再生聚苯乙烯在混凝土中的应用研究综述

罗甜恬，刘卫森，郭英健，李成业，马玉玮

(广州大学,广州大学-淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心，广州 510006)

0 引 言

随着我国经济与社会的高速发展，工业制造业与商品经济化逐渐完善，聚苯乙烯(Expanded Polystyrene，EPS)泡沫以其造价低、易于制备等特点被广泛应用于电器、精密仪器等贵重物品的包装，以及快餐盒等餐饮容器[1]。据统计，20世纪初，我国聚苯乙烯泡沫塑料制品就已达60多万吨[2]，此后每年以近10%的速度递增[1]，到2020年，聚苯乙烯泡沫制品已达到160多万吨。废弃的聚苯乙烯泡沫是一种难以利用生物降解的高分子材料，若无法有效处理，会造成“白色污染”。目前，国内外对聚苯乙烯泡沫的主要处理方法有焚烧法、填埋法[3]、热分解制油法、塑料再生法[1]等，填埋和焚烧会造成二次污染，热能回收和塑料再生法等又需要复杂工艺和昂贵设备，难以实现。因此，如何有效利用废弃EPS，变废为宝，减少EPS再利用的二次污染，对于社会可持续发展具有重要意义。

聚苯乙烯泡沫混凝土是一种有机无机复合的轻集料混凝土，是利用EPS泡沫颗粒与具有粘结性能的水泥浆体进行结合，制备成符合规范设计的节能环保混凝土[4]。废弃EPS，又称再生EPS。将再生EPS颗粒应用于混凝土，不仅可以有效解决“白色污染”问题，还可以极大减少建筑物的能耗。再生EPS混凝土不仅具有轻质保温、节能环保、防火等级高、隔声效果好等特点[4-8]，还具有吸水率小、造价低、方便施工、易于安装[9]等优点，受到广泛关注，国内外学者对EPS混凝土做了大量的研究。本文对再生EPS颗粒的应用现状进行了介绍，对比了再生EPS与原生EPS的区别，阐述了目前所制备的再生EPS混凝土强度等级与力学性能之间的基本关系，以及其热工性能、防火性能、隔声吸波、变形性能等，为再生EPS混凝土理论和工程应用提供参考。

1 EPS混凝土的定义与发展历程

聚苯乙烯泡沫轻质混凝土，是一种用发泡EPS颗粒作为轻骨料的矿物胶结混凝土[10]。由于轻质的EPS颗粒替代了密度大的粗骨料，EPS混凝土容重大大减小。根据EPS颗粒掺入量的不同，EPS混凝土的容重在300～1 800 kg/m3，明显小于普通混凝土的容重(2 300 kg/m3)，因此，使用EPS混凝土可减轻混凝土自重。同时，EPS混凝土还具有良好的隔声吸波、防火耐火等性能，使得EPS混凝土在作为建筑外墙时，能发挥其保温、隔声、防火的作用。

早在20世纪50年代，德国公司就已经开始把EPS颗粒当作道路填充材料来作为道路基层缓冲材料[11]，发现其可以有效改善路面皲裂的情况。70年代，Cook等[12-13]对EPS轻集料混凝土的强度等级与力学性能方面进行了系统性研究。70年代中期，挪威将EPS块体作为填料置换软土层，发现其效果优良。80年代，澳大利亚将膨胀的EPS颗粒进行化学处理，获得了质量均匀、性能较好的轻质混凝土，应用于实际工程中[14]。日本学者利用EPS颗粒研发出了轻质混合土和泡沫混凝土，并对其力学性能进行了分析研究[15]。90年代，美国学者将EPS混凝土称为Geofoam(土工泡沫)[16]。我国对于EPS混凝土的研究起步较晚，20世纪初，马时冬[17]对EPS制备的聚苯乙烯泡沫塑料轻质填土(SLS)路堤进行了稳定分析和沉降计算，为EPS混凝土应用于路堤工程提供了技术支持，比较了不同形状的EPS颗粒及粒径对EPS混凝土变形和强度的影响[18]，讨论了利用废弃EPS泡沫制备轻质混凝土的应用可能性。程从密等[6]对EPS混凝土的组成、结构、性能与应用进行了系统性研究。陈兵等[7-9]对EPS混凝土的制作和应用进行了系统性研究，将外加剂与钢纤维应用到EPS混凝土中，制备了具有不同表观密度且力学性能良好的EPS混凝土。此后，我国学者对EPS混凝土的研究逐步深入，为其工程应用提供了坚实基础。

