因此可以得出结论，冻融循环的次数会影响聚苯乙烯保温板的导热系数。

3 聚苯乙烯保温板保温作用

挤塑聚苯乙烯保温板最重要的性能就是其导热系数低、高热阻、低线性、膨胀比低，其结构的闭孔率达到了99%以上，形成真空层，避免空气流动散热，确保其保温性能的持久和稳定。我们可以利用这种性能来改变渠道周围热量的输入输出和转化，这样来改变土的结构，提高冻土的温度，减缓冻土的冻结时间和水分的迁出量，减弱冻胀量。

4 聚苯乙烯保温板变化

挤塑聚苯乙烯保温板的吸水率不高，但是它一旦吸水，导热系数就会发生很大的变化。随着含水率的不同，导热系数也会随之发生变化。

计算：挤塑聚苯乙烯保温板的大小问题一般是利用类似法，利用相关的工程的实验来给同类型的工程做一个示例。比如说假设某个工程的临界热阻值设为R，可以通过以下计算得出临界热阻值

R=KKwR0■

在上式中，R为热阻值，K是安全系数，Kw是修正系数，I是比拟冻结指数，I0是工程中的冻结指数，上式还可以写成：

R=0.06KKw■

当在干燥情况下时，计算公式又可以为D=KdD0-？啄■

5 聚苯乙烯保温板表面光滑问题

提高挤塑聚苯乙烯表面的摩擦系数，可以在保温板后对它的表面进行拉毛处理，拉毛处理主要就是为了增大保温板表面的摩擦系数，在拉毛处理之后的挤塑聚苯乙烯保温板的表面会形成一层毛面，大大增加了摩擦程度。经过拉毛处理过的挤塑聚苯乙烯保温板的摩擦系数大大增加，压缩的强度却大大降低了，而且吸水率也大大提高，所以说，在增大摩擦力的同时也带来了很大的劣势。

增大摩擦系数的方法很多，还有一个就是可以撒碎石子在挤塑聚苯乙烯保温板的表面，这样不仅增大了保温板表面的摩擦系数，而且改善了它与混凝土的粘度。

6 挤塑型聚苯乙烯保温板在南水北调工程中的应用

挤塑聚苯乙烯保温板首次在南水北调工程中被广泛运用，挤塑聚苯乙烯保温板作为防冻胀材料，在渠道基层铺设10cm沙砾料后用U型钉将保温板固定，再铺设焊接复合土工膜后，便可以采取施工浇筑混凝土了。施工结果显示，挤塑聚苯乙烯保温板在混凝土浇筑后表面没有出现滑移的情况，并且在经过使用一段时间后，也并未产生变形情况。挤塑聚苯乙烯保温板和发泡聚苯乙烯保温板进行比较，可以发现挤塑聚苯乙烯保温板的导热系数是发泡聚苯乙烯保温板的三分之二，并且挤塑聚苯乙烯保温板的厚度要比发泡聚苯乙烯的厚度小，但二者产生的保温效果却是一样的；而且挤塑聚苯乙烯保温板可以进行机械化衬砌，既能提高施工效率，又能减少人工节约成本，能够产生很好的经济效益。

7 结束语

（1）挤塑聚苯乙烯保温板是一种良好的抗冻胀保温材料，并且能够改变混凝土面板下的温度。（2）在相等的保温情况之下，挤塑聚苯乙烯保温板的减缩能力要远远大于发泡聚苯乙烯保温板的减缩能力。（3）挤塑聚苯乙烯保温板表面喷砂或开槽处理后的挤塑聚苯乙烯保温板的摩擦系数明显增大，并且长期使用下不会发生变形和脱离的状况。（4）挤塑聚苯乙烯保温板的抗压强度极高、抗冲击性极强，根据不同型号及厚度其抗压强度达到150～500Kpa以上，能承受各系统地面荷载。（5）挤塑聚苯乙烯保温板能有效防水渗透，可以有效减少泥土结冻等情况的出现，控制地面胀冻情况，有效阻隔地气免于湿气破坏。（6）挤塑聚苯乙烯保温板具有良好的稳定性、防腐性，长时间的使用中，不老化、不分解、不产生有害物质，其化学性能极其稳定，不会因吸水和腐蚀等导致降解，使其性能下降，在高温环境下仍能保持其优越的性能。

参考文献

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