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EPS的物理力学特性

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EPS的物理力学特性

发布日期:2017-11-20 作者: 点击:

1.1 密度


   EPS的密度由成形阶段聚苯乙烯颗粒的膨胀倍数决定,一般介于10~45㎏/m3之间,作为工程中使用的EPS表观密度一般在15~30㎏/m3。目前在道路工程中用作轻质填料的EPS密度为20㎏/m3,为普通道路填料的1%~2%。密度是EPS的一个重要指标,其各项力学性能几乎都与它的密度成正比关系。


1.2 变形特性


   根据试验,EPS在三向应力状态下和单向应力状态下的受压过程基本类似,当轴向应变εa=5%时,应力应变曲线出现明显转折,EPS开始表现出弹塑性。当围压很小时,对应力应变关系和屈服强度的影响是有限的。当围压超过60KPa时,屈服强度明显下降,显然与土的变化规律不同。当轴向应变εa≤5%时,无论围压是多大,体积应变εv接近于轴向应变εa,即EPS侧向变形小,也即泊松比小。


EPS泡沫板

    容重γ=0.2~0.4kN/m3的EPS的弹性模量Es在2.5~11.5MPa之间。广东省淡澳河大桥引道工程EPS填筑高度超过4m,使用的EPS容重为0.2kN/m3。为最大限度地减少工后沉降,铺筑完EPS材料层后,在其上填土1.2m进行预压。其中EPS材料层的压缩沉降平均为32mm,可以算得EPS的弹性模量为2.4MPa,且EPS材料仍处于弹性变形阶段。该路段于2000年10月试行通车,6个月后EPS材料层的实际压缩变平均值为8mm,说明就EPS材料的使用实际效果看,用作为路堤填料是成功的。


1.3 自立性


    EPS自立性强,对高边坡的稳定十分有利。瑞典桥梁设计规范规定,主动、静止侧压力系数分别为0和0.4,不必计算被动侧压力。由于EPS竖向受压后产生侧向压力小,将EPS用于桥头段路基填料,可大大减少桥台的台背土压力,对桥台稳定十分有利。

EPS块与砂的摩擦系数f,对于干燥砂f为0.58(密)~0.46(松),对湿砂f为0.52(密)~0.25(松);EPS块与块之间f在0.6~0.7范围内。


1.4 水、温特性


    EPS的封闭空腔结构决定了其具有良好的隔热性,它用于保温材料最大的特点是其热传导率极低,各种规格EPS板体其热传导率为0.024W/m.K~0.041W/m.K。

EPS为热可塑性树脂,应在70℃以下使用,以免受热变形和强度降低。同时利用这一特性可采用电热丝加工。生产中可添加阻燃剂,形成阻燃型EPS。阻燃型EPS离开火源3s内自行熄灭。


    EPS的空腔结构使水的渗入极其缓慢。根据挪威与日本实测资料,EPS吸水率(吸入的水量相当于它的容重的百分数)不浸泡在水中时为1%以下;地下水位附近的为4%以下;长期浸泡在水中的为10%左右。由于EPS的容重比土体的容重低得多,吸水引起的1%~10%的容重增量对工程影响可忽略不计。


1.5 耐久性


    EPS在水中和土壤中化学性质稳定,不能被微生物分解;EPS的空腔结构也使水的渗入极其缓慢;长时间受紫外线照射,EPS表面会由白色变为黄色,且材料在某种程度上呈现脆性;在大多数溶剂中EPS性质稳定,但可溶解于汽油、柴油、煤油、甲苯、丙酮等有机溶剂。这说明EPS填料需要良好的保护层。