2 再生EPS与原生EPS差异

图1 EPS颗粒内部结构[19]Fig.1 Internal structure of EPS particles[19]

EPS颗粒包括原生EPS和再生(废弃)EPS两种，均具有轻质、多孔的特性，其微观形貌如图1所示[19]。原生EPS颗粒，是将聚苯乙烯原料放入特制的发泡机内用蒸汽将其膨胀所得[10]。再生EPS颗粒是用专业的破碎机将废弃聚苯乙烯泡沫破碎而成。相比于原生EPS，再生EPS在形态和价格方面存在明显优势，表1从形状、表面状态、级配三方面对再生EPS与原生EPS进行比较。由表可知，原生EPS颗粒粒径较单一，有1～5 mm不等，密度约30 kg/m3，表面较光滑，与胶凝材料粘结不够理想。再生EPS颗粒表面坑洼粗糙，部分颗粒开口，水泥浆体容易进入孔隙，有利于EPS颗粒与水泥浆体的粘结，且再生EPS具有多粒径，可形成一定的级配，更易形成紧密堆积结构。

表1 再生(废弃)EPS颗粒与原生EPS颗粒对比[20]Table 1 Comparison between recycled (waste) EPS particles and primary EPS particles[20]

3 再生EPS混凝土密度等级与力学性能

表2从干密度、抗压强度、弯曲强度、弹性模量、导热系数等方面对比总结了EPS(泡沫)混凝土与普通混凝土的差别。

表2 EPS(泡沫)混凝土与普通混凝土物理力学性能比较[21]Table 2 Comparison of physical and mechanical properties between EPS (foamed) concrete and ordinary concrete[21]

由表可知，EPS混凝土的强度区间一般在5～40 MPa[21]，再生EPS混凝土的强度等级与许多因素相关，其中最重要的因素为EPS混凝土的设计密度。不同密度的EPS混凝土，所呈现的强度不一样。普通EPS混凝土密度跨度较大，可分为低(300～600 kg/m3)、中(600～1 200 kg/m3)、高(1 200～1 800 kg/m3)三个密度等级[19]。再生EPS混凝土的密度，与同掺量下的原生EPS混凝土相比较小，但强度相当。这是由于再生EPS颗粒粘结性能较好，过渡层强度较高。而EPS混凝土的密度与EPS颗粒的掺量有关，EPS颗粒替代粗骨料的比例越大，EPS混凝土密度越小，强度越低[22]。周可可等[23]研究了EPS体积率与混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、拉压比、抗折强度之间的关系，并进行了拟合，如图2所示，其中fM为未掺EPS颗粒空白样的立方体抗压强度，fc为掺EPS颗粒试样的立方体抗压强度。EPS混凝土的立方体抗压强度与EPS体积率呈衰减指数关系，拟合参数与EPS颗粒级配有关；EPS混凝土劈裂抗拉强度、抗折强度与EPS颗粒体积率均呈线性关系；EPS混凝土拉压比随EPS体积率先增加后减小，主要是由于EPS混凝土有良好的变形能力。

王武祥[20]利用增粘剂改善了EPS混凝土力学性能较差的问题，成功制备了300 kg/m3的再生EPS超轻混凝土，其抗压强度大于0.75 MPa。

程从密[19]提出决定EPS混凝土强度的因素主要包括三个方面：孔、基质强度、过渡层，这可以与EPS混凝土数值模拟的基础理论联系起来。EPS轻集料混凝土构造如图3所示。在高密度EPS轻集料混凝土中，EPS颗粒分布均匀，孔隙较少；在低密度EPS轻集料混凝土中，EPS难以分布均匀，产生了许多孔隙，从而解释了低密度再生EPS混凝土强度较低的原因。大多数学者为了提高EPS混凝土的强度，选择合理的EPS掺量，制作成适中密度的再生EPS混凝土。EPS颗粒掺量主要影响孔、过渡层两方面。吉晨彬等[24]提出了再生EPS泡沫级配理论，研究了EPS颗粒级配对再生EPS保温砂浆抗压强度、抗折强度、粘结强度、吸水率、导热系数等性能的影响。吉晨彬等[24]按照细度模数(见式(1))将再生EPS泡沫分为粗(Mx=3.0～2.3)、中(Mx=3.0～2.3)、细粒径(Mx=3.0～2.3)三种规格。

