EPS轻质混凝土（精选4篇）
EPS轻质混凝土 篇1
0前言
EPS是一种稳定、不吸水、憎水性的超轻颗粒, 具有非常优异的保温、隔热和抗冲击性能。早在上世纪70年代初, EPS颗粒作为超轻质材料用于配制一些特殊功能的混凝土[1~3]。研究表明, 当用EPS颗粒制备的轻质混凝土表观密度为845kg/m3时, 抗压强度、弹性模量可以分别达到4.8MPa和5.9k N/mm2, 是相同表观密度的膨胀珍珠岩混凝土的50%和100%, 但EPS混凝土的耐久性及抗冲击荷载的能力远远优于膨胀珍珠岩混凝土。近年来, EPS颗粒作为保温隔热材料开始在我国建筑领域得到快速的应用, 主要有EPS复合墙板和EPS保温砂浆等[4~9]。从1990年开始, 国外有学者开展了EPS轻质高强混凝土的研究工作, 通过利用EPS颗粒取代粗集料和部分细集料配制出强度为3.0MPa~10MPa, 表观密度在1400kg/m3以下的EPS混凝土, 并对EPS混凝土的强度与表观密度关系进行了探讨[10~11]。随后, 印度等国学者也开展了这方面的研究工作, 通过外掺聚合物和微硅粉等方法, 配制出了强度为20MPa, 表观密度为1900kg/m3的EPS混凝土[12~14]。在我国, 哈尔滨建筑大学郑秀华等利用正交设计试验方法, 探讨了胶凝材料用量、外加剂等因素对其强度的影响, 并配制出强度只有1MPa以下的EPS混凝土[15]。陈兵等利用微硅粉、树脂和钢纤维对EPS混凝土进行改性, 配制出抗压强度达到20MPa, 而表观密度只有普通混凝土的70%, 同时对其劈裂抗拉强度和干缩性能进行了探讨[16~18]。
本文在作者前期研究工作的基础上, 探讨了不同基材强度、EPS颗粒粒径及掺加聚丙烯纤维对EPS轻质高性能混凝土力学性能的影响。
1 实验
1.1 原材料与配比
(1) 水泥:52.5级普通硅酸盐水泥, 其28d抗压强度为72.5MPa, 矿物组成见表1。
(2) 骨料:采用一定级配的石英砂, 级配见表2。
(3) EPS颗粒:采用了三种不同粒经的球形EPS颗粒, 其粒径与密度见表2。
(4) 微硅粉:颗粒粒径约0.01~0.1μm, 其矿物组成见表1。
(5) 聚丙烯纤维:长度约10 mm, 直径约100μm, 其具体性能指标见表3。
(6) 减水剂:Mighty-150高效减水剂。
为了研究不同基材强度对EPS轻质高强混凝土力学性能的影响, 本次试验研究分别考虑基材强度为130MPa, 90MPa和50MPa进行试验设计, EPS掺量分别为19.4%、37.6%和55.8%。
1.2 试件制作
采用30L的搅拌机进行拌和。首先将水泥、微硅粉和石英砂进行拌合, 然后将水与减水剂一起加入进行搅拌形成均匀料浆, 再加入EPS颗粒和聚丙烯纤维进行充分搅拌形成均匀的可流动的拌合物。立即对新拌EPS混凝土拌合物进行表观密度测试并迅速将均匀的EPS混凝土拌和物装入试模并进行人工振动成型。
1.3 试件养护与测试
选用100mm×100mm×100mm立方体试模, 进行抗压强度和劈裂抗拉强度测试。测试龄期为3d、7d、14d、28d和60d。
试件成型24h后脱模, 然后将试件置于标准养护室养护至规定龄期。抗压强度测试在2000k N的压力机上进行, 加荷速度为0.3~0.5MPa/s, 劈裂抗拉强度以0.04~0.06MPa/s速度连续而均匀地进行加荷。
2 实验结果与讨论
2.1 抗压强度
2.1.1 EPS颗粒体积含量和EPS混凝土表观密度的影响
