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EPS板性能及其在道路工程中的应用

第36卷第28期

2010年10月
山西建筑

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VD】.36No.28

Oct.2010?273?
文章编号:1009—6825(2010)28—0273—02

EPS板性能及其在道路工程中的应用
宗赵波
摘要:从EPS的微结构特征,密度,耐久性,吸水特性,热稳定性和力学特性出发,对EPS板的基本物理及力学性能进
行了较为详细的探讨,结合EPS板的基本性能,指出EPS板可作为轻质填料,涵洞及挡墙减荷材料,道路保温,结构隔振
材料.
关键词:EPS板,性能,道路工程,应用
中图分类号:U414.1文献标识码:A

EPS是英文ExpandedPolyStyrene的简写,即发泡聚苯乙烯,
自从19世纪6o年代挪威首先用作隔热材料成功解决道路冻害
问题以来,已广泛应用于道路工程领域.1992年,泡沫材料被归
类为土工合成材料,并正式命名为”土工泡沫”,即geofoam.

1EPS板基本性能

1.1EPS板微结构特征

EPS板由完全封闭的多面蜂窝状体颗粒胶结而成,每个颗粒
内部由许多封闭蜂窝状的气室组成.各个颗粒之间具有相互连
通的孔隙,空气占整个EPS板体积的98%以上.鉴于EPS板这
种特殊的结构形式,使其具有质量轻,保温性能好等特点.EPS
板是憎水性材料,封闭的空腔结构可阻止多面体颗粒自身吸水,
虽然颗粒间连通的孔隙可以吸收部分水分,但所占比例较小,因
而吸水性极小l1J.

1.2密度

EPS板的密度由发泡成型阶段PS珠粒的膨胀倍数决定,珠
粒膨胀的直径越小,EPS板的密度越大.EPS板常用密度为

10kg/m.～30kg/m.,最大密度可达60/_m3.

1.3耐久性

EPS板在水和土中的化学性质稳定,不会被微生物分解,但
发现白蚁和食木蚂蚁利用EPS板保温性能好的特点而筑巢取暖,
会对EPS板造成一定的破坏,美国已开发出添加剂来预防虫
蚁[2l.经紫外线照射一段时间后,EPS板材表面会由白色变为黄
色,使材料在某种程度上呈现脆性J.因此,EPS板与许多高分
子土工材料一样,不允许长时间暴露在紫外线下,工程应用时应
采取保护措施,减小紫外线照射.EPS板在大多数溶剂中性质稳
定,但可被汽油或煤油溶解.EPS板在用作轻质路堤或地基上的
防冻保温材料时,必须在其表面覆盖保护层.

EPS板材料具有稳定的化学性质,不能自行降解,随意丢弃
会给环境造成严重的污染,因此工程中所废弃的EPS板材料需要
将其回收,进行改性再次利用,以便最低限度的减少对环境的污
染[4l.

1.4吸水特性
由于颗粒之间有少量孔隙连通,因此EPS板具有一定的吸水
性.材料密度越高珠粒间孔隙越小,因而吸水性也越低.

1.5热稳定性
材料的封闭空腔结构决定了EPS板具有优良的隔热性能,因
此EPS板最初在道路工程中用于隔热层,以满足严寒季节对道路
防冻的要求.但EPS板的吸水量对其热传导性的影响较为明显,
随吸水量的增大,热传导系数也会增大.DuskovM研究指出J,

EPS板体积吸水率小于1%时,其热传导系数可增大5%;体积吸
水率达到3%～5%时,热传导系数则可增大15%～25%;EPS薄
板作为路面下的隔温层,设计时考虑其吸水率为10%～15%,这
可导致热传导系数上升50%--75%左右,而如前所述,EPS板最
大的体积吸水率不大于10%.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板也具有
比土壤优越得多的隔热性能.因此,EPS板是一种优良的隔温层
材料,可显着减小冻土路堤的填筑高度,节约大量的土地资源.

1.6力学性能
加载速率对EPS板的强度影响较大,试验表明,加载速率越
大EPS板的强度越高.EPS板主要靠颗粒问的胶结抵抗拉应力,
因此在受到拉力作用时表现为脆性材料特征,EPS板的受拉强度
远小于受压强度_6J.EPS板作为一种柔性材料,具有明显的蠕变

0.10.20.30.40.50.60.70.8
应变E/rrrn?rrinI1
图1EPS板材的应力一应变关系曲线
试验所用EPS板密度为3l/lm3,应力一应变关系曲线如图

1所示:EPS板变形分为弹性,塑性和硬化三个阶段.当应变小于

5%时,EPS板处于弹性阶段,之后进入塑性屈服;应变达到60%
后EPS板进入硬化阶段.EPS板的这种压缩特性使其成为理想
的减荷材料.当应力较小时EPS板处于弹性阶段,产生很小的弹
性压缩变形;随着应力的增大,EPS板达到塑性阶段而产生较大
塑性变形.一般地,将应变为10%时的应力定义为EPS板的抗
压强度.

