EPS材質
其加工方法按發泡方式的不同可分為模式法與擠出法。這種均勻封閉的空腔結構使EPS具有吸水性小,保溫性好,質量輕及較高的機械強度等特點。北歐在20世紀60年代后期開始將EPS用于土木工程。1971年挪威國家道路研究實驗室(NRRL)首次在FLOM大橋引道改造工程中用EPS代替1m厚普通填料,成功控制了橋頭段的不均勻沉降。因總體經濟和質量效果好,20世紀80年代用量迅速上升,瑞典、日本、荷蘭等國家已在公路項目中使用EPS。我國1995年在杭甬高速公路望童跨線橋橋頭路堤首次使用EPS。物理力學特性編輯1.1 密度EPS的密度由成形階段聚苯乙烯顆粒的膨脹倍數決定,一般介于10~45㎏/m3之間,作為工程中使用的EPS表觀密度一般在15~30㎏/m3。目前在道路工程中用作輕質填料的EPS密度為20㎏/m3,為普通道路填料的1%~2%。密度是EPS的一個重要指標,其各項力學性能幾乎都與它的密度成正比關系。1.2 變形特性根據試驗,EPS在三向應力狀態下和單向應力狀態下的受壓過程基本類似,當軸向應變εa=5%時,應力應變曲線出現明顯轉折,EPS開始表現出彈塑性。當圍壓很小時,對應力應變關系和屈服強度的影響是有限的。當圍壓超過60KPa時,屈服強度明顯下降,顯然與土的變化規律不同。當軸向應變εa≤5%時,無論圍壓是多大,體積應變εv接近于軸向應變εa,即EPS側向變形小,也即泊松比小。容重γ=0.2~0.4kN/m3的EPS的彈性模量Es在2.5~11.5MPa之間。廣東省淡澳河大橋引道工程EPS填筑高度超過4m,使用的EPS容重為0.2kN/m3。為*大限度地減少工后沉降,鋪筑完EPS材料層后,在其上填土1.2m進行預壓。其中EPS材料層的壓縮沉降平均為32mm,可以算得EPS的彈性模量為2.4MPa,且EPS材料仍處于彈性變形階段。該路段于2000年10月試行通車,6個月后EPS材料層的實際壓縮變平均值為8mm,說明就EPS材料的使用實際效果看,作為路堤填料是成功的。1.3 自立性EPS自立性強,對高邊坡的穩定十分有利。瑞典橋梁設計規范規定,主動、靜止側壓力系數分別為0和0.4,不必計算被動側壓力。由于EPS豎向受壓后產生側向壓力小,將EPS用于橋頭段路基填料,可大大減少橋臺的臺背土壓力,對橋臺穩定十分有利。EPS塊與砂的摩擦系數f,對于干燥砂f為0.58(密)~0.46(松),對濕砂f為0.52(密)~0.25(松);EPS塊與塊之間f在0.6~0.7范圍內。1.4 水、溫特性EPS的封閉空腔結構決定了其具有良好的隔熱性,它用于保溫材料*大的特點是其熱傳導率極低,各種規格EPS板體其熱傳導率為0.024W/m.K~0.041W/m.K。EPS為熱可塑性樹脂,應在70℃以下使用,以免受熱變形和強度降低。同時利用這一特性可采用電熱絲加工。生產中可添加阻燃劑,形成阻燃型EPS。阻燃型EPS離開火源3s內自行熄滅。EPS的空腔結構使水的滲入極其緩慢。根據挪威與日本實測資料,EPS吸水率(吸入的水量相當于它的容重的百分數)不浸泡在水中時為1%以下;地下水位附近的為4%以下;長期浸泡在水中的為10%左右。由于EPS的容重比土體的容重低得多,吸水引起的1%~10%的容重增量對工程影響可忽略不計。1.5 耐久性EPS在水中和土壤中化學性質穩定,不能被微生物分解;EPS的空腔結構也使水的滲入極其緩慢;長時間受紫外線照射,EPS表面會由白色變為黃色,且材料在某種程度上呈現脆性;在大多數溶劑中EPS性質穩定,但可溶解于汽油、柴油、煤油、甲苯、丙酮等有機溶劑。這說明EPS填料需要良好的保護層。應用原理編輯2.1 鋪設EPS隔熱層、防治路基凍害在多年凍土地區修筑道路將會引起局部環境的改變,導致多年凍土的融化,使道路產生嚴重的病害甚至破壞。傳統的整治凍害方法如墊板、注鹽、換土、鋪爐渣等方法效果都不理想。