1 绪论
1.1 引言
随着建筑行业的飞速发展和建筑技术的日新月异，建筑物的结构形式日趋多样，并且朝着贴近自然和服务生活的方向发展。目前，建筑物所消耗的资源已经超过欧美大国[1]。近年来，建筑行业已与工业耗能、交通耗能并列成为三大“耗能大户”[2]。能耗的增大，资源的枯竭使人类面临严峻挑战，所以如何做到减少能耗，资源的再回收、再利用是建筑业急需解决的问题。 近年来，废旧材料的利用是一个重要的研究方向，以前楼板都是使用实心的混凝土楼板，这样不仅材料使用量大，费用高，还造成了整个结构自重的增大，没有对环境起到很好的保护作用。废旧材料再利用做的比较好的就是在空心楼板中的应用，(见图 1，图 2)空心楼板的出现大大降低了整个楼板的自重，但是空心楼板在制作过程中也存在问题，就如箱体空心楼盖，在制作中最重要的问题就是如何防止箱体的上浮。 根据这个问题，河南工业大学研究人员在此基础上有了新创新，做出了内置废旧EPS 颗粒胶结型块现浇楼盖的设计，EPS 颗粒的出现不但减轻的结构的自重，而且起到了环保利废的作用，这是一个很好的开始。通过改进把质量较重的混凝土底板换成质量较轻的环保材料—陶粒，虽然成型块体的强度不高，但是能够满足正常使用，且完全能够支撑起一个人的重量。(见图 3，图 4)
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1.2 相关研究现状
EPS 混凝土是由水泥、胶结剂和 EPS 颗粒组合而成。EPS 混凝土是用 EPS 代替混凝土中的砂、碎石等骨料，既能减轻混凝土的自重，又能充分发挥聚苯乙烯泡沫塑料的物理特性。Expanded Polystyrene 是聚苯乙烯塑料，也就是俗称的泡沫塑料。 由于聚苯乙烯泡沫塑料的优良性能，使得其在全球的使用量迅速的上升，同时，生产量也逐步加大。除了少数发达国家外，其他大部分的国家和地区都没有对聚苯乙烯采用很好地回收利用。截止到现在，废旧聚苯乙烯泡沫塑料已经成为全球污染最严重的来源之一。据不完全统计，目前废旧聚苯乙烯泡沫塑料在发达国家的回收利用率为百分之六十到百分之七十。而在我国仅有 30%的废旧 EPS 泡沫塑料得到合理地回收利用，其他的 70%不是被焚烧或者掩埋，就是继续污染环境。如何能提高 EPS 的废弃产品(waste product)中能够被回收利用(recovery)部分(包括再使用(reuse)部分、再生利用(recycling)部分和能量回收(energy recovery))的质量之和与已回收的废弃产品的质量之比对保护环境具有重要意义。废旧EPS混凝土在工程上的应用，可以做到变废为宝，同时其不乏一些优良性能，因而在国内外得到了广泛运用。1970 年，在水上承台、码头等应用中，就开始用 EPS 颗粒作为非常轻盈、质量小的材料来配制具备特别的不同于一般功能的混凝土[4]。研究发现：在外力是压力时的强度极限和材料在弹性变形阶段，其应力和应变的比例系数分别达到 4.8MPa 和 5.9MPa 的基础上，采用废旧 EPS 颗粒制备的混凝土在自然状态下（长期在空气中存放的干燥状态），单位体积的干质量仅为 845kg/m3，是同样的材料在自然状态下单位体积的干质量的膨胀珍珠岩混凝土的百分之五十和百分之百[5]。
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2 废旧 EPS 混凝土、泡沫混凝土配比试验
2.1EPS 颗粒制作及 EPS 混凝土配比试验
EPS 混凝土试块的制备引入正交设计方法[18]。根据 EPS 混凝土的各个组成部分不同的用量观察试块的成型情况，并根据标准试块的抗压强度值选择最合适的 EPS 混凝土配合比。进行 EPS 混凝土试块试验的目的是通过试验过程观察 EPS 混凝土的成型性能和工作性能。测定 EPS 混凝土试块在特定时间段的静力受压时的表征，进而确定 EPS 混凝土的经济最优配合比。 在试验的过程中有几个问题需要注意： （1）EPS 颗粒容易上浮，并且具有不亲水性 通过合理的试验方法和步骤可以避免这些问题的发生，首先，可以对 EPS 进行提前半个小时湿水浸泡，在搅拌过程中先使 EPS 颗粒和胶粉溶液混合搅拌三分钟，然后再加入水泥，如果直接使水泥和 EPS 颗粒混合搅拌就会造成 EPS 集体上浮，且造成水泥下沉，起不到粘结所有材料的作用，甚至连成型都有问题。 （2）制备的 EPS 混凝土强度低且易生成不封闭孔洞 由于 EPS 颗粒几乎没有强度，制备的 EPS 混凝土内部添加的水泥量又少，所以试块的整体强度不高，但是不影响正常填充使用，如果按照平常的 24 小时拆模，EPS 混凝土很难成型，且挤压就会破碎。这时，把拆模时间变成 48 小时，且全程都在恒温恒湿养护室中养护，确保 EPS 混凝土内部水分的正常散失，不要生成连通孔洞影响到整体的强度。
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2.2 泡沫混凝土的制备原理、工艺流程、发泡剂的选用
泡沫混凝土顾名思义就是混凝土中含有泡沫，泡沫随着水泥的凝结而固化形成封闭的、不连续的孔洞[19]。所以，没有泡沫的存在，泡沫混凝土也无从谈起。本课题选用的发泡剂是在发泡过程中产生可以与水泥生成性能相对稳定的物质--钙盐，使得整个泡沫混凝土块体强度比较稳定。发泡剂种类繁多，性能也各异。例如：化学发泡强度高于物理发泡[20]，化学发泡主要用于制作各类制品，物理发泡又分为植物型、动物型还有复合型发泡剂，物理发泡法适用于现浇施工，具有发泡工艺简单，成材率高，节约原料和成本，易于操作，有利于环保等特点。发泡的方法也有两种：化学发泡和机械发泡。化学发泡的机理：通过混合原理，生成新的气态产物，如双氧水作发泡剂时生成氧气，分布在混合物中的双氧水分子，因为混合物中的游离离子在弱碱环境发生化学反应，催化双氧水断开水和氧气能量键，如双氧水作发泡剂时生成氧气，而氧气因为在混合物中，在水泥水化过程而被凝结在混合物里，最终由泡沫形成孔。混合物反应过程如果过长，会在浇筑时不易控制而难以成型；反应过程如果太短，会导致建筑过程中最终无法凝结。因此，制造泡沫混凝土工艺一个关键点就是调整好发泡时间。因为本身的稳固性能不强，为了使其制作的材料稳固性能强，尽量选择一些具备高强度的材料，同时随着添加材料、时间，制备环境的不同，气泡的大小也是不尽相同的，难以得到有效的制备。通过制备过程，使其产物具备了良好的不透水性，它具有对水的良好隔离性能。
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3 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土成型试验 .... 20
