浅析聚苯乙烯泡沫塑料在建筑楼板中的应用

近年来，随着我国改革开放的逐步深入，国内建设行业以前所未有的速度迅速发展，但每年新增的建筑面积中能真正称得上节能建筑的并不多，建筑能耗约占全国总能耗的1/3。可见，建筑节能显得极其重要，绿色建筑将是未来建筑行业的主旋律。其中，选择具有安全阻燃、保温隔热等性能的节能环保建筑材料，是提高建筑节能效率的重要保障。而聚苯乙烯泡沫塑料（ExpandedPolystyrene简称EPS）作为建筑材料具有轻质保温、隔热耐热、隔音耐压等优点，其主要是用聚苯乙烯树脂加入发泡剂等一些添加剂合制而成，目前在土木工程领域得到广泛应用，主要用作建筑保温、路基轻质填充、内外非承重墙体等材料，原因在于它本身的特殊结构决定的工程特性，如密度和吸水性较小、隔热性、耐久性、热稳定性和耐压性等较好，而在建筑楼板中的应用是近年来值得探索的领域。

1 EPS在建筑楼板中的应用

建筑楼板的发展经历了从预制板到现浇板，再到现浇空心板，如今进一步研究了利用EPS填充的钢筋混凝土现浇板（简称EPS填充板），其结合了现浇空心板和EPS的优点。众所周知，楼板受弯构件承受垂直荷载时，其截面上部由混凝土承受压力，截面下部由钢筋承受拉力，中性轴附近的内力较小。EPS填充板就是去掉中性轴附近的混凝土，将EPS制作成各种形状填充在已换掉的部分混凝土。张大英［1］等研究结果充分阐述了EPS填充板的可行性，其并没有对楼板的抗裂能力和承载能力造成影响，具有较高的工程应用价值和较好的工程使用前景。与普通的现浇板相比，EPS填充板在具有相同结构整体性的前提下不仅可以节省混凝土、减轻结构自重，而且大大提高了楼板的保温隔热及隔音性能。此外，由于EPS密度较小，与混凝土相比自重可忽略不计，也就是说它如同现浇空心板，但又比现浇空心板省工经济，因为EPS作为填充材料埋置于中性轴时不用抽芯，施工方便，而且将回收的EPS变废为宝，不污染环境。还有其适用范围较广，可适用于大于3m的各种跨度的建筑，也适用于单向板和双向板，还适用于预应力板以及各种板厚。

1.1 EPS填充板的非线性有限元理论分析

张昊［2］等运用ANSYS软件对EPS填充板在竖向荷载作用下的力学性能进行了非线性有限元分析，结果表明：EPS填充板与一般受弯构件无区别，按照T型截面进行配筋后的承载能力和变形与相应的实心板类似，而且与相同尺寸的实心板相比，其表现出较好的整体性和刚度。由此可见，EPS作为楼板填充体不仅减轻了结构自重，还对板的性能影响不大，满足了设计规范要求。

1.2 EPS填充体的形状设计

考虑到大跨度现浇板通常为双向受力结构、在浇筑过程中的密实度以及EPS填充体的固定问题，EPS填充体的形状最好设计成有利于楼板双向受力的中心对称或双向对称结构外形，其厚度还要根据楼板厚度并考虑顶板底钢筋及保护层厚度再经承载力计算后确定。因此，EPS填充体可以做成圆环体［1］、球体以及方块［3］等。

1.3 EPS填充体的布置

EPS的布置不仅要尽量提高板内混凝土的置换率来提高经济效益，更要尽量减少对楼板性能的不利影响。因此根据楼板受力特点（既可能单向受力，也可能双向受力），EPS的布置分为单向板和双向板布置。前者是由EPS填充体沿受力方向布置成条状；后者是由EPS填充体沿双向受力布置成块状，这样才能使得楼板在两个方向被削弱的刚度大致相同，使每个方向都能很好起到承载作用。详细的布置流程请参考文献［4］。

1.4 EPS填充体的固定及抗浮技术

为了保证施工过程中EPS填充体不移位并考虑到其易碎，不能直接进行绑扎固定，要用铝合金或者塑料角条垫板包住它再用细铁丝根据环绕方式将其绑扎固定在底板钢筋上。此外，由于EPS密度很小，在EPS填充板进行混凝土浇筑时，混凝土会对埋置其中的EPS产生向上的浮力F=ρgV，其中ρ为混凝土密度，g为重力加速度，V为EPS填充体所占体积。可见，EPS易被浮力托到混凝土表面。因此，施工时可用铁丝按间距1m将楼板底部钢筋固定在下部的模板及支撑上，这样EPS填充体与钢筋及底模就形成了一个整体。

1.5 EPS填充板的施工方法

EPS填充板的施工方法有“一浇一放”和“两浇一放”两种。前者是指先安放固定好EPS填充体后一次性浇筑完混凝土；后者是指先浇筑EPS底面的一层再安放固定EPS填充体后再浇筑剩余的混凝土。详细施工流程及要点请参考文献［4］。在浇注混凝土时要注意混凝土的密实度，因为EPS与模板间的空隙只有保护层加上钢筋的直径，所以应选择适宜的混凝土粗骨料粒径和坍落度，减少覆盖宽度与空隙的比值，确保钢筋的保护层厚度和做到振捣专人负责以防漏振。

1.6 经济效益分析

目前，废旧EPS的回收价格仅5元/kg左右，EPS填充体的密度可用12kg/m3左右，这样，与混凝土单价为250元/m3以上相比，EPS填充体仅为60元/m3左右，其差价高达190元/m3以上，可见EPS填充板可以大大降低了工程造价，具有很高的经济效益。

2 EPS填充板的发展前景

随着泡沫塑料制造工艺和设备的改进，EPS的产量正以前所未有的速度增加，废旧EPS来源将更加充足，回收价格将会更便宜，这样EPS填充板的工程造价也将会随之降低。此外，随着我国建筑节能相关政策的出台，绿色节能建筑将是未来建设行业的主旋律，EPS填充板将会成为首选的楼板结构体系，故其应用前景将会越来越广泛，既有很高的经济效益又有可观的社会效益。

3 结语

近年来，努力推广使用泡沫塑料作为建筑材料是缓解当前能源紧缺、减轻环境污染、开展建筑节能减排，提高节能效率的一项最有效、最直接的可持续发展措施。希望EPS填充板在土木工程领域得到更加广泛应用，同时也希望为我国建筑楼板设计起到指导性作用。

［1］张大英，许启铿，王树明.废旧泡沫塑料在建筑楼板中的应用［J］.工程塑料应用，2017（03）：20-25，68.

［2］张昊，张献兵，许启铿，等.废旧泡沫塑料填充板的非线性有限元理论分析［J］.粮食流通技术，2012（03）：8-10.

［3］张昊，许启铿，张献兵，等.废旧泡沫塑料双向填充板力学试验研究［J］.混凝土，2012（02）：110-113.

［4］王录民，张献兵，张昊.粮仓EPS填充板的研究［J］.河南工业大学学报（自然科学版），2007（01）：1-5.