高强EPS泡沫混凝土制备与强度的影响分析

高强 EPS 泡沫混凝土制备与强度的影响分析

刘春娥，陶鑫 赵泊锋 李亚飞

黑龙江工业学院 158100 北京京能建设集团有限公司 102300 中交（天津）轨道交通工程建设有限公司 300060

摘要：泡沫混凝土是近年来广泛研究和应用的高性能结构保温材料，不仅轻质，而且具有保温、耐火、隔音等优异性能，广泛用于制备路基回填材料、隔音材料及保温砌块材料等。现在国内外关于泡沫混凝土强度的研究有很多，但现有论文关于更高强度的泡沫混凝土大都处于8~15MPa；对于一些应用强度有国家规范要求的特殊环境（如海水环境等），则相关研究较少。因此，研制一种能达到20MPa，满足特殊环境使用的泡沫混凝土技术至关重要。

关键词：高强泡沫；EPS；强度

一、试验设计

本文实验采用的泡沫颗粒为市面上常见的3~5mmEPS塑料颗粒，堆积密度为20kg/m3；采用的骨料为浙江舟山出产、表观密度为2615kg/m3的普通碎石骨料及细度模数为1.95、表观密度为2606kg/m3的普通河砂；选用的水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥，密度3.1g/cm3,比表面积365kg/m3,28d抗压强度49.2MPa。

水胶比是影响强度的重要因素。水泥完全水化时水胶比在0.38。根据本组试验前期测试，胶凝材料完全水化且泡沫颗粒均匀分布最佳水胶比在0.38~0.4。粉煤灰作为掺合料，其微骨料效应增强了其与水泥间级配，综合现有研究，粉煤灰掺量在10%、20%时，其强度随掺量的增加而提升。

二、试验的结果与分析

EPS混凝土试样标准养护方法：（1）1d拆模后标准养护至28d；（2）压力试验机对试件强度进行测试。EPS混凝土抗压强度测试：试件尺寸为100mm×100mm×100mm，每组测三个试件，取计算结果平均值。

（一）泡沫掺量对试件强度的影响

1、孔隙率对试件强度的影响

由于泡沫在实际拌合中具有不均匀分布性，为了进一步对内部孔隙情况研究，我们对混凝土试件进行切割及剖面孔隙分析。通过选用套索工具进行对试块的剖面进行图像处理和基点数据分析，我们推测并假设其孔隙率与强度之间是线性关系，ax+b=p（x为孔隙率，p为强度），并绘出方程p=-1.0325x+38.778的图像。其孔隙率与强度是呈线性关系的成因,我们推测这与混凝土本身的特性有关，若混凝土越密实，其内部所存在的孔隙越少，其强度也就越大；反之亦然。

2、泡沫体积比和试件强度的关系

此EPS泡沫颗粒体积比对试件强度的配合方案A、B和C的折线趋势都是先增大后减小的，每一段折线都存在着一个峰值，每一个峰值都处于同一组EPS泡沫颗粒体积比。这都是因为EPS泡沫颗粒的低强度的特性，不仅占据了试件内部的空间，还直接影响了试件强度。但影响的范围存在着一个区间，在一定范围内，可使试件强度增加，也会使试件强度减少。由此可以推断出最适合试件的EPS泡沫颗粒体积比为20%。

（二）骨料砂率和占比对试件强度的影响

除了泡沫掺量，根据试验结果进一步研究骨料对强度影响的情况，可以更好地了解原料中是哪种因素对强度的影响更显著。下面将从骨料的砂率和骨料掺量对数据进行分析。

1、不同砂率和试件强度的关系

在保持泡沫比不变的条件下，随着试件砂率的不断增加，试件的抗压强度也大幅度增长，这是因为随着砂子用量的增加，试件内部的更多空隙得到填充，颗粒级配趋于合理，使其强度明显增大。并且由于其试件的EPS泡沫颗粒体积比的不同，其抗压强度也差之甚远。通过对其斜率的分析，我们可以得出结论：对试件抗压强度的影响，EPS泡沫颗粒体积比大于试件砂率。

2、骨料掺量占比对试件强度的影响

随着骨料的不断增加，试件的强度在不同泡沫体积比下都得到大幅增长，这是因为骨料作为承载外力的核心，随着混凝土中骨料增加，其骨架作用进一步提升，使得强度明显增加。通过对其斜率的分析，我们可以得出结论：对试件抗压强度的影响，EPS泡沫颗粒体积比大于骨料掺量；同时，骨料砂率对试件强度影响比骨料占比影响程度大。

（三）不同试件强度影响因素的总结

通过数据的比较我们可以发现，当EPS泡沫颗粒的体积比不同时，其抗压强度几乎呈二项分布；当砂率相同时，其抗压强度也几乎呈二项分布。另外，对实验结果进行进一步分析可知，影响砌块抗压强度的主要因素是EPS泡沫颗粒物的含量，其次是骨料中细骨料的用量（即砂率）。在实验中，水泥的重要性也不可忽视，在对于砌块进行搅拌时，水泥可以将EPS泡沫颗粒与原土充分连接在一起，产生水化作用，水泥的按照再生骨料混凝土设计规程设计的混凝土试件与按照普通混凝土设计规程设计的混凝土试件的劈裂抗拉强度的差别，与设计时该试件的强度设计值有关。当强度设计为C30时，按照再生骨料混凝土设计规程设计的混凝土劈裂抗拉强度会低于按普通混凝土设计规程设计的混凝土；而当强度设计为C50时，按照再生骨料混凝土设计规程设计的混凝土劈裂抗拉强度会高于按照普通混凝土设计规程设计的混凝土。由此可见，在设计强度低时，通过再生骨料混凝土设计规程来优化其配合比，从而提高其劈裂抗拉强度的效果不佳；但当设计强度较高时，通过再生骨料混凝土设计规程来优化其配合比，可以较好地提高再生混凝土的劈裂抗拉强度。

三、结束语

通过以上实验表明，采用再生混凝土与普通混凝土设计规程设计的再生骨料混凝土在强度方面有差异，我们对这些差异进行比对，可以得出以下结论：

（一）劈裂抗拉强度方面，在采用再生混凝土设计规程优化再生混凝土配合比的前提下，劈裂抗拉强度表现出的变化在设计强度较高时，可以明显提高再生混凝土的劈裂抗拉强度；而较低设计强度时则效果不佳。

（二）抗压强度方面,在采用再生混凝土设计规程优化再生混凝土配合比的前提下，整体相较于普通混凝土设计规程得到的混凝土抗压强度有所提升。且提升效果随设计强度增加而提高。

（三）在工程设计中，如果工程中采用的是再生骨料混凝土且设计强度较高时，推荐使用再生骨料混凝土设计规程来优化再生骨料混凝土的配合比，使施工得到的结构满足合格的强度要求。

参考文献：

［1］郑小鸣.土木工程材料［M］.北京：化学工业出版社，2019.

［2］张孝瑜.建筑废弃物再利用综述［J］.科技风，2021（02）：96-97.

［3］梁娟荣.再生混凝土骨料强化方法研究进展［J］.混凝土与水泥制品，2019（22）：57-51.

注：本项目依托于《2021年度黑龙江省省属本科科研业务费专项基金项目:高强泡沫混凝土性能的研究》