对于EPS轻质混凝土来说, 表观密度是一个重要的参数, 其直接影响和决定EPS混凝土性能, 而表观密度又主要受EPS体积掺量的影响。图1给出了EPS混凝土抗压强度与EPS混凝土的表观密度和EPS体积掺量的影响。从图中可以看出:EPS混凝土的抗压强度随着表观密度的增加而增大, 即随着EPS体积掺量的增大而降低, 这与以前的研究结果基本一致[12,16], 但非线性关系。对于基材强度为130MPa的基准普通混凝土, 其表观密度为2258kg/m3。而对于掺有直径约为1mm的EPS颗粒的EPS混凝土, 当表观密度分别为基准混凝土的80%、60%和45%时, 其抗压强度则分别为基准混凝土的46%、24%和10%。而对于基材抗压强度为50MPa的EPS混凝土来说, 当表观密度分别为基准混凝土的80%、60%和45%时, 其强度仅分别为基准试样的45%、19%和8%。这表明在表观密度较低的时候, 基材强度高的EPS混凝土抗压强度随表观密度下降而较为显著。
2.1.2 基材强度和EPS颗粒粒径对抗压强度的影响
图2给出了不同表观密度下EPS混凝土中EPS颗粒粒径对其抗压强度的影响。从图中可以看出, 对于相同表观密度和基材强度的EPS混凝土, 抗压强度随着掺加的EPS颗粒粒径增大而下降, 同时也发现, EPS颗粒粒径对抗压强度的影响与基材强度和EPS混凝土表观密度相关。对于表观密度为1800kg/m3、基材强度为130MPa的EPS混凝土, 掺加直径为1mm的EPS颗粒的混凝土抗压强度较掺加直径为2.5mm的提高了22%, 而掺加直径为2.5mm的较6.3mm的提高了17%。然而, 当EPS混凝土表观密度为1400kg/m3时其抗压强度各自分别提高了36%和22%。这表明, 随着EPS体积掺量的增大, EPS颗粒粒径对抗压强度的影响增大。这可能是由于表观密度低的EPS混凝土中, EPS颗粒体积含量较高, 其本身的强度较低, 从而直径小的EPS颗粒对强度贡献明显。同样我们也发现, 在相同表观密度下, 随着基材强度的降低, 掺加的EPS颗粒粒径对抗压强度的影响作用降低。以采用基材强度为130MPa、表观密度为1000kg/m3的EPS混凝土抗压强度为例, 掺加直径为2.5mm的EPS颗粒较掺加1.0mm的下降了30%;而相同表观密度下, 采用基材强度分别为90MPa和50MPa的EPS混凝土, 掺加直径为2.5mm的EPS颗粒较1.0mm的相应抗压强度下降分别为37%和47%。其主要原因可能是由于基材强度高, 而EPS颗粒对强度的影响在一定程度上减弱了, 因此EPS颗粒粒径的影响也降低了。
为了更好地比较在相同表观密度下, EPS颗粒粒径对抗压强度的影响, 我们对EPS混凝土抗压强度进行了归一化处理, 其中归一化强度定义为σEPS/σmatrix, σEPS为EPS混凝土抗压强度, σmatrix为基材的抗压强度。图3给出了不同表观密度下, 基材强度和EPS颗粒粒径对归一化强度的影响。从图中可以看出, 对于给定的表观密度和EPS颗粒粒径, 归一化强度随着基材强度的增大而增大。例如, 表观密度为1400kg/m3的掺有直径为2.5mm的EPS颗粒的混凝土, 当基材分别为130MPa、90MPa和50MPa时, 其归一化强度分别为0.17、0.14和0.1。这表明, 制备轻质高强EPS混凝土, 采用较高强度的基材是一个好的选择。
2.1.3 聚丙烯纤维对抗压强度的影响
图4给出了聚丙烯纤维对基材强度为130MPa的EPS混凝土抗压强度的影响。从图中可以看出, 聚丙烯纤维可以大幅度提高EPS混凝土抗压强度, 提高幅度最高可达到25%。对于EPS体积掺量较低时, 聚丙烯纤维对EPS混凝土抗压强度提高的幅度随掺加的EPS颗粒粒径的增大而增大。如当EPS体积掺量为20%时, 对于掺有直径分别为1.0mm、2.5mm和6.3 mm的EPS颗粒的混凝土, 相对于未掺聚丙烯纤维的EPS混凝土, 聚丙烯纤维对其抗压强度分别提高了8%、20%和24%。另一方面, 当EPS体积掺量较大时, EPS颗粒粒径对掺聚丙烯纤维混凝土抗压强度的影响不是很显著。此外, 我们也发现对于掺有相同粒径尺寸的EPS颗粒的混凝土, 随着EPS体积掺量的增加, 聚丙烯纤维对抗压强度的提高显得更为显著。
