1 500 kg/m3EPS轻集料混凝土的制备研究

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(绵阳职业技术学院，四川 绵阳 621000)

引言

在全球能源短缺的今天，建筑节能显得尤为重要，节能型建筑材料受到了广泛关注，国内大力发展节能、利废、轻质、保温隔热等新型材料[1-2]。EPS(聚苯乙烯颗粒)轻集料混凝土是一种新型土木工程材料，具有表观干密度低，导热系数小，隔声、抗震性能好，造价低，节能利废等优点，是一种经济效益和社会效益都非常好的材料，而且使用EPS作集料制备混凝土，是一种有效的聚苯乙烯回收方式，可以减轻聚苯乙烯带来的白色污染[3]。本文以普通硅酸盐水泥为结合剂、EPS颗粒为轻集料，通过试验研究其配合比以制备出性能优异的轻集料混凝土。

1 试验原材料及试验过程

1.1 试验原材料

结合剂：由西南水泥有限公司生产的P·O 42.5R水泥；

轻集料：聚苯乙烯颗粒，市售；

减水剂：聚羧酸高性能减水剂，市售；

骨料：砂，市售；

粘结剂：纤维素醚，市售。

1.2 试块的制备及性能检测

将水泥、砂、纤维素醚一次投入搅拌机，干拌均匀后加入掺有外加剂的拌和水一起搅拌，最后加入EPS轻集料进行搅拌成型。

混凝土的抗压强度测定按GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土的表观干密度按JGJ 51—90《轻集料混凝土技术规程》标准执行。

2 试验数据分析

2.1 胶砂比对EPS轻集料混凝土性能的影响

胶凝材料在混凝土中起胶结作用，砂在轻集料混凝土中起骨架作用，两者的掺量是影响混凝土性能的关键。增加胶砂比可提高混凝土的强度，但表观干密度也随之增大；胶砂比选用过小则难以将EPS颗粒间的空隙填充密实，强度难以保证，所以胶、砂的用量及胶砂比是配合比设计的重要环节。本文通过试验分析了不同胶砂比对轻集料混凝土性能的影响，试验结果如图1所示。

图1 胶砂比对EPS轻集料混凝土性能的影响

从图1可以看出，当胶砂比<0.43时，EPS轻集料混凝土的抗压强度随着胶砂比的增加而增大；当水胶比>0.43时，抗压强度随着胶砂比的增大而减小。因为胶砂比偏低时，EPS轻集料混凝土的和易性下降，水泥浆体不能有效的将砂包裹及粘聚在一起，导致EPS轻集料混凝土强度下降；胶砂比偏高时，由于水泥浆较多，水泥浆体水化硬化过程中的收缩较大，在EPS轻集料混凝土内部产生许多微小的裂缝，导致强度下降。

从图1还可以得出，EPS轻集料混凝土的表观干密度随着胶砂比的增大而增大。此外，抗压强度与表观干密度基本上呈正比，通过计算每组抗压强度与表观干密度的比值，当胶砂比为0.43时强质比最大。

2.2 纤维素醚对EPS轻集料混凝土性能的影响

EPS轻集料混凝土存在的主要问题是保水性差、易分层离析，而纤维素醚能够改善砂浆的保水性、粘聚性、防止沉降与分层离析，改善和易性。本文通过试验分析了纤维素醚的不同掺量对EPS轻集料混凝土性能的影响，试验结果如图2所示。

图2 纤维素醚掺量对EPS轻集料混凝土性能的影响

从图2可以看出，混凝土强度、表观干密度随着纤维素醚掺量的增加先增大后降低，在掺量为0.15%时达到最高强度，为28.3 MPa。抗压强度与表观干密度基本上呈正比，计算每组抗压强度与表观干密度的比值，当纤维素醚掺量为0.15%时强质比最大。

经试件观察发现，在未掺纤维素醚时，试块底部几乎没有EPS颗粒的分布，而掺入纤维素醚后试块底部分布有较多的EPS颗粒，说明纤维素醚明显地改善了EPS颗粒在混凝土中的分布。解决了未添加纤维素醚时会出现EPS轻集料上浮、严重泌水、难于成型、成型后的试块各组分分布不匀、存在大气孔等问题，因此纤维素醚的掺入有效的改善了轻集料混凝土的粘聚性、和易性。但当掺量超过0.15%后，由于纤维素醚使得浆料的粘度增加，使得空气不易排出，反而会造成强度的降低。

