EPS復合輕骨料混凝土初探

唐兵，程從密，高偉

（1.廣州市長興混凝土有限公司，廣州 510385 ； 2. 廣州大學土木工程學院， 廣州 510385）

0 引言

無機輕骨料（如陶粒等）混凝土已廣泛應用于保溫隔熱工程、結構加層以及非承重和承重結構構件，前者為改善建筑功能(保溫隔熱和耐火等)，后者以減輕結構自重、提高結構抗震性能為目的，優(yōu)化結構設計，節(jié)約材料、提高施工效率。無機輕骨料混凝土的生產(chǎn)和應用技術發(fā)展較快，主要向輕質(zhì)、高強的方向發(fā)展。輕珠混凝土是以發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）顆粒為輕集料，取代混凝土中部分或全部砂、石集料，配制成的干表觀密度不大于1850kg/m3的輕質(zhì)混凝土，又稱EPS輕集料混凝土。以有機EPS為骨料的輕珠混凝土可減輕混凝土自重，減少資源消耗，也能滿足建筑保溫隔熱的節(jié)能要求,現(xiàn)已大量應用于保溫隔熱工程、墻體、組合結構、水上漂浮結構、結構抗沖擊保護層等有輕質(zhì)要求的混凝土工程。密度在1400到2100kg/m3時，EPS輕集料混凝土強度可達13 ～40 MPa[3]。廣東省標準《輕珠混凝土規(guī)程》DBJ 15-62-2008的制定為EPS輕珠混凝土設計及應用提供了依據(jù)（《輕骨料混凝土技術規(guī)程》JGJ51-2002僅適用于無機輕骨料）。

普通碎石表觀密度為2600kg/m3，對應普通混凝土表觀密度為2300～2400kg/m3，EPS的表觀密度為7kg/m3，在混凝土中的重量可忽略不計，而常用的結構陶粒表觀密度通常大于1000kg/m3，由于輕骨料的密度不同，以陶粒為骨料的結構輕骨料混凝土表觀密度大于1400 kg/m3，而以EPS為骨料的輕珠混凝土表觀密度可小至400 kg/m3，因此，本試驗將普通碎石與兩種輕骨料進行復合設計，以期平衡輕骨料混凝土強度與表觀密度，獲得最佳性能的混凝土。

1 試驗材料

陶粒：粘土陶粒，結構陶粒，廣州華穗陶粒制品有限公司生產(chǎn)；

EPS：廣州生產(chǎn)；

陶粒、EPS具體性能指標見表1。

表1 輕骨料性能指標

水泥：石井P·O42.5R普通硅酸鹽水泥，3d/28d抗折強度為6.9 MPa /9.2MPa，3d/28d抗壓強度33.1MPa /50.9MPa；

砂：西江河砂，中砂，細度模數(shù)2.4，表觀密度2610kg/m3；

石：花崗巖碎石，5～10mm；表觀密度2620kg/m3；

外加劑：萘系緩凝高效減水劑。

2 試驗設計

2.1 配合比

EPS混凝土配合比參照《輕珠混凝土規(guī)程》DBJ15-62-2008，陶粒混凝土配合比參照《輕骨料混凝土技術規(guī)程》JGJ51-2002。設計混凝土表觀密度1200～2100kg/m3，固定水灰比及砂漿體積，粗骨料保持基本一致的體積，調(diào)整外加劑用量保證坍落度基本相同。

2.2 攪拌及成型

混凝土攪拌使用單臥軸強制攪拌機，參照《輕珠混凝土規(guī)程》DBJ15-62-2008，采用骨料裹漿法，工藝如下：

混凝土成型參照《輕珠混凝土規(guī)程》DBJ15-62-2008，采用振動加插搗抹壓成型試件，防止輕集料上浮分層；使用100mm×100mm×100mm試模。

2.3 檢測方法

混凝土拌合物性能（坍落度、表觀密度）檢測按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002，參考《輕珠混凝土規(guī)程》DBJ15-62-2008進行。