图5和图6分别给出了聚丙烯纤维对基材强度为90MPa和50MPa的EPS混凝土抗压强度的影响。从图中可以看出, 聚丙烯纤维对抗压强度的影响与基材为130MPa时类似, 聚丙烯纤维能显著提高EPS混凝土的抗压强度。对比图4、图5和图6, 可以看出:对于掺有相同体积掺量和相同粒径的EPS颗粒混凝土, 聚丙烯纤维对抗压强度的提高幅度随基材强度提高而降低。例如在EPS体积掺量为20%, EPS颗粒粒径为1mm的EPS混凝土, 基材强度为130MPa时, 掺聚丙烯纤维使抗压强度提高了8%;而基材强度为90MPa和50MPa的EPS混凝土, 掺聚丙烯纤维使抗压强度提高了20%和21%, 提高幅度大大高于基材强度为130MPa的EPS混凝土。这表明, 对于采用较低强度的基材配制的EPS混凝土, 掺加聚丙烯纤维是提高抗压强度的一个比较好的方式。
2.2 劈裂抗拉强度
与抗压强度相似, 劈裂抗拉强度随着EPS体积掺量的增大而下降。图7给出了EPS混凝土劈裂抗拉强度 (ft) 与抗压强度之间的关系。由图可见, 劈裂抗拉强度随着抗压强度增大而提高。以前的研究表明[13,19], 劈裂抗拉强度与抗压强度可以用以下关系表示:
式中, ft—劈裂抗拉强度, MPa;
fbcy—抗压强度, MPa。
在文献[13,19]中, 劈裂抗拉强度与抗压强度关系分别表达为ft=0.23·f0cy.67和ft=0.358·f0cy.675。而在本研究中, 通过拟合 (相关系数达到0.98) , EPS混凝土劈裂抗拉强度与抗压强度关系为:
图8给出了聚丙烯纤维对基材强度为130MPa的EPS混凝土劈裂抗拉强度的影响。从图中可以看出, 聚丙烯纤维显著提高了EPS混凝土的劈裂抗拉强度, 对于给定粒径的EPS混凝土, 聚丙烯纤维对EPS混凝土劈裂抗拉强度提高的幅度随EPS体积掺量的增大而增大。而对于相同级配的EPS混凝土, 聚丙烯纤维对劈裂抗拉强度的提高幅度随着所掺加的EPS颗粒粒径的增大而降低。例如, 对于基材强度为130MPa, 表观密度为1800kg/m3的EPS混凝土, 在EPS颗粒粒径为1.0mm时, 掺聚丙烯纤维使劈裂抗拉强度提高了44%;而当EPS颗粒粒径分别为2.5mm和6.3 mm时, 掺聚丙烯纤维则使劈裂抗拉强度分别提高了40%和36%。
在进行劈裂抗拉强度测试时, 与普通混凝土不一样, 当EPS体积掺量较大时, 其破坏是逐步和缓慢的, 尤其是掺加了聚丙烯纤维的EPS混凝土, 其破坏过程具有良好的塑性。
3 结论
(1) 对于相同材料配比的EPS混凝土, 所掺加的EPS颗粒粒径越小, 其强度越高。而随EPS颗粒粒径减小而提高的抗压强度幅度随着EPS体积掺量的增大而增大, 即EPS混凝土表观密度较低时, EPS颗粒粒径对抗压强度的影响显著。
(2) EPS混凝土的抗压强度随表观密度的增大而增大, 即抗压强度随EPS体积掺量的增大而降低。而这种抗压强度随表观密度的增大而增大的幅度随着所配制的基材强度的提高而显得显著。
(3) 对相同表观密度和掺有相同颗粒粒径的EPS混凝土, 其归一化抗压强度随着所配制的基材强度增大而提高, 基材强度成为影响EPS混凝土抗压强度重要的因素。因此, 配制轻质高强EPS混凝土, 宜采用较高强度的基材。
(4) 对于相同配比的EPS轻质混凝土, 聚丙烯纤维能较大幅度地提高其抗压强度。对于采用低强基材配制的EPS轻质混凝土, 聚丙烯纤维对抗压强度提高幅度高于采用高强基材配制的EPS轻质混凝土, 这表明对于采用低强基材配制EPS混凝土宜掺加聚丙烯纤维进行增强, 在本研究中, 聚丙烯纤维最高可以提高EPS混凝土强度达到43%。
(5) EPS混凝土的劈裂抗拉强度随抗压强度提高而增大, 劈裂抗拉强度与抗压强度可以用ft=0.386·f0cy.6557进行描述。对于相同材料配比的EPS轻质混凝土, 聚丙烯纤维能显著提高其劈裂抗拉强度, 在本研究中, 掺加聚丙烯纤维的EPS混凝土其劈裂抗拉强度可提高44%。
