EPS砂浆静态力学性能试验及应用研究

(西南林业大学土木工程学院 云南 昆明 650224)

一、引言

发泡聚苯乙烯(简称EPS)是根据基材树脂原料划分的土工泡沫塑料制品，具有超轻、耐压、不易老化、耐腐蚀、自立性强和力学性能良好等特点[1]。被广泛用于建筑保温、绝缘、减震包装、衬垫、漂浮材料等领域[2]。EPS与压型钢板复合制成的彩钢板，具有防水、防腐、隔音、保温、可预制、施工方便等优良性能而大量应用于活动板房中[3]，但是拆除后大量废弃EPS没有得到很好的回收利用[4]。目前，中国每年产生废弃EPS约为180万吨，但只有30%被回收利用，其余都被掩埋或者焚烧，造成了严重的资源浪费和环境污染[5]。本文对废弃EPS的利用提出了一种新的思路，即将废弃EPS与砂浆结合起来应用到桥墩等承重结构外围。对桥墩等起到一层防护作用，减少其被来往车辆撞击的损害，延长使用寿命，同时也对EPS进行了很好的回收利用，避免了资源浪费。故本文对EPS砂浆进行了抗压试验，对其静态力学性能进行了研究，为废弃EPS的这一利用途径提供理论支持。

二、试验概况

(一)原材料与配合比设计

EPS颗粒采用西南林业大学土木工程学院活动板房拆除下来的废旧EPS，经人工剥离后，分别过孔径为2.5mm、5.0mm的圆孔筛，以此去除在剥离过程中破损及未完全剥离的EPS颗粒，最终得到的EPS颗粒的粒径在2.5～5mm之间，堆积密度为3.6kg/m3；水泥采用红狮牌P·O42.5普通硅酸盐水泥；砂选用分别过孔径为0.6mm及0.075mm的方孔筛后的河砂，表观密度为1484kg/m3；水为实验室用水。EPS砂浆配合比由水灰比(因素A)、砂与水泥质量比(因素B)、EPS掺量(因素C)三种因素组成，详见表1。其中EPS的掺量以其占水泥质量的百分数计。

表1 配合比的组成因素

将27组配合比试件进行编号，字母A、B、C分别代表水灰比的三个水平：0.5、0.55、0.6；第一个下标代表砂与水泥的质量比，第二个下标代表EPS颗粒占水泥的质量比，数字1、2、3表示每个因素分别对应的三个水平。例如A11表示为水灰比为0.5、砂与水泥的质量比为1、EPS颗粒占水泥的质量比为0.48%。

(二)试件制备

EPS砂浆拌和参照水泥胶砂试验过程，先将水泥和水拌和均匀，然后加入砂搅拌，最后再将EPS颗粒分散地撒入砂浆内继续搅拌，以此减少由于长时间搅拌导致EPS颗粒变形。

(三)试件测试

对根据上述配合比制作而成的70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体EPS砂浆试件，参照JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能的试验方法》进行28d抗压强度的测定。测试用YAW-200D型水泥恒应力压力机在试件上低速(2mm/min)施加竖向荷载，直到试件破坏。

三、试验结果与分析

(一)EPS砂浆正交试验分析

EPS砂浆立方体抗压强度试验结果如表2所示。

表2 立方体抗压强度试验结果

根据表2中试件的抗压强度，可以看出：A31组的抗压强度明显最高，达到了15.13MPa，而C13组的抗压强度最低，为2.20MPa。

(二)应力-应变分析

A2B3C1、A1B3C1、A2B2C1、A1B2C1、A2B3C2、A1B3C2是27组试验配合比中抗压强度较高的配合比。其试验数据如表3所示。

表3 试验数据对比

将这6组由试件的荷载和位移换算出试件的应力-应变曲线，然后对试件的应力-应变曲线进行分析。试件的应力-应变曲线如图1所示。

图1 砂浆应力-应变曲线

由图1所述应力-应变曲线可以看出：

随着应变的增加，应力大致也呈增加的趋势。在应力小于2.5MPa时，曲线A1B3C2在最左边，A1B3C1在最右边，表明此时A1B3C1的位移大，A1B3C2的位移小；应力在2.5-5.5MPa范围内，A2B3C2的位移大，A1B3C2的位移小；当应力大于5.5MPa小于9MPa时，A2B3C2的位移大，A1B2C1的位移小，此时A1B3C2、A2B3C2、A2B2C1相继被压裂；应力在9-12.2MPa范围内，A2B3C1的位移大，A1B2C1的位移小，且A1B2C1被压裂；当应力大于12.2MPa时，A1B3C1的位移小于A2B3C1，在应力达到12.84MPa时，A2B3C1被压裂，应力达到15.85MPa时，A1B3C1被压裂。

整体来看，压缩前期，A1B3C1和A2B3C1的静态力学性能差别不大；压缩后期，A1B3C1可承受的静态应力高于A2B3C1。

(三)应变能分析

对上述试件进行应变能-应变分析，如图2所示。

图2 应变能-应变曲线

从图2曲线可以看出，随着应变的增大，应变能大致呈现上升的趋势。EPS掺量越低，吸收的能量越多。即当压缩应变相差不大时，抗压强度越大，抵抗压缩破坏的能力越强，因此能够吸收的能量就更多。

四、EPS砂浆在桥墩防护中应用分析

由于桥墩易受到来往车辆碰撞，可产生较大经济损失，故将EPS砂浆试件做成高约1.2m，厚为7.5cm的柱体，包裹在桥墩周围，起到一定防护作用。示意图如图3所示。

图3 平、立面示意图

五、结论

本文通过进行EPS砂浆抗压试验，得到了以下结论：

(1)EPS砂浆立方体试件压缩前期，A1B3C1和A2B3C1的静态力学性能差别不大；压缩后期，A1B3C1可承受的静态应力高于A2B3C1；

(2)EPS砂浆立方体试件的优选配合比为水灰比为0.5、砂与水泥的质量比为1.75、EPS颗粒占水泥的质量比为0.48%；

(3)EPS掺量越低，吸收的能量越多。

【参考文献】

[1]焦莉.EPS材料在防治桥头跳车中的应用[J].价值工程,2012,(10):95-96.

[2]王晓峰.聚苯乙烯泡沫性能与应用分析[J].黑龙江水利科技,2015,(07):18-19.

[3]刘苑.彩钢板的火灾危险性和防火对策[J].科技传播,2011,(17):72-73.

[4]祝楚华.四川灾区板房拆除后禁止填埋焚烧泡沫塑料[EB/OL].http://news.qq.com/a/20091103/000564.htm,2009-11-03.

[5]张伟明,周俊涛,李婷,杨帮林,黄辉.聚苯乙烯泡沫塑料废弃物的资源再利用[J].宁波工程学院学报,2015,(02):11-14+48.