EPS的物理力學(xué)特性

1.1 密度

EPS的密度由成形階段聚苯乙烯顆粒的膨脹倍數(shù)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(zhì)填料的EPS密度為20㎏/m3，為普通道路填料的1%~2%。密度是EPS的一個重要指標(biāo)，其各項力學(xué)性能幾乎都與它的密度成正比關(guān)系。

1.2 變形特性

根據(jù)試驗，EPS在三向應(yīng)力狀態(tài)下和單向應(yīng)力狀態(tài)下的受壓過程基本類似，當(dāng)軸向應(yīng)變εa=5%時，應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，EPS開始表現(xiàn)出彈塑性。當(dāng)圍壓很小時，對應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和屈服強度的影響是有限的。當(dāng)圍壓超過60KPa時，屈服強度明顯下降，顯然與土的變化規(guī)律不同。當(dāng)軸向應(yīng)變εa≤5%時，無論圍壓是多大，體積應(yīng)變εv接近于軸向應(yīng)變εa，即EPS側(cè)向變形小，也即泊松比小。

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填筑高度超過4m，使用的EPS容重為0.2kN/m3。為最大限度地減少工后沉降,鋪筑完EPS材料層后，在其上填土1.2m進行預(yù)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個月后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(wěn)定十分有利。瑞典橋梁設(shè)計規(guī)范規(guī)定，主動、靜止側(cè)壓力系數(shù)分別為0和0.4，不必計算被動側(cè)壓力。由于EPS豎向受壓后產(chǎn)生側(cè)向壓力小，將EPS用于橋頭段路基填料，可大大減少橋臺的臺背土壓力，對橋臺穩(wěn)定十分有利。

EPS塊與砂的摩擦系數(shù)f，對于干燥砂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范圍內(nèi)。

1.4 水、溫特性

EPS的封閉空腔結(jié)構(gòu)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(dǎo)率極低，各種規(guī)格EPS板體其熱傳導(dǎo)率為0.024W/m.K~0.041W/m.K。

EPS為熱可塑性樹脂，應(yīng)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。生產(chǎn)中可添加阻燃劑，形成阻燃型EPS。阻燃型EPS離開火源3s內(nèi)自行熄滅。

EPS的空腔結(jié)構(gòu)使水的滲入極其緩慢。根據(jù)挪威與日本實測資料，EPS吸水率(吸入的水量相當(dāng)于它的容重的百分數(shù))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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能被微生物分解;EPS的空腔結(jié)構(gòu)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?yōu)辄S色，且材料在某種程度上呈現(xiàn)脆性;在大多數(shù)溶劑中EPS性質(zhì)穩(wěn)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。

其加工方法按發(fā)泡方式的不同可分為模式法與擠出法。這種均勻封閉的空腔結(jié)構(gòu)使EPS具有吸水性小，保溫性好，質(zhì)量輕及較高的機械強度等特點。北歐在20世紀60年代后期開始將EPS用于土木工程。1971年挪威國家道路研究實驗室(NRRL)首次在FLOM大橋引道改造工程中用EPS代替1m厚普通填料，成功控制了橋頭段的不均勻沉降。因總體經(jīng)濟和質(zhì)量效果好，20世紀80年代用量迅速上升，瑞典、日本、荷蘭等國家已在公路項目中使用EPS。我國1995年在杭甬高速公路望童跨線橋橋頭路堤首次使用EPS。

滬寧高速公路主線全長284.21km，穿越廣闊的水網(wǎng)地區(qū)，沿線軟土地基長92.29km。滬寧高速公路擴建以路基兩側(cè)拼接加寬為主，由雙向四車道對稱拓寬為8車道，兩側(cè)各加寬8.25m。在軟土地基上進行路堤拼接后，拼接荷載所引起的沉降增量，對老路基而言，呈反盆形分布，在路中心最小，兩側(cè)拓寬形成的斷面形心垂線處最大。這將會引起新、老路肩與老路堤中心間差異沉降的產(chǎn)生，極易導(dǎo)致老路基、路面的拉裂。為減少差異沉降，江蘇段拓寬工程試驗段在K0+000~K0+300、K0+800~K1+440、K1+600~K1+770(其中包括橋頭、箱頭和一般路段)范圍內(nèi)采用EPS作為一種比選方案進行路堤填筑試驗研究。

3.1 路堤的斷面結(jié)構(gòu)型式

試驗段EPS路堤填筑高度3~5m，當(dāng)采用斜坡式時平均地基壓力為40.15~55.02kN/m(包括EPS外側(cè)1.5m厚包邊土)，采用直立式邊坡時平均地基壓力為26.23~28.24kN/m。該試驗段EPS路堤的設(shè)計，為充分發(fā)揮EPS密度小、自重輕，路堤沉降少，自立性強的特點，采用了直立式邊坡和新型肋板式擋墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。這樣既減少了EPS用量，又不必進行地基處理，還減少了公路擴建的二次征地面積，節(jié)約了寶貴的土地資源。