摘要：通过试验探讨了EPS颗粒粒径、基材强度和聚丙烯纤维对EPS轻质混凝土强度的影响。试验结果表明, 对于相同配比条件下的EPS轻质混凝土, 掺加的EPS颗粒粒径越小, 其抗压强度越高;EPS体积掺量越高, EPS颗粒粒径对抗压强度的影响越显著。同时, EPS颗粒粒径对抗压强度影响的效果, 与所配制EPS轻质混凝土的基材强度有关, 基材强度越低, EPS颗粒粒径大小对抗压强度影响的效果越显著。此外, 掺加聚丙烯纤维能显著提高EPS混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度。
关键词：EPS混凝土,抗压强度,劈裂抗拉强度,聚丙烯纤维
EPS轻质路堤应用技术研究 篇2
EPS (Expanded Polystyrene, 发泡聚苯乙烯) 块体具有质轻、力学性能好、自立性好、施工简便、化学性能稳定等优良工程特性, 欧美、日本等发达国家已广泛用于代替填土修筑路堤, 并取得了许多成功的工程实例, 我国采用EPS轻质路堤作为一种新的软基处理方法仍处于起步阶段。
如图1所示, 典型EPS轻质路堤可以看作是由三块既独立又相互联系的部分组成:天然土基、EPS块体填料及其构造层以及路面结构。设计中应着眼于EPS超轻和自立性好的特点, 主要考虑EPS块体密度的选择、EPS路堤的抗浮验算、路堤边坡及下卧土基的稳定性验算等方面问题, EPS路堤上的路面结构设计与常规路堤上的路面结构设计方法相同。
2 钢筋混凝土板以及层间接触条件变化对沥青路面结构性能的影响
2.1 分析模型
本文选用双圆均布荷载作用下的多层弹性体系进行分析。轮载作用模式取《公路沥青路面设计规范 (JTJ014-97) 》所规定的“标准轴载计算参数”;分别考虑不计钢筋混凝土板、计入钢筋混凝土板且厚度变化的情况;分析模型中面层与基层之间为完全结合, 其余各层之间的结合条件采用摩阻参数α (α=0～1) 进行表征:α=0表示完全接触、α=1表示完全滑动, α=0.25、0.5、0.75分别对应部分接触程度良、中、差。路面计算弯沉取为l0, 面层、基层底面的最大拉应力分别为σ1max和σ2max、最大应变分别为ε1max和ε2max。分析模型如图2所示。
2.2 分析结果
分析结果如表1、表2所示, 结果表明:
(1) 在不计钢筋混凝土板作用时, 不同层间结合条件下路面计算弯沉值基本相等, 基层底面的拉应力和拉应变也相差无几, 但拉应力和拉应变的绝对值较大。
(2) 设置钢筋混凝土板最初的目的是为了能够起到调平、防止有害物质侵入EPS、提供路面结构的施工基面以及均匀扩散荷载的作用。尽管这是出于构造设计的角度, 但从表1、2可以看出, 对于同样的路面结构, 在路面结构设计中忽略钢筋混凝土板作用所得到的路表弯沉计算值比不忽略时得到的值高约50%～70%, 基层底面拉应力和拉应变更是远远高于后者。
(3) 考虑钢筋混凝土板作用时, 基层底面拉应力很小, 随着钢筋混凝土板厚度的增加, 尽管路表弯沉计算值有所减小, 但减幅不大, 同时面层底面拉应变略有增加、基层底面拉应变值略有减小, 但总体均变化不大。可见, 从经济角度而言, 在满足施工要求的前提下钢筋混凝土板可以取薄一些, 10cm是比较合适的厚度。
(4) 无论是计入还是忽略钢筋混凝土板的作用, 层间结合条件由完全结合变为部分结合 (程度中) 时, 沥青路面的各项结构性能变化均很小。
3 EPS路堤整体回弹模量取值
采用EPS块体代替路堤填土后进行路面结构设计时, 若将覆在EPS顶层上的钢筋混凝土板考虑为构造设计而将其忽略不计, 则计算出的基层层底拉应力偏小, 从而导致基层厚度的不必要增加。为此, 可通过等效原则将EPS顶层上覆钢筋混凝土板和EPS层合并成为一个整体后再采用弹性层状理论进行路面结构的设计, 从而达到安全、经济的目的。