2.3 减水剂对EPS轻集料混凝土性能的影响

减水剂的加入使得混凝土的流动性增大，水胶比降低，强度提高，通过试验分析了减水剂不同掺量对混凝土性能的影响，试验结果如图3所示。

图3 减水剂掺量对EPS轻集料混凝土性能的影响

由图3可见，抗压强度随着减水剂掺量的增加呈增长趋势，掺量超过1.6%后强度开始下降。表观干密度随着减水剂掺量的增大而增大，当减水剂掺量>1.5%时，表观干密度开始降低。抗压强度与表观干密度基本上呈正比，当减水剂掺量为1.6%时强质比最大。在混凝土中掺入减水剂，在保证混凝土和易性相同的情况下可降低混凝土的水胶比，因而提高了混凝土的抗压强度和表观干密度。

2.4 水胶比对EPS轻集料混凝土性能的影响

水胶比是影响混凝土密实度的重要因素，水胶比较小，则混凝土密实度高，但胶凝材料用量大；水胶比较大，则易出现离析泌水现象。因此，为了确定最佳水胶比进行了不同水胶比的配制试验，试验结果如图4所示。

图4 水胶比对EPS轻集料混凝土性能的影响

由图4可知，EPS轻集料混凝土的抗压强度和表观干密度均随着水胶比的增加大致为下降的趋势。当水胶比>0.35时，强度和表观干密度下降幅度增加，计算可知，当水胶比为0.35时强质比最大。

EPS轻集料混凝土的抗压强度随着水胶比的增加而降低，主要是由于EPS轻集料混凝土的强度主要取决水泥砂浆的强度，而EPS颗粒的贡献较小。随着水胶比的增大，孔隙率增加，从而导致EPS轻集料混凝土的抗压强度下降[4]。

同理，水胶比增大，使得EPS轻集料混凝土的孔隙率增大，因此其表观干密度降低。

2.5 EPS掺量对EPS轻集料混凝土性能的影响

EPS轻集料是EPS轻集料混凝土中的重要成分，加入EPS颗粒能大幅度的降低混凝土的表观干密度，但抗压强度也会随之降低，因此，找出EPS颗粒的最佳掺量，以达到材料的轻质高强，试验结果如图5所示。

由图5可知，抗压强度和表观干密度随着EPS颗粒掺量的增大而降低，EPS轻集料混凝土的表观干密度从2 040 kg/m3下降到1 260 kg/m3，相应的抗压强度从45.4 MPa下降到17.1 MPa，抗压强度与表观干密度基本上呈正比，当EPS颗粒掺量为2.0%时强质比最大。

图5 EPS轻集料掺量对EPS轻集料混凝土的影响

EPS轻集料混凝土是在普通混凝土或砂浆中引入EPS颗粒替代砂、石的用量，因此，EPS集料在混凝土中的含量增大会明显降低EPS混凝土的抗压强度和表观干密度。

3 结论

经本文所采用材料及其试验数据分析，得出如下结论：

3.1 EPS轻集料混凝土的抗压强度随着胶砂比的增大先增大后降低；EPS轻集料混凝土的表观干密度随着胶砂比的增大而增大，抗压强度与表观干密度呈正比增长，当胶砂比为0.43时强质比最大。

3.2 EPS轻集料混凝土抗压强度、表观干密度随着纤维素醚掺量的增加先增大后降低，在纤维素醚掺量为0.15%时达到最高强度为28.3 MPa。同时，强质比最大。

3.3 抗压强度随着减水剂掺量的增加呈增长趋势，当掺量超过1.6%后强度开始下降。表观干密度随着减水剂掺量的增大而增大，当减水剂掺量>1.5%时，表观干密度开始降低。当减水剂掺量为1.6%时强质比最大。

3.4 轻集料混凝土的抗压强度、表观干密度均随着水胶比的增大而降低。当水胶比为0.35时强质比最大。

3.5 EPS轻集料混凝土的抗压强度和表观干密度随着EPS颗粒掺量的增大而降低，当EPS掺量为2.0%时强质比最大。