3.1 试验设计 ........ 20
3.1.1 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土型块的组成 ....... 21
3.1.2 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土型块试验用具及材料 ........... 21
3.1.3 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土配比设计 ........... 24
3. 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土成型试验及制作 ........... 25
3. 本章小结 ........ 28
4 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土材料配比分析 ...... 30
4.1 正交试验设计 .......... 30
4.2 正交试验结果分析 ............ 32
4.2.1 试验结论 ..... 34
4.2.2 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土当轻质填充的优势分析 ....... 34
4.3 发泡剂相关性能分析 ........ 35
4.3.1 泡沫破裂的因素 ............. 35
4.3.2 发泡剂评价指标及其测定方法 ......... 36
4.3.3 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土内部气孔 ........... 36
4.4 本章小结 ........ 37
5 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土型块的施工工艺.... 39
5.1 施工工艺 ........ 39
5.2 经济效益分析 .......... 40
5 添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土型块的施工工艺和经济效益分析
5.1 施工工艺
为防止 EPS 颗粒的上浮，一般采用胶粉溶液与其混合，使每个 EPS 颗粒都被包裹均匀，增强整体的粘结性。包裹胶粉的 EPS 颗粒更易和水泥结合在一起，改善了 EPS混凝土成型困难的情况，通过增加粘聚性，整体强度也有所提高。由于新制泡沫泡径较小如针尖，加入到 EPS 混凝土中，改善 EPS 混凝土和易性的同时使混凝土更好成型且质轻，内部孔洞均匀且封闭，所以其保温隔热、隔音吸声性能很好。但是，泡沫在制出半个小时以后，其气孔孔径越来越大，濒临破碎。这时，如果将其添加到 EPS 混凝土内，待添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土型块养护至强度达到百分之百时，测其抗压强度会发现孔径越大的添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土型块强度越低，这是因为各个材料之间的密实度不够。通过对每个材料的添加试验分析得出，由于 EPS 颗粒质轻，EPS 颗粒必须最先进行添加，其次是胶粉溶液。如果此时先加入水泥和水同 EPS 颗粒一起搅拌，就会发现水泥完全起不到胶凝材料的作用，因为其百分之八十都沉入搅拌桶，经过多次搅拌后发现大量的 EPS 颗粒还是没有被水泥充分包裹。但是如果在 EPS 颗粒后加入胶粉溶液会发现，每颗 EPS 都被胶粉包裹，且搅拌的过程中不再出现上浮的情况，随后再加入水泥，胶凝效果更加明显，EPS 颗粒完全变成了水泥的颜色，说明其已和水泥完全融合在一起。另外，水泥最好不要一次性加入到浆体中，这是为了防止在搅拌不均匀，导致部分 EPS颗粒没有裹上水泥。
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结论
伴随着节能建筑的出现，节能材料的研究进展显得更加迫不及待，越来越多的人群把节能材料的研制当成首要任务，尤其对建设单位来说，节能建筑不但保护了环境，更重要的是它减轻了结构的自重，节省了工程的造价。其中，添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土作为一种新型的填充材料，克服了建筑结构笨重、造价较高等缺点。为明确其结构性能和物理性能，本文进行了大量的理论分析和试验研究，主要有以下几个结论：
1.每立方米 EPS 混凝土最优配合比为：水的用量为 146.5L，水泥用量为 156.8kg，EPS 用量为 12.3kg，胶粉用量为 1.2kg，发泡剂用量 0.5kg，见表 13。不仅可以达到环保利废的作用，而且可以起到减轻这个结构自重的情况，省去大量人工、材料费用。
2.减轻自重的同时增加经济效益，添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土每立方约为172 元，灰加气混凝土砌块，市场价格在 220-230 元左右，砂加气混凝土砌块市场价格在 270-280 元左右。单只填充这一项就省了几十块钱。添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土容重较低，加气混凝土大约是其容重的 3 倍，所以添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土代替加气混凝土，墙下的地梁还有柱子中的配筋量都会大大减小。另外，添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土有很好的保温隔热作用，使用添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土可以减少外墙的保温层的用量，甚至可以不用，这又是一笔不小的费用。但是，加气混凝土的强度比添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土强度高，这并不影响使用，因为添加发泡剂胶结 EPS 颗粒泡沫混凝土主要是做为填充用途来使用，只要保证其成型效果好，强度不是重点考虑的方向，当然，在同样价格的时候，强度越高是越理想的做法。
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参考文献(略)