由于弹性常数和厚度对各个应力或位移分量有不同程度的影响, 因而难以找到明确的换算关系, 可考虑采用路表弯沉及面层层底的弯拉应力为等效设计指标, 通过试算和对比分析来得到误差允许范围内 (一般取<5%) 的近似解, 计算图示如图3所示。
对于高速公路中常用的15cm沥青面层、40cm二灰碎石上、下基层的路面结构, 采用不同密度的国产EPS与不同厚度的钢筋混凝土板时得到的等效模量取值见表3, 等效的泊松比可近似为0.13。其它路面结构类型时等效模量的计算方法相同。
4 EPS块体密度的选取原则
不同密度的EPS块体具有不同的容许抗压强度。土质路基的强度, 主要表现在抵抗剪切变形的能力上, 而EPS路堤的强度则主要表现在抵抗压缩变形的能力上, 采用EPS块体修筑路堤时, 无须进行材料压实, 没有压实标准的要求。选择EPS块体密度的目的不是为了保护EPS材料自身而是为了限制路面的弯沉值。由于EPS块体呈现弹塑性特征, 为避免行车荷载作用产生塑性变形累积而间接导致路面弯沉, 作用于EPS块体顶面的上覆静载和轮载产生的竖向压应力之和应小于EPS块体的容许应力值 (材料达到最大弹性应变时所对应的应力值) 。
EPS路堤上覆静载在路基顶面产生的应力可按下式计算:
σj=∑γi·hi
式中:γi—EPS路堤上部各铺设层的容重, kN/m3;
hi—EPS路堤上部各铺设层的层厚, m。
为分析轮载对路基顶面竖向压应力的影响, 采用4种典型的沥青路面结构, 各结构层参数取值如表4所示。
面层、基层、钢筋混凝土板、EPS路堤和土基的泊松比分别取0.3、0.25、0.15、0.1、0.35。利用BISAR程序计算标准轴载作用下4种不同路面结构下钢筋混凝土板顶面的竖向应力, 其变化曲线如图4所示。
由图4可见, 当取钢筋混凝土板顶面竖向应力由100%降为5%时的变化范围作为轮载的影响范围时, 4种沥青路面结构的荷载扩散角θ≈40°～45°, 为简便起见, 假定沥青路面结构的荷载扩散角与混凝土板的荷载扩散角 (约45°) 近似相等, 显然这样是偏安全的, 从而轮载以45°斜线通过路面结构加钢筋混凝土板的厚度均布扩散到EPS块体顶面。于是从荷重扩散及平均压力的概念出发, 并参考日本规范推荐的公式[2], 可得到轮载在路基顶面产生的竖向压应力简化计算公式如下:
计算图示见图5, 式中:
σZ —轮载在路基顶面产生的竖向压应力 (kPa) ;
P —单侧轮载 (kN) ;
z —路面结构及钢筋混凝土板总厚 (m) ;
B、L—后轮 (按单轴双轮考虑) 着地宽度及长度 (m) , 取值参见表5;
θ—荷重分布角 (可近似取为45°) 。
5 结论
(1) EPS路堤上沥青路面结构的设计中忽略与不忽略钢筋混凝土板的作用时对于路面的各项结构性能影响较大, 但两种情况下钢筋混凝土板的厚度均可取薄一些, 从经济以及施工角度而言, 建议厚度取为10cm;两种情况下层间结合条件由完全结合变为部分结合 (程度中) 时, 沥青路面的各项结构性能变化均甚小。
(2) 以路表计算弯沉值和面层底面的弯拉应力为等效指标, 通过试算和对比分析可得到误差允许范围内EPS顶层上覆钢筋混凝土板和EPS路堤合并成为一个整体后的路堤等效回弹模量, 文中给出了部分路堤等效回弹模量的取值。
(3) EPS块体密度的选取原则为作用于EPS块体顶面的上覆静载和轮载产生的竖向压应力之和小于EPS块体的容许应力值 (材料达到最大弹性应变时所对应的应力值) , 文中给出了静载与轮载产生的竖向压应力计算公式。
参考文献
[1]BASF Corporation.Styropor foam as a lightweight constructionmaterial for road base-Course.[R].[S.L.]:BASFCorporation, 1993.
[2]发泡聚苯乙烯土木工法开发机构.EPS工法[M].东京:理工图书株氏会社, 1994.
