EPS颗粒含量及粒径对EPS混凝土抗压强度影响.pdf
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1、第 15 卷第 4 期南阳理工学院学报Vol.15 No.42 0 2 3 年 7 月JOURNAL OF NANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGYJul.2023基金项目:河南省科技攻关计划项目(232102320182);河南省高等学校重点科研项目(23A560017);南阳理工学院交叉科学研究项目;南阳理工学院大学生科研基金项目作者简介:李森森(1986-),男,博士,讲师,主要研究方向:复合材料结构设计及其力学性能研究。EPS 颗粒含量及粒径对 EPS 混凝土抗压强度影响李森森,邹晶森,王怡航,赵坤朝,沈飞龙,介朝伊(南阳理工学院土木工程学院 河南 南阳 4730
2、04)摘 要:借助电液伺服万能试验机研究了不同 EPS 颗粒含量(0、20%、30%、40%)与不同 EPS 颗粒粒径(1 mm、2 mm、3 mm、4 mm)对 EPS 混凝土抗压强度的影响。试验结果表明:随 EPS 颗粒含量增加,EPS 混凝土的密度、强度降低。EPS 颗粒粒径对 EPS 混凝土的密度及力学性能影响较小。EPS 混凝土的破坏方式与 EPS 颗粒含量相关,随 EPS 颗粒体积含量的增加,裂缝逐渐以竖向为主,随压缩不断扩展,最终未出现碎块崩塌,逐渐展现出延性破坏的特征。EPS 颗粒粒径对 EPS 混凝土的破坏方式影响不大。关键词:EPS 混凝土;配合比;力学性能中图分类号:TN
3、914.3 文献标识码:A 文章编号:1674-5132(2023)04-0073-04DOI:10.16827/ki.41-1404/z.2023.04.015 聚苯乙烯泡沫塑料(Expanded Polystyrene,简称EPS)是一种轻型高分子聚合物。其将发泡剂与聚苯乙烯树脂融合,通过同时加热使其软化,产生气体,形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。其具有质量轻、保温隔热、吸水性小、机械强度较高等特点1-2。借助 EPS 本身的优势制备而成的 EPS 混凝土作为一种新型的建筑节能材料,目前已经在各类民用建筑中得到了广泛的应用,如复合墙板、围护结构、港口挡土墙、填充夹芯构件等3-5。EPS 混
4、凝土与传统混凝土相比,具有保温隔热、吸水率小、价格低廉、便于施工、易于切割和安装等优点。同时,随着 EPS 混凝土中掺入成分不同会影响其热工性能及其力学性能6-11。在未来的建筑节能领域中,EPS 混凝土具有非常广阔的发展前景和应用空间,在工程应用领域越来越被重视。本文借助电液伺服万能试验机研究了不同 EPS 颗粒含量(0、20%、30%、40%)与不同 EPS 颗粒粒径(1 mm、2 mm、3 mm、4 mm)对 EPS 混凝土抗压强度的影响,为其工程应用提供参考。1 试件的材料与制备1.1 试件材料试验所采用的水泥为 42.5 级中联复合硅酸盐水泥;粗骨料为粒径 4.7519 mm 的石子
5、,其表观密度为 2667 kg/m3,含泥量为 0.3%;细骨料为 0.154.75 mm 的干河沙,其细度模数为 2.5,表观密度为2608 kg/m3,含水率为 0.3%;减水剂采用弗克公司所生产的聚羧酸高效减水剂粉剂。为研究不同粒径尺寸对试件性能的影响,分别选取粒径为 1.0 mm、2.0 mm、3.0 mm、4.0 mm、6.0 mm 的 EPS 颗粒进行EPS 混凝土的配制。由于 EPS 为有机物颗粒,其表面呈现憎水性,而胶浆是无机胶凝材料,二者相容性较差。同时由于 EPS 颗粒密度低,在拌制混凝土的过程中极易出现 EPS 颗粒上浮,造成其分布不均匀,影响 EPS 混凝土的力学性能与