2EPS板在道路工程中的应用

2.1轻质填料

EPS板可作为轻质路堤填料应用于软土路基,由于EPS板质
量轻,10In高的EPS板仅相当于十几厘米填土的重量,因而将

EPS板作为轻质路堤填料,对软土路基产生的附加应力微乎其
微,并可通过挖除与填筑EPS路堤和车辆附加荷载等重量的地基
土体,实现零地基附加应力.EPS板虽然价格较高,但施工简便,
收稿日期:2010—06.18
作者简介:宗赵波(1981.),男,助理工程师,中国建筑第七工程局有限公司,河南郑州450004

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274.山西建筑
节约了大量软基处理时间,尤其在淤泥层较深时,也可以大大节
约工程造价.EPS板可用于深厚软弱地基上进行高速公路的拼
接拓宽工程,控制新老路基之间的沉降差异[,并减小新征用地
面积,是一种行之有效的方法,国内也已有了初步应用;在美国应
用较多,并有相关的设计规程_8j.
此外,EPS板还可以解决桥头跳车问题_9J,由于EPS作为轻
质填料可以很大程度上减小了作用在地基上的附加应力和作用
在桥台台背的侧压力,可以解决桥与路之间的差异沉降及路堤的
残余沉降,防止桥头跳车以及台后填土与地基位移对桥台的侧向
作用.施工简单,方便,不会影响地基的稳定,并可保证施工的安
全和进度.
对于土质较差的边坡,采用锚杆,锚索或抗滑桩等加固措施
时,土体无法提供较高的锚固力,加固效果不理想.采用EPS板
替换部分边坡土体,通过减小边坡土体重量的方法,减小边坡的
下滑力,从而达到增强边坡的稳定性之目的,是一种较为理想的
边坡加固方法【10J.

2.2涵洞及挡土墙减荷
利用EPS板的压缩变形特性,可用来减小刚性涵洞和挡土墙
的土压力.在结构物表面铺设EPS板后,通过EPS板产生的压
缩大变形效果,可以增加EPS板宽度范围内土体的变形,通过土
体之间的变形差异,发挥土体自身剪切强度,促使土体产生拱效
应,从而减小了作用在结构上的土压力.

2.3道路保温
在多年冻土地区修筑公路和铁路路基,由于表面热交换条件
的改变致使路基下覆土体温度升高和多年冻土融化,由此引发冻
土区路基融沉病害.若在路堤与冻土路基之间铺设一层EPS板,
阻止热量传递到冻土层中,就可以防止冻土融化,见图2.
一基层

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冻土路基\土工布
图2EPs路基隔热

2.4结构隔振

EPS板可以用作缓冲减震材料,显着减小地震或爆破冲击荷
载对挡土墙或地下结构的动土压力.Richard(2007年)在挡土墙
与土体之间填充EPS板进行了振动台模型试验.试验结果表明,
采用EPS板隔振后的最大动土压力仅为没有采取隔振措施的土
压力的31%InJ.Zhi—LiangWang,Yong-ChiLi等(2006年)针对

EPS板埋设在人防工程的混凝土墙体中的情况,进行了动力分
析,分析结果表明,墙体中埋设EPS板后,显着减小了墙体所受的
冲击荷载幅度【心J.

3结语

1)EPS板具有封闭蜂窝状的气室结构,密度较小,耐久性良
好,吸水性很小,热传导很低,可压缩性较大,结构性强,为其应用
提供了良好的物理力学特性.

2)EPS板可以作为轻质填料,涵洞及挡土墙减荷材料,道路
保温,结构减振材料,作用效果明显,其在道路工程中的应用具有
重要的价值和意义.
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EPSboardperformanceanditsapplicationinroadengineering

ZONGZhao-bo

Abstract:Startingfrommicro-structurecharacteristic,densityanddurability,waterproperties,thermalstabilityandmechanicalcharaeteris—

tiesofEPS.itcarriesonamoredetaileddiscussiononbasicphysicalandmechanicalpropertiesofEPSboard.Combiningthbasicproperties

ofEPSboards,itholdsthatEPSboardcallbeusedaslightweightpacking,culvertsandretainingwallsreducechargematerials.roadvibration

insulation,andstructuralmateria1.

Keywords:EPSboard,performance,roadengineering,application