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EPS的物理力學特性

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EPS的物理力學特性

發布日期:2017-11-20 作者: 點擊:

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的一個重要指标,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在三向應力狀态下和單向應力狀态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。


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    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填築高度超過4m,使用的EPS容重為0.2kN/m3。為最大限度地減少工後沉降,鋪築完EPS材料層後,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個月後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,用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。瑞典橋梁設計規範規定,主動、靜止側壓力系數分别為0和0.4,不必計算被動側壓力。由于EPS豎向受壓後産生側向壓力小,将EPS用于橋頭段路基填料,可大大減少橋台的台背土壓力,對橋台穩定十分有利。

EPS塊與砂的摩擦系數f,對于幹燥砂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範圍内。


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,它用于保溫材料最大的特點是其熱傳導率極低,各種規格EPS闆體其熱傳導率為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。生産中可添加阻燃劑,形成阻燃型EPS。阻燃型EPS離開火源3s内自行熄滅。


    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。

應用原理與應用領域編輯。


2.1 鋪設EPS隔熱層、防治路基凍害


    在多年凍土地區修築道路将會引起局部環境的改變,導緻多年凍土的融化,使道路産生嚴重的病害甚至破壞。傳統的整治凍害方法如墊闆、注鹽、換土、鋪爐渣等方法效果都不理想。


    由于EPS材料中内壁氣泡為封閉狀,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闆隔熱路基試驗(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


    在軟土地基上修築路堤,因為普通填料密度大,其自重産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後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。填築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,因此在斜坡地段修築EPS路堤可有效防止滑坡産生,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,适用于搶險救災,對于大型機械難以使用的場所更适合,可現場加工切割,以适應場地地形要求。甬台溫高速公路台州段一期工程K42+650~K42+800段,1998年8月軟土路基施工中因填築過快,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,最終選用EPS輕質材料填築路堤,最厚處為6層,最薄處為1層填築,共計用量為7295m3,同年10月填築完畢。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、減小橋台的側向位移


   由于橋頭(橋台與路基交界處)位置的特殊性,路基填築施工質量難于控制,并且橋台與路堤結構的差異,使得在橋頭處容易産生不均勻沉降, 這對道路壽命、行車舒适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,将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台的側向壓力,減小橋台的側向位移。


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築物的影響


   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産生過大的附加壓力,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代替填土鋪築于結構物頂部,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築物的安全,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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