(1)

式中：A1、A2、A3、A4、A5、A6为累计筛余量。用一套孔径净尺寸为4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、600 μm、300 μm及150 μm的标准筛将500 g干燥再生EPS由粗到细依次过筛，然后称得余留在各个筛上的筛余量，计算出分计筛余量a1、a2、a3、a4、a5和a6(各筛上的筛余量占砂样总量的百分率)。

图2 不同力学性能与EPS体积率之间的关系(1 mm,5 mm为EPS粒径)[23]Fig.2 Relationship between different mechanical properties and EPS volume fraction (EPS particle size is 1 mm, 5 mm)[23]

图3 EPS轻集料混凝土构造[19]Fig.3 Construction of EPS lightweight aggregate concrete[19]

并且，吉晨彬等[24]通过实验得出，中粒径、2区(如表3所示)EPS所制作的保温砂浆综合性能最好。潘武略等[25]采用自配的引气剂和掺合料技术，减少再生EPS混凝土中孔的分布，同时，用粉煤灰替代部分水泥，改善基质的致密度，研究了引气剂掺量、粉煤灰掺量、胶砂比、水灰比对再生EPS混凝土和易性及强度的影响。

不同EPS体积掺量(VEPS)的再生EPS混凝土，其破坏形态也不同。图4比较了不同EPS掺量的再生EPS混凝土的冲击破坏形态，由图可知[26]，应变率在21.7～76.0 s-1之间，EPS体积掺量为30%以上时，EPS混凝土破而不碎；EPS颗粒体积掺量越大，临界破坏时的应变率越大，所能承受的吸收能越大，缓冲吸能特性越好。文献[19]发现，密度小于500 kg/m3的超轻EPS混凝土主要表现为塌孔破坏，而密度约为1 800 kg/m3的高密度EPS混凝土主要表现为裂纹扩展破坏。众多研究表明[19,23,26]，再生EPS混凝土具有更好的韧性。甘伟等[27]发现，密度小于800 kg/m3时，EPS轻集料混凝土抗压强度小于5 MPa，密度大于1 600 kg/m3时，EPS轻集料混凝土抗压强度可超过15 MPa。

表3 再生EPS颗粒级配[24]Table 3 Particle qradation of recycled EPS[24]

EPS混凝土的破坏过程与普通混凝土类似，呈现弹性阶段、裂缝出现阶段以及完全破坏三个阶段。但不同的是，前期抗压强度增幅较大，随着压力的增大，弹性阶段的斜率增大，即弹性模量增大。有研究表明[28]，EPS混凝土弹性模量随EPS颗粒体积掺量的增加而明显下降，EPS颗粒体积掺量每增加10%，弹性模量降低40%，抗压强度值为5～17.5 MPa时，相应的弹性模量为5～20 GPa。

Magnan和Serratrice[29]早在20世纪末就已提出EPS骨料密度与弹性模量之间的换算公式，如式(2)所示：

Eeps=0.479ρ-2.875

(2)

式中：Eeps为EPS骨料的弹性模量；ρ为EPS的密度。

刘媛春[30]在Power理论和Roy提出的强度模型的基础上，建立了关于水灰比、EPS粒径及含量的EPS混凝土强度模型，并进行了验证。计算公式如下：

(3)

表4 EPS粒径相关系数α[30]Table 4 Correlation coefficient α of EPS particle size[30]

新加坡国立大学的Babu等[31]总结了密度为200～2 000 kg/m3的EPS混凝土抗压强度和密度的经验关系式，如式(4)所示：

fc=10.3×γ1.918×10-6

(4)