為了提高板整體性能，便于吊運，在預(yù)制板的中間設(shè)置加勁肋。肋板的板厚10cm，肋寬40cm，高15cm，預(yù)制板總寬1.8~1.9m。預(yù)制肋板立放于專設(shè)的立板基礎(chǔ)上，預(yù)制板之間采用現(xiàn)澆連接，結(jié)構(gòu)段長度取10m，結(jié)構(gòu)縫處寬度5cm，用瀝青封閉。

為防止EPS在重負荷作用下側(cè)向變形對預(yù)制板產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力，在EPS與預(yù)制板之間預(yù)留5cm的間隙，使肋板處于不受或少受側(cè)壓力狀態(tài)。間隙處鋪設(shè)一層垂直向土工布。

在EPS頂面與路面結(jié)構(gòu)層之間現(xiàn)澆一層厚20cm的鋼筋混凝土蓋板，使EPS均勻承受上部荷載。預(yù)制板與現(xiàn)澆蓋板之間的二期混凝土，應(yīng)盡量安排在路面結(jié)構(gòu)層施工后期澆筑，這樣可使EPS的垂向、側(cè)向變形充分發(fā)揮，減小現(xiàn)澆蓋板以及上部結(jié)構(gòu)分配至預(yù)制板里的垂向作用力。

3.2 防撞護欄的設(shè)計

對于邊坡為1:1.5的路堤，可以采用一般高速公路上使用的波形護欄來進行設(shè)計。而對于擋墻結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生交通事故時，存在更大的安全隱患，為了防止車輛沖出路面，應(yīng)采用安全性更高的橋式護欄或加強型的波形護欄。

橋式護欄可以預(yù)先在預(yù)制板內(nèi)伸出鋼筋，同預(yù)制板、蓋板的二期混凝土同時澆筑連接。由于汽車在撞擊時會產(chǎn)生強大的沖擊力，有將EPS頂部的混凝土結(jié)構(gòu)段拉出路面結(jié)構(gòu)層的危險，因此必須對混凝土蓋板進行抗滑穩(wěn)定驗算。根據(jù)試驗表明，橋式護欄是安全的。

3.3 縱橫向的連接

在EPS路堤的填筑過程中，必須重視EPS同一般填土路段的連接問題。EPS同土路堤的縱向連接段應(yīng)設(shè)置一過渡段，即將EPS塊體以臺階的方式與土路堤過渡相連，橫向亦如此，同時在鋪砌時應(yīng)采用EPS塊體縱橫向交錯鋪砌，以利于EPS塊體的受力和變形連續(xù)。

對于縱橫坡的調(diào)整，有兩種方法可供選擇:一是采用底層調(diào)坡，根據(jù)實際路面的縱橫坡，通過EPS底部的整平砂層來放坡。采用這種方式，上部的豎向荷載將傾斜作用于EPS塊體，EPS塊體將受到一水平分力的作用，不利于EPS的受力，但損耗小。為了改善EPS塊體的受力特性，可采用底層水平鋪筑，頂部的EPS塊體切割成小的異形塊，通過小臺階的方式來調(diào)整橫坡，該法EPS受力條件好，同時施工方便，是較好的調(diào)坡方案，但損耗較大。

3.4 排水問題

由于EPS屬超輕質(zhì)材料，若浸在水中，將受浮力的影響，EPS的上部結(jié)構(gòu)將受到垂直向上的荷載，使新老路基連接處結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，嚴重時將會產(chǎn)生縱向裂縫、錯臺。因此EPS的施工基準面必須高于最高地下水位最小安全距離S，同時在施工基面上填筑一層石灰穩(wěn)定土，徹底隔離地下水的影響。然后進行排水砂層的施工，砂層同時起整平作用，以利于EPS塊體的鋪設(shè)。

對于施工期的排水，主要是避免雨水對EPS塊體的浸泡和雨水在新老路基的交接處滲入老路基，對老路基造成損害。為此必須在坡腳處設(shè)置臨時排水溝，防止路基積水，施工后必須用土工布將EPS塊體和老路的開挖臺階覆蓋，防止雨水的浸入。為了防止雨水對老路基的侵入，并防止砂層被雨水沖蝕，EPS與臺階之間的孔隙應(yīng)采用素混凝土填實。

營運期的排水是影響其使用質(zhì)量的主要因素，因此必須特別重視。為了防止雨水通過路面結(jié)構(gòu)層滲入路堤內(nèi)部，EPS長期吸水而造成自重增大，因此在現(xiàn)澆鋼筋混凝土板和頂層EPS之間加鋪一層防滲土工布。路基排水可通過在施工基面上設(shè)置20~30cm的砂墊層來排水，同時需與原路的排水砂層和臺階處的砂層接通。對于直立式結(jié)構(gòu)，由于砂層無法與外界接通，可通過預(yù)埋PVC管或塑料盲溝來排水，其底部高程應(yīng)在排水溝底面以上10~20cm，防止排水溝的雨水倒灌。