EPS轻质混凝土 篇3
聚苯乙烯泡沫 (简称EPS) 是一种新型的路基填料, 由阻燃型聚苯乙烯颗粒发泡而成, 具有燃烧时的自灭性。EPS颗粒中有许多封闭的空腔, 所以其具有轻质、高强、化学稳定性及水稳定性。用来做路基轻质填料, 能较好地解决桥头和路堤相接处的差异沉降, 减少桥头的侧向压力和位移等问题。
EPS从1965年开始作为道路工程的轻质填料在瑞典、法国、加拿大、日本等国得到了广泛应用, 在国内的道路工程中也广泛地被应用于桥头台背回填的处理。
2 工程实例
南京南站双龙街D1标作为南京南站综合枢纽快速环线双龙街立交工程的子项, 施工内容主要包括:宁溧路主线部分路基改造、宁溧路东侧隧道、匝道及绕城公路集散车道。该工程在宁溧路桥头段的路基处理设计上采用了EPS块体填筑。
宁溧路路基改造范围为双龙街立交至卡子门高架桥头处, 桩号范围K1+919.055~K3+023.12。该桥头段路基工程位于宁溧路主线两侧下穿隧道的中间, 地基有淤泥质土夹层, 较软弱;宁溧路两侧下穿隧道未开挖, 基坑深度10 m左右, , 路路基基桥桥头头路路段段填填筑筑5 m左右, 高差近15 m。由于宁溧路主线处于南京市区主要交通要道上, 交通流量大、施工场地狭窄, 结合现场条件需先完成桥头段路基填筑, 宁溧路主线路基工程通车后再进行两侧的下穿隧道施工, 为此该段路基采用了EPS轻质填料填筑。
3 EPS材料特点
EPS标准块尺寸为300 cm (长) ×123 cm (宽) ×63 cm (高) , 抗压强度是EPS作为路堤轻质填料的重要指标, 规范规定桥头等部位强度不低于250 k Pa[1]。它作为路基填料的优点是:材料质量轻, 仅为压实土方的1/70~1/100;耐久性好、自立性好, 对附近结构物的侧向推力很小。
EPS块体施工采用人工铺设, 不需要大型机械, 施工速度快, 非常简单方便, 因此EPS是一种性能优良的路基轻质填料。EPS的市场价格:普通型 (100 k Pa) 约为350元/m3、加强型 (250 k Pa) 约为800元/m3。
4 EPS轻质路堤施工
EPS路堤的施工程序为:施工放样→5%石灰土下承层→铺砂砾 (碎石) 垫层→粗砂调平层→EPS块体铺砌→布设联结件和灌缝→浇筑钢筋混凝土压板[2]。
4.1 材料准备
施工前至少提前3个星期按照设计要求与厂家定制EPS块体, EPS材料受阳光照射会老化且风易吹倒;再加上EPS块体较大且脆, 可能会产生凹陷和边角的损坏;材料还具有一定吸水性, 虽然不会改变强度, 但会增加其重量。所以, EPS在材料运输、存放和铺砌时要注意保护, 存放地最好能防晒、防雨和防风, 并尽可能在较短时间内施工。
4.2 施工准备
平整场地和施工放样, 检查基底标高和平面尺寸是否满足设计要求, 5%石灰土下承层、30 cm砂砾石或碎石排水层、20 cm粗砂调平按照设计依次施工。受场地限制在EPS填筑前, 在距坡脚1 m处开挖60 cm深排水沟, 以排除路基范围积水。
4.3 块体铺砌
EPS块体铺设有以下几点要求:1) 干燥路面;2) 禁止机械设备在块体上碾压;3) 避免错搭;4) 可根据实际尺寸进行切割, 且高度不得小于标准块的一半[3]。
宁溧路桥头段一般路基填筑部位采用普通型EPS块体 (抗压强度不小于100 k Pa) ;EPS路堤结构形式如图1所示, 横向纵向施工按照图纸要求, 与土接触的部分梯形铺设, 且要求混凝土浇筑部分向填土方向延伸1 m~2 m。
EPS轻质填料铺设采用人工铺筑, 块体自下而上逐层错缝铺设。宁溧路桥头段路基工程路面宽度为28 m, EPS轻质填料填筑长度104 m, 高度约3 m, 整个EPS路堤铺筑进度很快, 大约4 d就完成了铺砌施工。
4.4 块体之间联结和灌缝
EPS块体之间的联结要求如下:1) 缝隙大小与错台符合缝隙大小不大于20 mm, 错台不大于10 mm;2) 缝隙要充分填塞;3) EPS块体之间采用爪钉联结, 形式如图2所示;4) EPS块体与路基及土基之间采用L形联结, 且深度不小于20 cm。
4.5 浇筑顶层钢筋混凝土压板
在最上一层EPS块体铺砌好后, 在其顶层现浇一层15 cm厚的C30钢筋混凝土压板。宁溧路路基改造工程由于工期紧, 为缩短工期采用了早强水泥 (3 d抗压强度为22 MPa) 。
现浇钢筋混凝土压板目的是为了使EPS块体形成一个良好的整体, 提高路面的使用性能。它的主要作用:调整EPS块体铺设时所形成的错台和不平整, 提高EPS路堤的整体强度;减少有害物质的侵害。
