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EPS混凝土与陶粒混凝土的力学性能对比分析

EPS轻集料混凝土(Expanded polystyrene lightweight aggregate con-crete),是以EPS颗粒部分或全部取代混凝土中的砂、石集料配制而成。根据取代量不同,可配制不同密度(500~2200kg/m3)和强度的混凝土。与普通混凝土相比,EPS轻集料混凝土导热系数小、抗震性能好,不仅造价低,而且循环利用废弃材料。

陶粒混凝土是用陶粒替代部分粗骨料的混凝土,密度小、可以用于维护结构,相对强度高、可以用于承重结构,隔热保温且耐火、抗冻。目前常被用于高层、超高层建筑、桥梁建筑、海上建筑及大跨度建筑的建设中。

EPS轻集料混凝土用水泥胶结再生或原生EPS颗粒及细集料,并掺加一些外加剂(引气剂,氯丁胶乳及减水剂等)而成。其配制基本原理是:混凝土的密度最小,强度达到施工要求,满足热工及变形性能等。根据这个原理,选择粒径较小的EPS颗粒,高标号水泥,保证其和易性与匀质性。还可以使用矿物掺和料取代部分水泥,有效降低水泥砂浆与骨料的密度差,减少分层离析,提高密实度,从而提高整体的强度。

陶粒混凝土用陶粒替代粗骨料,以水泥为胶结料,并掺加一些外加剂(减水剂等)而成,不同陶粒制成的混凝土又有其不同的特性。在配制过程中,在满足热工、变形性能,弹性模量等条件下,用较小的水灰比,以减轻陶粒的上浮,并且提高其强度。

EPS混凝土与陶粒混凝土的力学性能

1. 抗压强度

EPS轻集料混凝土的强度较低,通过优化骨料粒径级配,添加减水剂,有机添加剂(氯丁胶乳等)及无机掺和物(微硅粉及粉煤灰等)来尽量提高混凝土的抗压强度。各个因素的作用机理如下:

聚苯颗粒的粒径,掺和量及加工方式对抗压强度都有一定的影响,粒径较小的颗粒比较有利于与胶体的粘结,但颗粒越小,成本越高,符合最佳技术经济效益的EPS颗粒粒径尚待研究。随着聚苯颗粒的增加,混凝土的密度和强度都减小。

微硅粉的颗粒较小,填充在水泥浆体中,增加其粘稠性,改善界面情况,因而能提高混凝土的强度。在EPS掺量不变时,微硅粉掺量的增大提高EPS混凝土抗压强度。但随着EPS掺量的增大,其提高幅度降低,当EPS体积掺量为55%时,仅提高了8%左右。

影响陶粒混凝土强度的因素主要有:砂浆,陶粒强度,水灰比以及陶粒的含水率。提高砂浆的强度,增加包裹陶粒表面的强度,在一定范围内,混凝土的强度随砂浆强度的增加而增加;陶粒强度是影响强度的关键因素,不能依靠提高水泥掺量提高混凝土的强度,配置高强混凝土时采用高强陶粒;水灰比是影响强度的主要因素,要提高混凝土的强度,就应降低水灰比,水灰比的降低导致混凝土拌和物和易性差,以致影响混凝土的搅拌、振捣、成型等。陶粒的多孔结构使得它的含水率影响混凝土的强度,干燥的陶粒能提高强度3~8%。

2. 劈裂抗拉强度

随EPS的体积的增加,劈裂抗拉强度减小,当其体积增长到一定程度的时候,混凝土破坏的时候不显示脆性,EPS颗粒的减小有利于劈裂抗拉强度的提高,掺入微硅粉也能提高EPS轻集料混凝土的劈裂抗拉强度,当EPS含量较高时,这种效用就更明显。

与普通混凝土相比,陶粒混凝土的劈裂抗拉强度相近,加入钢纤维后,陶粒混凝土的抗拉得到了明显的改善,其劈裂抗拉强度值的提高率最大为77.31%。

3. 抗折强度

陶粒混凝土的抗折性能优于普通混凝土,在对陶粒混凝土抗折强度要求较高时,常添加钢纤维和聚丙烯纤维。在单独添加钢纤维的陶粒混凝土中,未掺钢纤维时,初裂强度即是抗折极限强度;掺入钢纤维后,由于钢纤维对混凝土基体裂缝前和裂缝后有双重阻裂效应,从而抗折极限强度比抗折初裂强度有更大幅度的提高。另外在陶粒混凝土中加入EPS,随着EPS含量的增加,混凝土的抗折强度有所提高。

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