再生EPS 輕質混合土環境與經濟效益分析

張浩軍 王修山 凡濤濤

(1.浙江滬杭甬高速公路股份有限公司，浙江杭州 310007;2.浙江理工大學建筑工程學院，浙江杭州 310018)

0 引言

輕質混合土是一種由原料土、輕質材料、固化劑和水混合而成的新型輕質填土材料［1］。原料土除可使用標準砂外，也可利用黏性土、疏浚淤泥以及工程棄土等;輕質材料不僅可以采用發泡劑和發泡聚苯乙烯顆粒，也可以將形狀為碎粒、球粒、碎片的泡沫塑料或者廢棄的輪胎粒子加以利用［2］;固化劑一般使用水泥，出于在減少工業廢料的同時又可提高混合土強度的目的，水泥中也可加入生石灰、粉煤灰、廢石膏等;為調節混凝土流動性，加速固化劑的固化，水應使用潔凈的自來水或江河水［3，4］。

再生EPS輕質混合土主要通過將水泥、廢棄土、EPS顆粒、粉煤灰等外摻劑和水按一定比例混合而成。其主要成分EPS再生顆粒由經泡沫粉碎機破碎的泡沫組成，泡沫來源可通過廢舊泡沫回收，通過廢物利用，不僅能夠節約能源，同時有效減少了泡沫及塑料垃圾的填埋量，具有明顯的經濟效益。此外將泡沫加工成廢舊EPS顆粒膠結型塊，利用其導熱系數低的特性，可以充分發揮其隔聲、保溫、隔熱等性能優勢［5］。

隨著我國工業發展速度的不斷提高，工業廢氣的排放量也在日漸增加，排入大氣中的廢氣中含有大量的粉煤灰、粉塵等有害物質，造成霧霾、大氣污染等環境問題。粉煤灰是燃煤電廠在燃煤過程中排放廢氣廢煙中的一種呈玻璃體的顆粒細灰，屬于排放到大氣中的主要固體廢物，然而根據研究粉煤灰顆粒具有表面光滑、致密的優點，作為外摻劑添加到輕質混合土中后，可以在一定程度上改善土體路用性能。

1 再生EPS輕質混合土配合比設計

研究采用了再生EPS顆粒、普通32.5硅酸鹽水泥、自來水、工程現場用土和路用粉煤灰。根據室內生產配合比設計和試驗段施工情況，確定施工配合比:42%含水量(含水量指水與所有其他材料的質量百分比)，13%水泥(水泥用量為水泥與其他固體材料的質量百分比)，45%粉煤灰(粉煤灰用量為粉煤灰與土和粉煤灰總質量的質量百分比)，45%EPS(EPS用量為EPS與混合土中所有固體材料的體積百分比)。對拌制的再生EPS輕質混合土進行無側限抗壓強度試驗，結果分別在350 kPa和600 kPa以上，完全符合高速公路對路堤填料強度的要求。每立方米再生EPS輕質混合土的各材料用量配合比可通過換算得到，如表1所示。

表1 每立方米輕質混合土材料用量 kg

2 EPS材料的環境友好性分析

2.1 節約資源

1)土地資源。

公路工程建設中路基工程量往往很大，一般來講微丘陵區和山嶺重丘區三級公路的土石方填挖量分別達8 000 m3/km～16 000 m3/km和20 000 m3/km～60 000 m3/km，高等級公路則工程量更大［6］，而平原地區的高等級公路路基工程主要是填土高度，一般的高速公路的填土高度在3 m左右。

我國正處在經濟快速發展時期，很多土建工程和高速公路項目亟需建設，考慮到人口密度較大，土地資源有限的實際問題，使用再生EPS材料作為路堤填料將極大的降低土地資源的浪費。

2)石油資源。

用于公路工程中的EPS材料是一種密度較小的發泡塑料，這種材料的98%是空氣，其密度為15 kg/m3～30 kg/m3［7］。單位體積的原料用料很少，能較大程度的節省石油資源。

EPS材料性能較為穩定，耐久性良好。挪威曾對EPS材料在土中的耐久性進行長期觀測，結果表明EPS材料在12年后沉降趨于穩定，累積沉降量為80 mm，通過壓縮試驗測得其強度減小細微，幾乎等于施工時的材料抗壓強度。

