水泥-固废基轻质混凝土在屋面找坡中的应用*

康亚明，白文广，陈静波，杨宝平，王特化

（1.北方民族大学机电工程学院，宁夏 银川 750021; 2.宁夏城建设计院（有限公司），宁夏 银川 750001；3.宁夏千弓预应力技术工程有限公司，宁夏 银川 750001；4.宁夏跃元工程有限公司，宁夏 固原 750000）

1 引言

图1 EPS轻质混凝土的制备

“银川智能终端产业园”是银川市经开区继轴承小镇建设后着力打造的又一个装备制造百亿产业园区，该园区的开工建设既是经开区在现代装备制造领域打造的提高产业集约化水平、推动创新创意发展的综合体，又是在东部产业转移背景下探索的产业融合发展新途径。项目计划分三期建设，总建筑面积达100万m2，计划总投资100亿元，占地1100余亩，其市场定位是主要承接东部产业转移，重点引进智能手机终端产业、光电显示产业、智能家电终端产业、智能汽车终端产业等电子消费项目，通过搭建建设、生产、研发、金融服务、设备采购、信息互联等平台，吸引智能终端全产业链企业拎包入住、集群发展，构成与轴承小镇项目相呼应的智能制造“双轮驱动”产业创新发展模式，该园是银川市围绕打造“千亿级升级版经开区”的目标的重要组成部分，力争3年内产值突破300亿元。该产业标准生产厂房19栋，结构型式为钢框架结构，屋面采用材料找坡，找坡材料采用以水泥为主，并添加一定量固废的EPS轻质混凝土。

2 水泥-固废基EPS轻质混凝土的制备与技术优势

2.1 标准试块的制作

用一部分固废代替部分水泥制备的EPS轻质混凝土，这里称为水泥-固废基EPS轻质混凝土。根据本工程的技术要求，屋面为不上人屋面，故干密度不宜太大，室内试验设计400，500，600，700和800kg/m3共5种干密度级别试块。P.O.32.5水泥强度低，为了达到同样的强度，需要提高试块的干密度，这样导致轻质性降低，而P.O.52.5水泥成本高，为了平衡轻质性和经济性，本项目拟采用P.O.42.5水泥，故本试验也采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，掺入水泥质量5%的硅灰。试块浇筑后48h后脱模，脱模后置于标准养护箱中养护28d，流动性可根据现场需要来调节［1-2］。

2.2 基本物理力学参数

对不同干密度时的单轴抗压强度、导热系数和燃烧性能进行了测试和检测，汇总后如表1和2所示。

图2 EPS轻质混凝土的塌落度状态

表1 EPS轻质混凝土干密度与单轴抗压强度关系

表2 EPS轻质混凝土干密度与导热系数及其燃烧性能的关系

从表1可以看出，聚合物EPS轻质混凝土的物性特征和干密度有直接关系：

（1）随着干密度的增大，单轴抗压强度也随之增大，但轻质特性也随之减弱；

（2）导热系数随着干密度的增大而减小，防火等级随干密度的增大而提高。

轻质混凝土的突出优点是干密度小、自密实和自保温，在满足强度的前提下，干密度越小这些优势越突出，在具体工程中要根据工程特点寻求一个最佳结合点，达到综合效益最大化。

2.3 EPS轻质混凝土的轻质填筑部位

EPS轻质混凝土由于其密度小，可以广泛用于轻质类填筑，如找坡找平等轻质类填筑，在工民建中可广泛应用于楼宇的不同部位，典型应用如图3所示。

图3 EPS轻质混凝土轻质填筑部位

2.4 EPS轻质混凝土变形特征

与普通混凝土相比，EPS轻质混凝土的强度和刚度参数介于软岩和硬土之间，但相对于普通混凝土，其变形特征可总计为延性好，刚度适中，吸能性能好，抗冲击性能优越。普通混凝土峰值应变 0.15%到0.25%之间波动，通常取0.2%［3-6］。对于EPS轻质混凝土，以干密度为500kg/m3左右的为例（图4所示），峰值应变约在2%左右，峰值应变时比传统混凝土的峰值应变大一个数量级［7］。