5 EPS在桥头段路基的应用效果
EPS轻质填料施工的关键技术在于产品的各项性能经检测要严格符合设计要求, 在施工中严格控制平整度及块体缝隙, 施工完成后设立观测点进行长期监测。从该项目的监测数据反映, 自2010年5月1日南京南站双龙街立交宁溧路主线改造工程建成通车后, 在南京南站双龙街D1标开挖隧道施工期间, 该段路基对隧道围护结构的侧压力引起的变形与该段路基坡底的路基变形曲线一致, 没有增加明显变形量, 且都在允许范围内。经观测, 宁溧路路基桥头段的台背压力、地基沉降和桥头道路表面状况, 其路基沉降在下穿隧道施工结束后就趋于稳定, 在近两年的运行中未出现继续沉降, 也未发现路面病害, EPS桥头路堤及路面结构层的运行质量良好。
这说明EPS作为桥头段路基填料具有很好的土工性能和稳定性, 采用EPS轻质填料作为路基填料, 对于施工场地狭窄、交通量大的扩建公路工程, 减小了高拓宽时引起的地基变形, 以及对原有的宁溧路主线道路、宁溧路双侧隧道等建筑物的影响。
6 应用前景
上述工程实例证明, EPS可以减少软基的沉降, 减少路基的差异沉降以及减少桥台的侧向压力和位移。在软基和有场地限制的桥头段路基工程上使用EPS是可行的, 在国内具有较好的应用前景。
作为超轻质路基填料, EPS造价高的问题仍需解决, 其在道路荷载的长期作用下的应用效果仍需要进行观测, 收集更多有价值的数据, 为轻质填料发展提供可靠依据。
摘要：介绍了聚苯乙烯泡沫 (EPS) 的材料特点, 并结合工程实例, 从材料准备、块体铺砌、块体之间联结和灌缝、浇筑顶层钢筋混凝土压板等方面阐述了EPS轻质路堤的施工技术, 实践证明了EPS在桥头段路基的应用效果良好, 前景广阔。
关键词：EPS轻质填料,材料,路基,块体
参考文献
[1]JTG F10—2006, 公路路基施工技术规范[S].
[2]沈寿材.EPS轻质填料在软基桥台引道中的应用[J].闽西职业技术学院学报, 2006 (3) :109-112.
EPS轻质混凝土 篇4
EPS颗粒混合轻质土是将EPS泡沫颗粒或者碎片和原材料通过水泥等固化剂掺水充分拌和均匀之后, 经过固化作用形成的一种改性土[1]。EPS颗粒混合轻质土具有自重小、强度大、压缩性小、工程成本低等特点。在高速公路软土路基中的应用可以有效的减小路堤的自重, 提高路堤的稳定性, 从而起到降低软土路基沉降的目的, 因此具有非常广泛的应用前景。一般情况下EPS颗粒混合轻质土主要是在结构物台背回填、公路拓宽工程等工程中进行应用。通常可以采用砂砾、石屑、黏土等作为EPS颗粒混合轻质土的原料土。
2 工程概况
本工程为某一高速公路第02 合同段。该路段的总长度为856.34m。在该合同段内的某路段采用EPS颗粒混合轻质土路基。该路基长150.9m, 宽33.5m。填方工程的最高处4.5m, 最低处3.5m。
3 EPS颗粒混合轻质土配合比设计
在进行EPS颗粒混合轻质土配合比设计时, 应按照如表1 所示技术指标要求进行设计。
3.1 原材料要求
EPS颗粒:采用阻燃型发泡聚苯乙烯球粒, 粒径控制在3~5mm之间, 密度控制在15~20kg/m3之间。固化剂:采用硅酸盐水泥, 其强度等级为42.5MPa。水泥的初凝时间在3h以上, 终凝时间在6h以上。水泥:采用饮用水即可。原料土:采用工程所在地区可以取到的粉砂土。
3.2 施工机械
如表2 所示为本工程的施工机械配置。
3.3 混合料的设计
本工程的EPS颗粒与原料土之间的配比为55%∶45%, 水泥掺量为8%。压路机碾压2 遍、4 遍采用PC200 挖掘机铲斗拍实施工时, 路基的各项技术指标均能满足相关的设计和规范要求。
4 EPS颗粒混合轻质土施工技术
4.1 施工准备
1) 根据工程的具体情况编制施工计划, 并做好施工材料和机具设备的准备。施工场地应做好处理应确保混合轻质土施工的顺利。
2) 在进行EPS颗粒的装卸和运输过程中, 应采用袋装的方式[2]。对于袋子的质量应事先做好检查, 确保牢固。在进行EPS颗粒的存储时, 一般应放置在低洼或者避风处, 必要时可以采用加罩措施, 以确保材料的安全。
3) 路基应做好排水措施, 避免水位上升到路基填筑层。
4) 在混合料正常拌和施工之前, 应先对各种机械设备进行调试, 确保施工机械处于良好的运行状态。
4.2 工艺流程
在本工程中进行EPS颗粒混合轻质土路堤的施工。其具体的施工工艺流程如图1 所示。