EPS材料穩定的性能延長了其使用壽命。有別于其他有利于環保的一般可降解材料，工程材料要求具有穩定的性能，以提高材料在使用周期內的使用效率，因此也可認為減少了EPS材料的用量，即節省了石油等原材料資源［7］。

2.2 環境污染小

EPS泡沫塑料在生產過程中是通過水蒸汽加熱，冷卻水回用，因此采用乙烯和苯制造苯乙烯EPS顆粒的過程中并不存在排污標準不達標的問題。由于使用戊烷等發泡劑作為主要添加劑，使得EPS材料在生產制造過程中會有少量的戊烷氣體釋放出來，同時在電熱絲切割時也會有少量的苯乙烯和發泡劑產生，但是這些氣體并不會對臭氧層造成酸化、富營養化甚至破壞等環境問題，而EPS顆粒的再生更不會存在上述環境問題。

2.3 健康危害小

一方面，EPS在生產實踐中的大量生產、加工不會出現危害人體健康的現象;另一方面，EPS材料作為路堤填料時施工環境、操作條件對施工人員較為安全。再生EPS材料加工方便快捷，可按工程需要的大小重量隨意裝袋;由于材料密度小質量輕，可采用人工進行搬運。相對于其他路堤填料，EPS路堤在施工時無需大型機械，施工產生的噪聲和振動也較小。因此，再生EPS材料在生產和施工過程中對職業健康的影響都較小。

3 EPS輕質路堤的經濟性分析

針對橋頭軟土地基的問題，常采用的方法為水泥粉噴樁和排水板固結兩種。本文對這三種處理方法的經濟性進行討論分析，對于EPS輕質路堤，其造價主要由路堤填筑高度決定，填筑高度越高，所需要的EPS量越多，工程造價就越高;對于水泥粉噴樁處理方法，其造價主要由軟基深度決定，軟基厚度越大，所需樁長就越長，工程造價越高［8，9］，塑料板排水法是淤泥、淤質土、沖填土等飽和粘性及雜填土運用排水固結法進行軟基處理的良好垂直通道，軟基越深，造價越高，主要用于超軟弱地基處治［10，11］。

3.1 平均造價對比

表2為國內某工程采用三種不同處理方法對軟基進行處理時的造價對比結果。

表2 三種處理方法造價對比表

3.2 造價對比分析

從表2可以看出，采用水泥粉噴樁的造價最高，EPS輕質路堤次之，排水板最少。以每平方千米所需費用比較:水泥粉噴樁的費用比排水板(含預壓費)高2.8倍～4.6倍;EPS輕質路堤比排水板(含預壓費)高2.2倍～3.6倍。同時，采用EPS輕質混合土進行路基處理所需工期僅為2個月，大大縮短工程工期，降低工程成本。

EPS輕質混合土填筑深厚軟基上路橋過渡段，尤其是填筑高度不超過4 m的情況，能有效的處治橋頭跳車等工程病害。EPS輕質路堤不僅具有工期短的優點，同時又能減少后期的維修養護費用，具有明顯的經濟效益。

4 結語

在軟土地基的處治中，用再生EPS輕質混合土填筑路堤極具優勢。

1)將再生EPS輕質混合土用于軟基路堤中，由于輕質材料的加入，使得填料密度較小，并可在一定范圍內對密度實施調整，從而減輕構筑(造)物、地基的自重荷載以及地震作用下結構的慣性力。另外水泥作為材料的固化劑，硬化成型速度較快，能有效的縮短工期。

2)再生EPS輕質混合土可直接利用工程棄土在現場攪拌，也可以提前預制加工成輕質混合土塊體后運輸到施工現場，施工所用設備數量少、技術簡單，方便快捷［2］。再生EPS輕質材料在生產過程中可根據工程需要調節密度和強度，并通過改變配合比來調整再生EPS輕質混合土的物理力學特性;并且再生EPS輕質混合土的生產可將廢棄塑料泡沫、疏浚淤泥或工程棄土作為再生資源加以利用，有效的節約了資源、保護了環境。

3)隨著科學技術的不斷成熟，在節約資源、保護環境的社會經濟發展要求下，再生EPS輕質混合土這種綠色節能環保的新型道路材料在公路建設中將具有更廣闊的發展和應用前景，這也是道路行業可持續發展的必然選擇。

［1］姬鳳玲，馬殿光，呂擎峰，等.EPS顆粒輕質混合料的彈塑性增量本構模型［J］.水道港口，2006，27(4):257-262.

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