图4 EPS轻质混凝土的应力-应变全过程曲线

3 智能终端产业园二期现场工程应用

3.1 智能终端产业园工程概况

（1）自然条件：抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.20g。基本风压0.65kN/m2，基本雪压0.20 kN/m2。建筑场地类别为II类，场地标准冻土深度1.03m。

（2）结构形式：钢框架，框架抗震等级为三级；楼板采用混凝土叠合板，局部（卫生间）采用钢筋桁架楼承板。基础类型为独立基础。

（3）荷载取值：

①荷载取值依据现行《建筑结构荷载规范》并据实际需要取值。

②钢筋混凝土密度为25kN/m3；素混凝土密度为20kN/m3；抹灰砂浆密度为17kN/m3；填充墙体砌块密度为8kN/m3。

③楼层板面装修荷载标准值取2.0kN/m2；楼层板底抹灰和吊顶荷载标准值取0.5kN/m2。

④根据可行性研究报告上工艺要求及厂房建筑使用功能，并参照现行《建筑结构荷载规范》附录D,生产区域楼面活载标准值为7.0kN/m2；生产厂家在生产设备安装前应提供工艺流程图、设备运行重量、产品堆放等资料供我方复核承载无误后方可进厂安装和生产。

⑤楼梯间、电梯厅楼面活载标准值为3.5kN/m2；卫生间楼面活载标准值为2.5kN/m2。

⑥不上人屋面活载标准值为0.5kN/m2；上人屋面活载标准值为2.0kN/m2。

⑦楼梯栏杆水平荷载：1kN/m。

⑧本项规定的荷载均为要求的最大限制，材料选用及正常使用时均不应超过上述限值。

⑨如有特殊设备荷载，则根据厂家提供资料后确定并采取措施。

（4）结构材料：

①钢筋：主要受力钢筋采用HRB400级钢筋，分布构造钢筋采用HRB400级钢筋。

②混凝土：基础及地梁采用C35混凝土，基础垫层采用耐腐蚀C20素混凝土，圈梁、过梁、构造柱等次要构件混凝土强等级拟采用C25。

③钢材：钢柱、钢梁及连接板采用Q355B，隅撑等角钢、槽钢级工字钢可采用Q235B。

④填充墙及砂浆：室内地坪以下采用MU20混凝土普通砖，Mb10水泥砂浆砌筑；室内地坪以上蒸压加气混凝土内墙板为强度等级不低于A3.5的配筋板材。

3.2 EPS轻质混凝土找平找坡的技术优势

本项目钢结构屋面采用EPS轻质混凝土材料找坡，最薄处15cm，最厚处约40cm，若用传统的炉渣找坡，则存在屋面荷载大和劳动强度大的缺点。针对这些情况，本项目最终选用干密度可以控制的水泥-固废基EPS轻质混凝土进行找坡，而该轻质混凝土本身具有良好的保温性能，在降低屋面荷载的同时还具有保温作用。EPS轻质混凝土屋面减荷效果如图5所示。

图5 EPS轻质混凝土找坡找平受力示意图

3.3 现场施工效果

采用EPS聚合物轻质混凝土屋面找坡的方案，可以降低屋面自重，间接地提高了结构抗震性能。因轻质混凝土可以实现自密实，故无需振捣，施工过程劳动强度大大降低，搅拌过程在厂区内集中搅拌，运输至现场泵送，全过程粉尘传播被消除。在工期不紧的情况下，用自密实轻质混凝土只需3人即可完成，综合效益显著。

图6 水泥-固废基EPS轻质混凝土屋面找坡

4 结束语

通过本文的室内试验和现场应用示范，主要结论有：

（1）解决了传统保温和找坡单独施工，导致屋面荷载大、施工周期长、劳动强度大等缺点；

（2）聚合物EPS轻质自密实混凝土实现了保温和找坡一体化施工，降低了屋面荷载，其自保温性能也提高了屋面保温效果，经济与环境效益显著；

（3）EPS聚合物混凝土施工速度快，施工过程机械化程度高，可明显降低工人劳动强度，缩短施工周期，具有较为明显的综合效益。