式中:fc为混凝土抗压强度;γ为混凝土拌合物的密度。

胡俊[21]通过拟合，得出EPS混凝土劈裂强度与抗压强度的关系，如式(5)所示：

(5)

式中:ft是不含硅灰的EPS混凝土劈裂强度；σy是不含硅灰的EPS混凝土单轴抗压强度。

一些学者针对EPS混凝土的力学性能进行了数值模拟研究。在EPS混凝土数值模拟中，研究者通常采用圆形骨料投放模型，暂未对原生EPS颗粒和再生EPS颗粒进行区分。刘芬等[32-33]从细观角度出发，借助计算机建立EPS泡沫填充混凝土非均匀细观结构的研究基础，通过数值仿真模拟，对EPS混凝土的力学性能进行了研究，阐述了EPS体积含量和EPS颗粒粒径对EPS泡沫填充混凝土细观结构模型力学性能的影响，结果表明，EPS颗粒位置分布对弹性模量影响不大，随着EPS颗粒体积含量增加，EPS混凝土弹性模量、抗压强度、平台应力以及吸能能力均下降。对于表面坑洼的再生EPS颗粒使用圆形颗粒模拟是否影响模拟结果还有待研究。

4 EPS混凝土其他性能

除了力学性能之外，EPS混凝土的热工性能、防火性能、隔声吸波性能、变形性能也是学者们研究的重点。

4.1 热工性能

EPS混凝土应满足格构建筑体系的基本要求，导热系数λ≤0.10～0.14 W/(m·K)。研究表明，随着EPS混凝土容重的增大，其导热系数逐渐增大，热工性能变差[34]。王武祥[20]制作的密度小于300 kg/m3的再生EPS超轻混凝土，其导热系数均小于0.070 W/(m·K)。陈明凤等[34]制作的密度为500 kg/m3的EPS保温砂浆的导热系数为0.089 W/(m·K)。当再生EPS混凝土的密度从300 kg/m3到1 800 kg/m3变化时，相应的导热系数为0.07～0.723 0 W/(m·K)[35]。

4.2 防火性能

EPS颗粒本身是可燃性材料，而再生EPS混凝土作为保温材料时，需要达到国家对建筑材料阻燃性的“A”级标准。我国国家标准(GB 8624—1997)将建筑材料的燃烧性能分为以下A1、A2、B1、B2、B3五种等级：A级为不燃性建筑材料，几乎不发生燃烧；A1为不燃材料，不起明火；A2为不燃材料，起火有少量烟；B1、B2、B3分别为难燃、可燃、易燃三种材料。再生EPS混凝土的难燃性主要是通过掺入阻燃剂来实现。窦家林[36]通过设计不同阻燃剂种类和含量的对比实验，研究其对聚苯乙烯发泡制品阻燃性能的影响。研究发现，在EPS制品中加入无机阻燃剂氢氧化镁可以降低其自熄时间，氢氧化镁质量分数大于3%时，材料达到难燃级别。张苗等[37]通过实验研究了ESP外保温材料的火灾蔓延规律和影响因素，发现其火中蔓延速率随时间变化呈指数型增长；火灾蔓延速率与“耦合燃烧度”呈正相关，而“耦合燃烧度”与材料厚度也呈正相关；不同火源位置下，“耦合燃烧度”大小不同，具体表现为：中火>底火>顶火>边角火。欧阳康[38]也证明了EPS混凝土是A1级的不燃性材料，当EPS体积率为50%时，其单体燃烧试验中无任何毒性烟气产生，热释放量相对较低，试验质量损失率几乎为零。

4.3 隔声吸波性能

图5 EPS掺量对EPS混凝土收缩变形的影响[7]Fig.5 Effect of EPS content on the drying shrinkage of EPS concrete[7]