应用原理与应用领域编辑。


2.1 铺设EPS隔热层、防治路基冻害


    在多年冻土地区修筑道路将会引起局部环境的改变,导致多年冻土的融化,使道路产生严重的病害甚至破坏。传统的整治冻害方法如垫板、注盐、换土、铺炉渣等方法效果都不理想。


    由于EPS材料中内壁气泡为封闭状,互不相通,吸水率小,抗冻性好,保证了在浸水条件下仍具有良好的隔热性能。青藏公路昆仑山越岭地段EPS板隔热路基试验(1990)研究表明,6cm厚的EPS隔热层可减少地表向深层的热流量,减小地下多年冻土层上限的下移,可减缓多年冻土层的冻融,保持线路结构的稳定和减小变形。该研究成果在楚玛河引道、红梁河桥桥头引道及老温泉地区等路段得到了推广应用。从工程现状看,路面坚实平整,路基稳定,路基、路面整体强度满足设计要求。


2.2 减小路基沉降、防止或处治路基失稳


    在软土地基上修筑路堤,因为普通填料密度大,其自重产生的地基附加应力较大,常会造成路基过大的不均匀沉降和沉降量。由于EPS密度小,具有超轻质特性,在进行一定深度的换填后可有效减小路堤自重,降低地基附加应力,减少软土地基路堤沉降,提高地基的稳定性。填筑10m高的EPS路堤大约相当于10cm高的低填土路堤荷载,路堤荷重大大减小,因此在斜坡地段修筑EPS路堤可有效防止滑坡产生,提高高路堤的抗滑稳定性。

EPS施工不需特殊机械,人力即可施工,速度快,适用于抢险救灾,对于大型机械难以使用的场所更适合,可现场加工切割,以适应场地地形要求。甬台温高速公路台州段一期工程K42+650~K42+800段,1998年8月软土路基施工中因填筑过快,造成路基滑塌,地面上拱60cm。由于工期十分急迫,现场受104国道及外侧厂房的限制,最终选用EPS轻质材料填筑路堤,最厚处为6层,最薄处为1层填筑,共计用量为7295m3,同年10月填筑完毕。该路段自1998年底建成通车至今,沥青混凝土路面平整,使用状况良好。


2.3 防止桥头跳车、减小桥台的侧向位移


   由于桥头(桥台与路基交界处)位置的特殊性,路基填筑施工质量难于控制,并且桥台与路堤结构的差异,使得在桥头处容易产生不均匀沉降, 这对道路寿命、行车舒适性和安全性影响极大。减小或控制桥头处的差异沉降是在软基上修建路堤的难题。由于EPS自重极轻,将其用作桥头处的填料,可有效地减小沉降差;同时因其自立性好,也可大幅减小路堤对桥台的侧向压力,减小桥台的侧向位移。


2.4 修建直立式路堤


  在山区陡坡地段、城市道路建设中,为减少占地和增加美观,可利用EPS自立性强、侧向变形小的特点修建直立式路堤。对于公路工程扩建,EPS不仅可以减少新老路拼接带来的差异沉降,还可放陡边坡,甚至做成直立式边坡,这对于减少二次征地,节约宝贵的土地资源是十分有利的。


2.5 减小对地下或邻近建筑物的影响


   路堤下埋设的刚性结构物上部土体与两侧土体的不均匀沉降,往往会在结构物顶部产生过大的附加压力,垂直土压力系数可达1.2,填土较高时甚至可达2.0,即在结构物顶部存在应力集中现象,从而造成地下结构物开裂、破坏。用EPS代替填土铺筑于结构物顶部,可改善结构物上应力分布,大大减轻结构物所受的土压力,土压力系数可降至0.3。


  在城市地区的某些地段进行路堤施工时,为保护地下市政设施与邻近建筑物的安全,不允许对地基进行扰动类加固处理,但又要控制路堤沉降,EPS作为路堤填料,可有效减轻路堤重量,达到控制沉降目的。上海浦东世纪大道原水管渠段[12],采用EPS对管区上部土方进行置换,再在EPS上覆土用于绿化种植。不仅使原水管渠得到充分有效保护,保证了原水管渠的正常供水,而且满足了广场总体规划设计,使世纪大道总体构思得到实现。


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