4.3 施工技术
1) 拌和。在本工程中进行EPS颗粒混合轻质土的拌和施工采用的是集中拌和的方式, 所采用的机械设备为1 台300t/h连续式稳定土拌和机。混合料的拌和生产应确保连续进行。为了有效的确保整体养生, EPS颗粒混合轻质土的施工间隔时间应尽量缩短。在EPS颗粒混合轻质土的拌和施工中, 应根据生产配合比进行部分原材料加水制浆, 并和EPS颗粒一起装入到搅拌器中进行充分的拌和, 从而确保泥浆均匀的裹覆在EPS颗粒的表面, 最后将剩余的土体和水泥称量装入到搅拌器中[3]。开动搅拌机直至混合料充分的拌和均匀。一般情况下拌和施工之前应根据拌和试验以确保具体的拌和时间。
2) 运输。当EPS颗粒混合轻质土拌和均匀之后, 即可采用自卸汽车将其运输到施工现场进行摊铺碾压施工。在运输施工过程中, 为了避免出现EPS颗粒分散的问题, 应在车辆上覆盖一层篷布, 同时应尽量减短混合料的运输时间。
3) 摊铺施工。在本工程中进行EPS颗粒混合轻质土的摊铺施工所采用的机械设备为1 台PC200 挖掘机。EPS颗粒混合轻质土的摊铺采用分层摊铺的方式, 每层的压实厚度应控制在40~50cm之间。
4) 压实。EPS颗粒混合轻质土摊铺施工完成之后, 即可采用1 台PC200 挖机铲斗对其进行拍实。为了避免EPS颗粒出现大量压缩或者压扁的问题, 不宜过度压实, 以压紧为度。
5) 养护。在本工程中进行EPS颗粒混合轻质土的施工一般不得连续施工3 层以上。EPS颗粒混合轻质土的养护时间应控制在7d以上。当每层EPS颗粒混合轻质土施工完成之后应及时对其压实度进行检验。当EPS颗粒混合轻质土路基全部填筑施工完成之后, 应再次整体进行养护, 养护时间则控制在30d以上。在养护期间, 应在EPS颗粒混合轻质土上覆盖一层土工布, 这样可以有效的避免EPS颗粒混合轻质土出现水分蒸发的问题, 同时可以根据土质含水量适当的喷洒一些水分。如果遇到下雨的天气, 应采用相应的措施避免EPS颗粒混合轻质土被雨水冲刷。在养护完成之后, 应对EPS颗粒混合轻质土的容重和7d无侧限抗压强度进行检测, 满足相关要求之后方可进行下一次轻质土的铺设施工。
6) 在EPS颗粒混合轻质土路基施工完成之后, 为了确保哦满足长期防变质的要求, 应按照设计坡率的要求在路堤的两侧设置黏土包边[4]。一般情况下包边土的宽度应控制在100cm。包边土作为路基横断面的组成部分, 应将其压实度控制在93%以上, 因此, 需要采用小型机具对包边土进行夯实处理。
5 应用效果
在本工程的EPS颗粒混合轻质土路堤填筑施工完成6 个月之后, 对其沉降进行观测, 路堤基本没有产生沉降。在施工现场对路堤的7d无侧限抗压强度和干容重进行测量, 抗压强度平均值为0.84MPa, 干容重平均值为1.01k N/m3, EPS颗粒混合轻质土路堤的各项技术指标均能满足设计的要求。
根据设计的要求, 当EPS颗粒混合轻质土填筑施工达到路床顶标高以下30m时需要对其顶面的弯沉进行检测。根据检测的结果需要在EPS颗粒混合轻质土路堤的顶面设置一层强度过渡层, 其厚度控制在30cm, 通过过渡层的设置可以有效的满足路面结构的要求。一般情况下过渡层可以采用的材料包括混凝土、水泥稳定土等, 具体的材料成分应根据EPS颗粒混合轻质土路堤的施工效果进行确定。
将对EPS颗粒混合轻质土路堤弯沉的检测结果列于表3中。从表中可以看出, 本工程采用EPS颗粒混合轻质土进行路堤的施工取得了良好的施工效果。
6 结语
从以往工程实践效果表明, EPS颗粒混合轻质土具有自重小、强度大、压缩性小、工程成本低等优势, 其应用可以有效提高路堤的稳定性, 降低软土路基沉降。从本工程实施效果表明, 在本工程的EPS颗粒混合轻质土路堤填筑施工完成6 个月之后, 对其沉降进行观测, 路堤基本没有产生沉降, EPS颗粒混合轻质土路堤的各项技术指标均能满足设计的要求。
参考文献
[1]顾建武.EPS颗粒混合轻质土在高速公路的应用[J].建设科技, 2013 (1) :84-85.
[2]柳崇敏.EPS颗粒混合轻质土技术在钱江通道南接线工程中的应用[J].交通标准化, 2014 (5) :54-56.
[3]顾建武, 缪林昌, 薛翔.EPS颗粒混合轻质土的路用性能试验研究[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2013 (4) :68-70.