混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2002進行。

3 結果與分析

固定水灰比和砂漿量，以全碎石為基準，對比EPS與陶粒混凝土，并設計部分碎石復合等體積陶粒和EPS。試驗配合比見表2，結果見表3。

表2 EPS、陶粒復合混凝土配合比

表3 EPS、陶粒復合混凝土試驗結果

3.1 和易性

輕骨料混凝土的勻質(zhì)性直接影響其力學性。由于輕骨料與砂漿和碎石的密度差距較大，并且EPS具有憎水性，所以配合比設計、攪拌工藝、成型方法對輕骨料混凝土的和易性及勻質(zhì)性都有較大影響；采用較低水灰比、適宜的砂膠比，增加漿體稠度，減小輕骨料粒徑、改善顆粒級配等均可改善輕骨料混凝土的和易性及勻質(zhì)性[4]。通過觀察，本試驗采用的配合比及攪拌、成型工藝能很好的控制輕骨料混凝土的勻質(zhì)性。見圖2：S21-2、S25-1、S25-2、S25-3剖面圖。

圖2 剖面圖

3.2 力學性能

通常，結構工程師希望的材料是較高的強度下具有盡可能低的自重（表觀密度），為此引入強度密度比，即強度與表觀密度的比值，為無量綱常數(shù)，強度密度比=1000×強度（MPa）/表觀密度（kg/m3）。理論上強度密度比越大，材料越優(yōu)。

表3試驗結果顯示，以全碎石為基準，對比全EPS（S20-6）與全陶粒混凝土（S21-2），相對表觀密度分別為51.9%和72.6%；相對抗壓強度分別為7.3 MPa和25.2 MPa；相對劈裂抗拉強度分別為27.5%和66.2%；EPS混凝土無力學優(yōu)勢。這從強度密度比更易看出，抗壓、抗拉基本都相差一個數(shù)量級。

對比碎石與EPS（S25-3）、碎石與陶粒（S25-1）、及碎石與EPS和陶粒（S25-2），如圖3所示，將EPS與碎石或陶粒復合后，抗壓強度密度比有顯著提高，抗拉強度密度比也有較大提高。對于本試驗的陶粒而言，與碎石復合后28d抗壓強度由25.2 MPa 增加到30.4 MPa，提高了一個等級，抗壓強度密度比基本相當。總體而言，表觀密度、抗壓強度及抗拉強度有相同的變化趨勢；對復合粗骨料，相對抗壓強度、抗壓強度密度比變化較大，抗拉強度密度比變化較小，除基準S20-1外，拉壓比變化也較小。對于抗拉強度密度比，碎石與EPS和陶粒復合的S25-2為1.5,有一定優(yōu)勢。全EPS混凝土（S20-6）的拉壓比最大，為0.14。

5 結語

1）采用較低水灰比、適宜的砂膠比及骨料裹漿法攪拌工藝可以制備出和易性、勻質(zhì)性較好的輕骨料混凝土。

2）EPS通過與碎石或陶粒復合后，抗壓、抗拉強度，強度密度比有顯著提高，混凝土力學性能有很大改善。

3）對于輕骨料混凝土，全陶粒和碎石、陶粒復合的混凝土抗壓強度密度比較大，具有較好的力學性能。

4）總體而言，輕骨料混凝土及基準混凝土試驗組的表觀密度、抗壓強度及抗拉強度有基本相同的變化趨勢，與理論一致。

5）試驗組混凝土的相對抗壓強度、抗壓強度密度比變化較大，抗拉強度密度比、拉壓比變化較小。對于抗拉強度密度比，碎石與EPS和陶粒復合有一定優(yōu)勢，全EPS混凝土的拉壓比最大。

[1]DBJ 15-62-2008輕珠混凝土規(guī)程[S]

[2]JGJ51-2002輕骨料混凝土技術規(guī)程[S]

[3]W.C. Tang , Y. Lo, A. Nadeem. Mechanical and drying shrinkage properties of structural-graded polystyrene aggregate concrete[J]. Cement & Concrete Composites 30(2008) 403–409.

[4]程從密,張傳鎂,焦楚杰等.EPS輕集料混凝土研究進展[J]. 廣東建材 , 2009（1）