管洪涛等[39]研究了EPS颗粒填充率和试样厚度对EPS水泥浆体吸波性能的影响，研究发现，当EPS填充率为60%(体积分数)，试样厚度为20 mm时，EPS水泥浆体在8～18 GHz频率内对电磁波的反射率均在8 dB以上，反射率大于10 dB的带宽达到了6.2 GHz。徐腊梅等[40]研究了不同掺量的再生EPS颗粒对水泥基材料吸波性能的影响，当EPS体积掺量分别为48%和60%时，EPS水泥基吸波材料的反射率在8～18 GHz频段内均低于-12 dB，反射率最小值为-25 dB，并且，研究发现，掺入质量分数为1.0%的炭黑与EPS共同作用，可以提高材料的吸波性能。

4.4 变形性能

干缩性能是EPS混凝土的变形性能之一，EPS混凝土干缩比普通混凝土大。陈兵等[7]认为影响EPS混凝土收缩性能的主要因素包括EPS骨料的弹性模量和浆体的体积分数。EPS掺量对EPS混凝土收缩变形的影响如图5所示，随着EPS掺量增加，收缩变形逐渐增大。EPS体积掺量为55%时，微应变达到1 121，是普通混凝土的2倍，对其应用有不利影响。而利用钢纤维可以显著改善EPS混凝土的收缩性能，使其90 d收缩变形量减小至610微应变，控制在普通混凝土的合理收缩范围内。

5 影响EPS混凝土性能的因素

影响再生EPS混凝土性能的因素包括再生EPS颗粒级配和掺量、纤维掺量、改性剂及矿物掺合料等。其中，再生EPS颗粒级配与掺量是影响EPS混凝土性能的主要因素。

5.1 EPS颗粒级配和掺量

再生ESP颗粒的掺量影响情况已在第3节提到，此处主要阐述EPS颗粒级配的影响情况。

周可可等[23]利用不同比例的1 mm与5 mm EPS颗粒，制作了EPS体积含量9%～46%的再生EPS混凝土，研究发现再生EPS混凝土的抗压强度与EPS颗粒的体积率之间呈近似衰减指数关系，其关系与EPS颗粒的粒径和组成有关。白二雷等[41]配置了不同体积掺量的EPS混凝土，研究了EPS颗粒对混凝土的增韧效应。结果表明，20%EPS体积掺量的混凝土韧性改善效果最佳。随着EPS颗粒掺量的增加，EPS混凝土韧性呈先增大后减小的趋势。

5.2 纤 维

研究者们采用加入纤维的方法来改善混凝土的结构紧密性。用于EPS混凝土的纤维种类包括：钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等。考虑到EPS混凝土轻质、价格实惠、方便施工的特性，大多数研究通常采用聚丙烯纤维。欧阳康[38]结合EPS工作性及力学性能的增强效果，发现钢纤维体积掺量为2%，聚丙烯纤维体积掺量为0.1%时，EPS混凝土具有最佳性能，在相同EPS体积率(20%、30%、40%)时，纤维的掺入量最大可将EPS混凝土抗折强度分别提高13.2%、2.9%、20.4%。相对普通EPS混凝土，纤维EPS混凝土的收缩性能、抗渗性能及抗冻性能都有很大的提升。陈友治等[42]分别制备了体积掺量0.5%、1.0%、2.0%的钢纤维以及0.03%、0.05%、0.1%的聚丙烯纤维混杂的纤维EPS混凝土，发现低掺量的混杂纤维对纤维EPS混凝土抗压强度提高较小，但对韧性提高较大；相比普通混凝土，纤维的加入对抗折强度的改善更为明显，体现出良好的韧性。陈兵等[7]研究表明，钢纤维可以显著改善EPS混凝土的收缩性能和提高其劈裂抗拉强度。陈怀军等[43]辅以尼龙纤维配置了保温性能良好的EPS-石膏-矿渣墙体材料，通过实验得出，尼龙纤维质量分数为5%时，其韧性、强度及抗冻融性最佳。另外，石棉纤维、玻璃纤维等相关的研究较少，这与纤维材料来源难、造价高、制作工艺复杂等都有一定的关系。

5.3 改性剂

EPS颗粒属于有机材料，表面憎水，无机胶凝材料对其无法润湿，所以搅拌过程中会出现上浮现象。这是EPS混凝土制作过程中所面临的主要问题。关于此问题，大多数学者主要从以下两个方面来入手。

