EPS复合轻骨料混凝土初探

唐兵，程从密，高伟

（1.广州市长兴混凝土有限公司，广州 510385 ； 2. 广州大学土木工程学院， 广州 510385）

0 引言

无机轻骨料（如陶粒等）混凝土已广泛应用于保温隔热工程、结构加层以及非承重和承重结构构件，前者为改善建筑功能(保温隔热和耐火等)，后者以减轻结构自重、提高结构抗震性能为目的，优化结构设计，节约材料、提高施工效率。无机轻骨料混凝土的生产和应用技术发展较快，主要向轻质、高强的方向发展。轻珠混凝土是以发泡聚苯乙烯（EPS）颗粒为轻集料，取代混凝土中部分或全部砂、石集料，配制成的干表观密度不大于1850kg/m3的轻质混凝土，又称EPS轻集料混凝土。以有机EPS为骨料的轻珠混凝土可减轻混凝土自重，减少资源消耗，也能满足建筑保温隔热的节能要求,现已大量应用于保温隔热工程、墙体、组合结构、水上漂浮结构、结构抗冲击保护层等有轻质要求的混凝土工程。密度在1400到2100kg/m3时，EPS轻集料混凝土强度可达13 ～40 MPa[3]。广东省标准《轻珠混凝土规程》DBJ 15-62-2008的制定为EPS轻珠混凝土设计及应用提供了依据（《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002仅适用于无机轻骨料）。

普通碎石表观密度为2600kg/m3，对应普通混凝土表观密度为2300～2400kg/m3，EPS的表观密度为7kg/m3，在混凝土中的重量可忽略不计，而常用的结构陶粒表观密度通常大于1000kg/m3，由于轻骨料的密度不同，以陶粒为骨料的结构轻骨料混凝土表观密度大于1400 kg/m3，而以EPS为骨料的轻珠混凝土表观密度可小至400 kg/m3，因此，本试验将普通碎石与两种轻骨料进行复合设计，以期平衡轻骨料混凝土强度与表观密度，获得最佳性能的混凝土。

1 试验材料

陶粒：粘土陶粒，结构陶粒，广州华穗陶粒制品有限公司生产；

EPS：广州生产；

陶粒、EPS具体性能指标见表1。

表1 轻骨料性能指标

水泥：石井P·O42.5R普通硅酸盐水泥，3d/28d抗折强度为6.9 MPa /9.2MPa，3d/28d抗压强度33.1MPa /50.9MPa；

砂：西江河砂，中砂，细度模数2.4，表观密度2610kg/m3；

石：花岗岩碎石，5～10mm；表观密度2620kg/m3；

外加剂：萘系缓凝高效减水剂。

2 试验设计

2.1 配合比

EPS混凝土配合比参照《轻珠混凝土规程》DBJ15-62-2008，陶粒混凝土配合比参照《轻骨料混凝土技术规程》JGJ51-2002。设计混凝土表观密度1200～2100kg/m3，固定水灰比及砂浆体积，粗骨料保持基本一致的体积，调整外加剂用量保证坍落度基本相同。

2.2 搅拌及成型

混凝土搅拌使用单卧轴强制搅拌机，参照《轻珠混凝土规程》DBJ15-62-2008，采用骨料裹浆法，工艺如下：

混凝土成型参照《轻珠混凝土规程》DBJ15-62-2008，采用振动加插捣抹压成型试件，防止轻集料上浮分层；使用100mm×100mm×100mm试模。

2.3 检测方法

混凝土拌合物性能（坍落度、表观密度）检测按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002，参考《轻珠混凝土规程》DBJ15-62-2008进行。

混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002进行。

3 结果与分析

固定水灰比和砂浆量，以全碎石为基准，对比EPS与陶粒混凝土，并设计部分碎石复合等体积陶粒和EPS。试验配合比见表2，结果见表3。

表2 EPS、陶粒复合混凝土配合比

表3 EPS、陶粒复合混凝土试验结果

3.1 和易性

轻骨料混凝土的匀质性直接影响其力学性。由于轻骨料与砂浆和碎石的密度差距较大，并且EPS具有憎水性，所以配合比设计、搅拌工艺、成型方法对轻骨料混凝土的和易性及匀质性都有较大影响；采用较低水灰比、适宜的砂胶比，增加浆体稠度，减小轻骨料粒径、改善颗粒级配等均可改善轻骨料混凝土的和易性及匀质性[4]。通过观察，本试验采用的配合比及搅拌、成型工艺能很好的控制轻骨料混凝土的匀质性。见图2：S21-2、S25-1、S25-2、S25-3剖面图。

图2 剖面图

3.2 力学性能

通常，结构工程师希望的材料是较高的强度下具有尽可能低的自重（表观密度），为此引入强度密度比，即强度与表观密度的比值，为无量纲常数，强度密度比=1000×强度（MPa）/表观密度（kg/m3）。理论上强度密度比越大，材料越优。

表3试验结果显示，以全碎石为基准，对比全EPS（S20-6）与全陶粒混凝土（S21-2），相对表观密度分别为51.9%和72.6%；相对抗压强度分别为7.3 MPa和25.2 MPa；相对劈裂抗拉强度分别为27.5%和66.2%；EPS混凝土无力学优势。这从强度密度比更易看出，抗压、抗拉基本都相差一个数量级。

对比碎石与EPS（S25-3）、碎石与陶粒（S25-1）、及碎石与EPS和陶粒（S25-2），如图3所示，将EPS与碎石或陶粒复合后，抗压强度密度比有显著提高，抗拉强度密度比也有较大提高。对于本试验的陶粒而言，与碎石复合后28d抗压强度由25.2 MPa 增加到30.4 MPa，提高了一个等级，抗压强度密度比基本相当。总体而言，表观密度、抗压强度及抗拉强度有相同的变化趋势；对复合粗骨料，相对抗压强度、抗压强度密度比变化较大，抗拉强度密度比变化较小，除基准S20-1外，拉压比变化也较小。对于抗拉强度密度比，碎石与EPS和陶粒复合的S25-2为1.5,有一定优势。全EPS混凝土（S20-6）的拉压比最大，为0.14。

5 结语

1）采用较低水灰比、适宜的砂胶比及骨料裹浆法搅拌工艺可以制备出和易性、匀质性较好的轻骨料混凝土。

2）EPS通过与碎石或陶粒复合后，抗压、抗拉强度，强度密度比有显著提高，混凝土力学性能有很大改善。

3）对于轻骨料混凝土，全陶粒和碎石、陶粒复合的混凝土抗压强度密度比较大，具有较好的力学性能。

4）总体而言，轻骨料混凝土及基准混凝土试验组的表观密度、抗压强度及抗拉强度有基本相同的变化趋势，与理论一致。

5）试验组混凝土的相对抗压强度、抗压强度密度比变化较大，抗拉强度密度比、拉压比变化较小。对于抗拉强度密度比，碎石与EPS和陶粒复合有一定优势，全EPS混凝土的拉压比最大。

[1]DBJ 15-62-2008轻珠混凝土规程[S]

[2]JGJ51-2002轻骨料混凝土技术规程[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]程从密,张传镁,焦楚杰等.EPS轻集料混凝土研究进展[J]. 广东建材 , 2009（1）