由于EPS材料中內壁氣泡為封閉狀,互不相通,吸水率小,抗凍性好,保證了在浸水條件下仍具有良好的隔熱性能。青藏公路昆侖山越嶺地段EPS板隔熱路基試驗(1990)研究表明,6cm厚的EPS隔熱層可減少地表向深層的熱流量,減小地下多年凍土層上限的下移,可減緩多年凍土層的凍融,保持線路結構的穩定和減小變形。該研究成果在楚瑪河引道、紅梁河橋橋頭引道及老溫泉地區等路段得到了推廣應用。從工程現狀看,路面堅實平整,路基穩定,路基、路面整體強度滿足設計要求。2.2 減小路基沉降、防止或處治路基失穩在軟土地基上修筑路堤,因為普通填料密度大,其自重產生的地基附加應力較大,常會造成路基過大的不均勻沉降和沉降量。由于EPS密度小,具有超輕質特性,在進行一定深度的換填后可有效減小路堤自重,降低地基附加應力,減少軟土地基路堤沉降,提高地基的穩定性。填筑10m高的EPS路堤大約相當于10cm高的低填土路堤荷載,路堤荷重大大減小,因此在斜坡地段修筑EPS路堤可有效防止滑坡產生,提高高路堤的抗滑穩定性。EPS施工不需特殊機械,人力即可施工,速度快,適用于搶險救災,對于大型機械難以使用的場所更適合,可現場加工切割,以適應場地地形要求。甬臺溫高速公路臺州段一期工程K42+650~K42+800段,1998年8月軟土路基施工中因填筑過快,造成路基滑塌,地面上拱60cm。由于工期十分急迫,現場受104國道及外側廠房的限制,*終選用EPS輕質材料填筑路堤,*厚處為6層,*薄處為1層填筑,共計用量為7295m3,同年10月填筑完畢。該路段自1998年底建成通車至今,瀝青混凝土路面平整,使用狀況良好。2.3 防止橋頭跳車、減小橋臺的側向位移由于橋頭(橋臺與路基交界處)位置的特殊性,路基填筑施工質量難于控制,并且橋臺與路堤結構的差異,使得在橋頭處容易產生不均勻沉降, 這對道路壽命、行車舒適性和安全性影響極大。減小或控制橋頭處的差異沉降是在軟基上修建路堤的難題。由于EPS自重極輕,將其用作橋頭處的填料,可有效地減小沉降差;同時因其自立性好,也可大幅減小路堤對橋臺的側向壓力,減小橋臺的側向位移。杭寧高速公路湖州段新田圩橋(橋中心樁號K57+010)兩側橋臺臺背填筑過程中,橋臺發生位移。根據工期和已采取的地基處理情況,采用了EPS輕質路堤的處理方案。新田圩橋兩端EPS路堤各長約22m,填筑厚度自橋臺處由6層(層厚48.5cm)逐級過渡為1層,共計用量2332m3。該EPS工程于2000年3月開始施工,5月全部填筑完成,同年底竣工通車。目前瀝青混凝土路面狀況良好,橋頭路段無跳車現象。2.4 修建直立式路堤在山區陡坡地段、城市道路建設中,為減少占地和增加美觀,可利用EPS自立性強、側向變形小的特點修建直立式路堤。對于公路工程擴建,EPS不僅可以減少新老路拼接帶來的差異沉降,還可放陡邊坡,甚至做成直立式邊坡,這對于減少二次征地,節約寶貴的土地資源是十分有利的。2.5 減小對地下或鄰近建筑物的影響路堤下埋設的剛性結構物上部土體與兩側土體的不均勻沉降,往往會在結構物頂部產生過大的附加壓力,垂直土壓力系數可達1.2,填土較高時甚至可達2.0,即在結構物頂部存在應力集中現象,從而造成地下結構物開裂、破壞。用EPS代替填土鋪筑于結構物頂部,可改善結構物上應力分布,大大減輕結構物所受的土壓力,土壓力系數可降至0.3。在城市地區的某些地段進行路堤施工時,為保護地下市政設施與鄰近建筑物的安全,不允許對地基進行擾動類加固處理,但又要控制路堤沉降,EPS作為路堤填料,可有效減輕路堤重量,達到控制沉降目的。上海浦東世紀大道原水管渠段[12],采用EPS對管區上部土方進行置換,再在EPS上覆土用于綠化種植。不僅使原水管渠得到充分有效保護,保證了原水管渠的正常供水,而且滿足了廣場總體規劃設計,使世紀大道總體構思得到實現。
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