一方面，对原材料EPS表面进行改性。有学者提出利用增粘剂的耦联和粘接双重作用，采用预处理表面造“硅酸盐”外壳，实现EPS表面变为“无机化”，使EPS表面形成亲水性无机薄层。吴月月等[44]通过对施工工艺的改良，使EPS颗粒表面形成一层“硅酸盐”外壳，使其表面由憎水性转换为亲水性。王武祥[20]提出，增粘剂由于其中的引气组分，将微细球形气泡引入水泥浆体中可增大浆体体积，从而包裹EPS颗粒，使水泥浆体粘度提高，有效阻止EPS颗粒上浮。陈兵等[7]提出微硅粉能显著改善EPS颗粒与水泥浆体的粘结性能以及在水泥基体中的分散性能，但微硅粉价格稍贵。周可可等[23]研究表明5 mm的EPS颗粒比1 mm的EPS颗粒更容易出现上浮现象。董素芬等[45]为解决EPS颗粒上浮的问题，采用如下方法：先将EPS用水完全润湿，浸泡24 h后，于室温阳光下晾晒48 h，再用塑料袋封存待用。另一方面，从搅拌工艺入手，考虑到再生EPS表面要形成稳定的水泥砂浆，成型采用水泥包裹法。即先让EPS表面包裹水泥等胶凝材料，再将其与其他材料进行混合搅拌，从而防止EPS在混凝土中分散不均匀的问题，也可以使成型后再生EPS颗粒之间粘结力更大，以保证必要的强度和流动性。

改性剂的加入可以改善EPS混凝土的性能，常用的改性剂包括乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯乳液、三乙醇胺和乳胶粉乳液。研究表明[46]，加入EVA改性剂，水解生成的乙酸根离子与水泥水化产生的Ca(OH)2反应生成水合乙酸钙，使Ca(OH)2晶体含量降低，可提高C-S-H凝胶的密度和质量，使结构更加紧密，优化了水化产物的组成结构，提高了抗压、抗折强度。

总之，针对改性剂的使用，再生EPS颗粒和原生EPS颗粒区别不大。实验表明，相对表面光滑的原生EPS颗粒，再生EPS颗粒的粘结性、结合力较好。

5.4 矿物掺合料

普通硅酸盐水泥制作过程不环保，价格昂贵，可以加入硅灰、粉煤灰、矿渣等工业废渣来替代部分水泥，不仅可以废物再利用，还可以充分发挥其特性，制作成性能优异的再生EPS混凝土。

粉煤灰在EPS混凝土中主要发挥火山灰效应和微集料效应。火山灰效应是粉煤灰与Ca(OH)2反应生成C-S-H，该效应随着龄期的增长而逐渐显现。微集料效应是指，粉煤灰可以改善集料的级配、流动性，增加密实度。王正权[47]研究表明，不同等级的粉煤灰都有特定的最佳掺量，需要实验验证，对于抗压强度值来说40%(质量分数)是粉煤灰的最佳掺量。

矿渣是高炉电厂等燃烧煤之后排出的废渣。再生EPS混凝土中掺入矿渣可以降低水化热，提高混凝土的耐久性。通过查阅文献发现，当再生EPS混凝土中加入矿渣时，往往都会采用EPS-石膏-矿渣复合体系。李久明等[48]以石膏-矿渣胶凝材料为无机粘结材料，废弃EPS为骨料，制备出了有一定强度、造价低廉、保温性能良好的EPS-石膏-矿渣墙体保温材料，并研究了EPS颗粒含量与该复合材料各性能之间的关系。陈怀军等[43]通过研究得出EPS-石膏-矿渣墙体材料的合理配方：EPS颗粒质量分数为1.2%，石膏质量分数为75%，工业矿渣质量分数为20%，硅酸盐水泥质量分数为5%，水灰比为0.6，尼龙纤维质量分数为0.5%，改性剂质量分数为0.03%。武萍[49]对石膏基胶凝材料复合EPS保温材料进行了试验研究，为了克服石膏的不耐水性，利用矿渣、石灰、水泥等材料对石膏进行改性。结果表明，经过改性的复合体系有较高的强度和软化系数。