6、保温隔热等性能,因此需要对EPS 颗粒进行改性处理。本试验采用通过添加微硅粉调整 EPS 颗粒与胶浆的结合。1.2 试件制备采用6 mmEPS 颗粒,调整其在 EPS 混凝土中体积占比分别为 0、20%、30%、40%,以研究不同 EPS掺量对 EPS 混凝土强度的影响(试件命名为 VC0、VC20、VC30、VC40)。采 用 1.0 mm、2.0 mm、3.0 mm、4.0 mm 的 EPS 颗粒进行试件制备,以研究EPS 颗粒粒径对 EPS 混凝土强度的影响(试件命名为 PS1、PS2、PS3、PS4)。EPS 混凝土的配比如表 1。本次 试 验 所 采 用 的 试 块 尺 寸 为 10
7、0 mm 100 mm100 mm。试件制备时,首先将砂与水泥混合搅拌,然后加入石子待搅拌均匀后加一半的水形成砂浆。接下来将微硅粉与 EPS 颗粒加入砂浆中拌合 3 min,最后将减水剂加入剩余水后放入砂浆中搅拌均匀,制备完成 EPS 混凝土。将制备好的 EPS混凝土放入模具振捣成型后脱模养护形成试件。南阳理工学院学报第 15 卷表 1 EPS 混凝土配合比 编号水泥/(kg/m3)微硅粉/(kg/m3)水/(kg/m3)石/(kg/m3)砂/(kg/m3)EPS/m3EPS 体积含量减水剂/(kg/m3)EPS 粒径/mm密度/(kg/m3)VC033622416813331304002/2
8、342VC20336224168106710430.220%262170VC303362241689339130.330%261988VC403362241688808610.440%261948PS13362241688808610.440%211940PS23362241688808610.440%221954PS33362241688808610.440%231921PS43362241688808610.440%2419352 结果与分析采用电液伺服万能试验机对 EPS 混凝土进行静态压缩试验。该试验参照聚苯乙烯颗粒泡沫混凝土(JC/T2458-2018)的具体要求进行,每组对 3个试
9、件进行试验,分别研究 EPS 颗粒含量与 EPS 粒径对 EPS 混凝土静态力学性能的影响。2.1 EPS 颗粒含量对 EPS 混凝土力学性能影响2.1.1 应力-应变曲线分析结合试验数据,不同 EPS 颗粒含量混凝土的应力-应变如图1 所示。由图1 可知,该变形过程可以分为压密阶段-弹性阶段-塑性阶段-破坏阶段4 个阶段。图 1 不同 EPS 颗粒含量的 EPS 混凝土应力-应变曲线 由于试件表面不是纯平状态,存在局部受力不均的情况。且由于试件中存在一定的微空隙,加载初期承载力增加较为缓慢但变形较大,试件处于被压密状态。随加载持续,混凝土的骨料和水泥结晶体会产生弹性变形,应力增长较快。继续加
10、载,混凝土的水泥胶体会逐渐产生黏性流动,内部会产生微裂缝。随黏性流动和微裂缝的不断发展,其应力增长速度放缓,曲线呈现上凸形态。当达到峰值载荷后,试件中承受的应变能迅速释放,其承载能力迅速降低。试验机突然恢复的变形击溃试件的内部结构,试件被破坏。不同 EPS 颗粒含量混凝土试件破坏后其残余应力区别不大。2.1.2 强度分析不同 EPS 颗粒体积含量试件的抗压强度值如表 2 所示。通过试验结果可知,没有填充 EPS 的混凝土试件的抗压强度为25.4 MPa,EPS 颗粒体积在混凝土中占比分别为 20%、30%、40%的 EPS 混凝土试块强度分别降低了 9.4%、26.8%、33.1%。同时,随
11、EPS 颗粒含量的增加,EPS 混凝土的密度降低,EPS 混凝土的密度分别比混凝土降低了 7.4%、15.1%、16.8%。将试验得到的抗压强度与密度进行拟合(如图 2、图 3 所示),可以得到抗压强度与EPS 混凝土密度间的关系为=0.01137(7-18977)式中:是 EPS 混凝土的抗压强度;是 EPS 混凝土的密度(kg/m3)。图 2 抗压强度和密度随 EPS 含量变化关系图 3 抗压强度随密度变化关系47 第 4 期李森森等:EPS 颗粒含量及粒径对 EPS 混凝土抗压强度影响表 2 抗压强度试验结果 编号EPS 含量密度/(kg/m3)抗压强度/MPa试块 1试块 2试块 3强
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