文档介绍：EPS轻质路基施工指导意见
1 概述
在软弱地基上及其它不良地基上修筑道路和桥梁,路基的沉降和不均匀沉降是影响工程质量的一个重要因素。除了砂井预压、打设桩基等常规软基处理方法外,近年来国外又发展了一种新的超轻质填料—聚苯乙烯泡沫(EXPANDED POLYSTYRENC,简称EPS),从而产生了一种新的软基处理方法。EPS材料具有超轻性、耐压缩性、自立性、耐水性和施工简单、方便、快捷等优点,在国内外得到了广泛的应用,有效地解决了软基过渡段的沉降和不均匀沉降、路堤与桥台相接处的差异沉降等问题。
2 EPS的材料特性
EPS由聚苯乙烯颗粒发泡而成,聚苯乙烯颗粒中主要含有聚苯乙烯、可溶性戊烷(膨胀成份)和防火剂。在EPS的成型过程中,聚苯乙烯颗粒中的戊烷受热气化,在颗粒中膨胀形成许多封闭的空腔。这种均匀的封闭空腔结构决定了EPS具有许多其它土工泡沫材料所没有的特性。
密度
EPS的密度由成型阶段聚苯乙烯颗粒的膨胀倍数决定,工程中常用密度为15kg/m3和30kg/m3之间的EPS,目前许多土工工程中用作轻质填料的EPS,其密度常为20kg/m3,仅为普通填料的1/50-1/100,密度为EPS的一个重要指标与其它各项力学性能有着密切的关系。
表1 路用聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)密度范围 kg/m3
类别
密度范围
类别
密度范围
II
≥20~<30
III
≥30~<40
耐久性
(1)EPS在水中和土壤中化学性质稳定,不能被微生物分解,也不会释放对微生物有利的营养物资。聚苯乙烯本身是憎水的,而且EPS的封闭空腔结构也使水的渗入极其缓慢。EPS在紫外线(UV)照射下一段时间后表面由白色变为黄色,材料在某种程度上呈现脆性。因此,EPS与许多高分子土工材料一样,不允许长时间暴露在紫外线下。
(2)EPS在大多数溶剂中性质稳定,可耐受许多化学物质。在长时间暴露的情况下,石蜡油、蔬菜或动物的油和脂肪、柴油、凡士林可能破坏EPS的表面并导致收缩。EPS不耐有机溶剂,如汽车燃料油(汽油或煤油)、碳氢化合物、***化碳氢化合物、***、酯、许多油漆、粘结剂或清洁剂、无水冰醋酸、***和硫酸等都会对EPS造成破坏。
热稳定性
在75~80℃以下使用EPS,一般没有问题;温度接近150℃时,聚苯乙烯将熔化。如果附近有火源,EPS也可燃烧,但由含有阻燃剂的聚苯乙烯颗粒发泡成型的EPS燃烧后,3s内可自熄,且阻燃剂对EPS的性能没有不利的影响。
热传导性
EPS的封闭空腔结构决定了其具有良好的隔热性,因此EPS最初在道路工程中用于隔温层,以满足严寒季节对道路防冻的要求。正常情况下,EPS块体的质量吸水率不大于7%。由于封闭空腔结构的存在,水渗入EPS的速度非常缓慢,即使将EPS完全浸入水中,EPS也具有比土壤优越得多的隔热性。
力学性能
(1)抗压强度是EPS作为路堤轻质填料的重要指标。边长50mm的EPS正方体试件在10mm/min的应变速率和典型条件(温度为23℃,相对湿度50%)下,采取应变控制形式的无侧限单轴压缩试验的应力—应变曲线,可以看出EPS在变形初始阶段表现为很好的弹性性状,在1%~2%的应变范围,EPS仍保持弹性性质,粗略估计,EPS的总弹性应变区域是其线弹性范围的2倍。随着EPS密度的增大,抗压强度和弹性极限也增大。在压缩条件下,即使超出了线弹性范围,EPS仍保持弹性性质。不同密度的EPS块体的应力—应变曲线见图1。
图1 不同密度的EPS块体在单轴无侧限压缩条件下的应力—应变曲线
(2)EPS在压缩条件下的屈服不是出现在某一点,而是在某一范围。屈服后EPS表现为屈服硬化,且开始阶段仍是线形的,斜率大约是线弹性阶段的5%。当应变继续增长,EPS呈现非线性,此时EPS的空腔结构已遭破坏,产生明显的塑性变形。在线弹性范围内,EPS的模量值不变,当荷载超过比例极限后,EPS的模量值迅速下降。
(3)吸水、低温、冻融循环对EPS的抗压强度没有不利的影响。相反,潮湿状态下EPS抵抗变形的能力甚至优于干燥状态。前者的抗压强度比后者要高出10%。随着温度的下降,EPS的抗压强度还有所上升。典型试验条件下EPS抗压强度的变异范围大约为±20%。
(4)在线弹性范围内,EPS的模量值不变,当荷载超过比例极限后,EPS的弹性值迅速下降。与抗压强度一样,吸水、低温、冻融循环对EPS的弹性模量也没有不利的影响。EPS的泊松比,由测试的径向和竖向应变计算得到。~。
(5)在一定的密度下,蠕变的影响随温度的上升而增大;现场在寒冷气候下的观测结果也表明,温度下降,蠕变的程度也随之下降。EPS在20MPa的静止竖向荷载的作用下的蠕变仅为百分之零点几,第1d