微硅粉在EPS混凝土中发挥填充效应、火山灰效应和界面效应，从而增加EPS混凝土的密实度，提高EPS混凝土的界面粘结强度。研究表明，微硅粉掺量为15%(质量分数)时，综合力学性能最佳[26]。图6为EPS混凝土是否掺入微硅粉对比图，由图可知：未掺入微硅粉时，EPS颗粒上浮严重，是由浆体泌水性大，水分向上移动导致EPS颗粒上浮，EPS颗粒分散，与浆体粘结较差；掺入微硅粉时，EPS颗粒分布均匀，微硅粉比表面积大，可吸附水分，减少泌水，改善浆体聚合性，使浆体稠密，与EPS颗粒结合紧密，从而抑制上浮。可见，掺入微硅粉的EPS混凝土明显粘结性能较好。

图6 EPS混凝土是否掺入微硅粉对比图[26]Fig.6 Comparison of whether concrete mixed with micro silica fume[26]

6 实际工程应用

由于再生EPS混凝土具有优良的性能，在工程中应用广泛。再生EPS混凝土除了应用于保温路基之外，主要是作为墙体材料应用于建筑中。表5介绍了几种具有发展前途的建筑体系。

表5 EPS混凝土在建筑中的发展体系[10]Table 5 Development system of EPS concrete in architecture[10]

在建筑材料方面，EPS混凝土由于其轻质保温、吸波耐火等特点，已逐渐被制作成EPS砌块、EPS砂浆、EPS保温板等[50]，如图7所示。

EPS砌块和EPS保温板主要应用于保温墙材、楼板或墙板。与传统砌块相比，EPS砌块和保温板具有轻质、高强、保温、隔声、耐火等优点[36,51-54]，不仅绿色环保，还可以减少建筑物能耗。而EPS砂浆主要应用于聚苯乙烯保温砂浆外墙系统中[55-56]。在外墙保温系统中，通过比较发现，聚苯乙烯保温砂浆外墙系统具有易于施工安装、传热系数低、保温性能好、不燃、干缩率低、耐酸碱腐蚀等特点[6-10,57-59]。杨凯[56]研究表明，EPS作为轻集料来配置保温砂浆，作为外墙保温系统中的保温层，与抗裂防护层、抗渗保护面层(或是面层抗渗抗裂二合一砂浆层)协同使用，保温性能良好。使用超轻EPS颗粒可以配备出保温隔热性能很好的隔热产品，不仅可以有效降低建筑能耗，还能大量减少碳排放，实现绿色建材的目标。

图7 EPS工程应用产品Fig.7 EPS engineering application products

7 结语与展望

在倡导可持续发展的21世纪，利用再生EPS颗粒制成的EPS混凝土是一种性能优越的绿色环保材料，成为了当今学者们研究的热点。目前，EPS混凝土的研究逐渐深入，发现了其众多优越的性能及应用途径。主要总结如下：

(1)再生EPS颗粒属于废物再利用，再生EPS颗粒表面粗糙坑洼，能够更有效地与水泥浆体结合，并且，由废弃的EPS泡沫制品破碎而得来的EPS颗粒，拥有良好的级配。经过人工整合，可得到符合富勒级配的EPS颗粒紧密堆积结构，提高EPS混凝土各方面力学性能。

(2)再生EPS颗粒制成的EPS混凝土，力学强度随着再生EPS颗粒掺量增大而减小，再生EPS混凝土的密度较同掺量的原生EPS混凝土较小。

(3)再生EPS颗粒具有良好的保温隔热、隔声吸波、防火性能，但目前关于再生EPS颗粒混凝土与原生EPS混凝土在其他性能方面的差异研究较少。

再生EPS颗粒应用于混凝土时，需重点解决EPS颗粒上浮与分散不均匀的问题，EPS表面改性处理是关键处理措施，从而来改变EPS的憎水性。目前，再生EPS混凝土已逐步应用于保温路基、保温墙体等方面，它能够大量减少建筑物能耗，是一种节能环保友好型建筑材料。工业废弃物矿渣、粉煤灰与再生EPS颗粒结合也是未来研究的一大热点，再生EPS混凝土将是未来具潜力的环保建筑材料之一。