為了充分發(fā)揮EPS的超輕特性，最大限度的降低地基應(yīng)力，有時需要對地基進行開挖置換，此時應(yīng)設(shè)置橫向排水通道，為了避免邊溝過深，可考慮在邊溝以下設(shè)置縱向排水盲溝，將路基下的雨水排出。

3.5 EPS鋪設(shè)

由于EPS很輕，采用人工鋪筑，關(guān)鍵是平整度控制與聯(lián)結(jié)牢固。EPS塊體鋪設(shè)在施工基面上，施工基面必須保持干燥狀態(tài)。塊體鋪設(shè)時，不準拖拉機和其他重型機械直接在EPS塊體上行駛。EPS塊體自下而上逐層錯縫鋪設(shè)，整體鋪筑質(zhì)量很大程度取決于施工基面和最下層的鋪設(shè)精度。

EPS塊體之間的縫隙和錯臺應(yīng)盡可能的小。最下層由墊層來調(diào)整，中間各層則采用無收縮水泥砂漿調(diào)平。為防止EPS塊體互相錯位，塊體各層之間采用雙面爪型聯(lián)結(jié)件，在頂面及側(cè)面采用單面爪型聯(lián)結(jié)件，在最下層EPS塊體與施工基面和土基之間采用銷釘聯(lián)結(jié)。

在最上面一層EPS塊體的頂面，要澆筑一層鋼筋混凝土板。它不僅可以改善EPS的受力特性，使行車荷載和上部路面結(jié)構(gòu)荷載均勻擴散，防止由于應(yīng)力集中而造成EPS的破壞,還使EPS塊體形成一個良好的整體，防止有害物質(zhì)侵入EPS塊體。

4.結(jié)語

EPS作為一種超輕質(zhì)的路基填料，在國外有較為廣泛的應(yīng)用。實踐證明，EPS有著隔熱性好、自重輕、自立性強等優(yōu)良性能，對解決路基凍害、橋頭跳車、路基失穩(wěn)、新老路基拼接等問題有良好的處理效果。但由于國內(nèi)使用EPS修建路堤的時間不長,對EPS本身的性能也缺乏深入全面的研究,在使用過程中尚有許多需要解決的問題,概括起來主要有以下幾點:

(1) 目前國內(nèi)EPS主要應(yīng)用于包裝行業(yè)和建筑行業(yè)，在公路中應(yīng)用還較少。EPS較高的價格限制了其大規(guī)模的使用，有待研究生產(chǎn)性能更好、價格較便宜的EPS產(chǎn)品。

(2) 對EPS在長期荷載作用下的性能缺乏深入的了解,長期使用后的殘余變形和使用壽命還有待觀察。應(yīng)加強對重復(fù)荷載、沖擊荷載作用下EPS性能的長期變化情況的研究,同時應(yīng)研究多種荷載形式共同作用下EPS性能的變化發(fā)展。

(3) 應(yīng)及時制訂參照標(biāo)準，便于工程施工中進行質(zhì)量管理。

EPS作為一種新型輕質(zhì)工程材料正日益受到工程界重視。

◆ 智能數(shù)字化控制技術(shù): 采用三塊高速微控制器和可編程邏輯器件來實現(xiàn)電路控制，參數(shù)設(shè)定、運行管理、先進的自檢和自偵測功能，可對電路板上的所有獨立電路連接進行自檢和故障分析。您可以充分信賴經(jīng)過數(shù)碼變換的正弦波電壓，及完美運行的新方案:滿足您的實際需要。 ◆ 高效的igbt(insulated gate bipolar transistor)逆變技術(shù): 采用第六代igbt良好的高速開關(guān)特性;具有高電壓和大電流的工作特性;采用電壓型驅(qū)動，只需要很小的控制功率。第六代igbt具有更低的飽和壓降，逆變器的工作效率更高，可靠性更高。 ◆ 優(yōu)越的負載特性: 完全滿足從0到100%負載的躍變，而無需切換到旁路，并保護輸出穩(wěn)定可靠，帶電機負載時可設(shè)置為變頻調(diào)壓輸出。 ◆ 直觀的led狀態(tài)指示:工作流程式狀態(tài)指示，一目了然。 ◆ 完善的保護功能: 輸入輸出過欠壓保護、輸入浪涌保護、相序保護、電池過充過放保護、輸出過載短路保護、溫度過高保護等多種系統(tǒng)保護和報警功能。 ◆ 高性能的動態(tài)特性: 采用瞬時控制方式和有效值等多種反饋控制，既實現(xiàn)了高動態(tài)調(diào)節(jié)，減小輸出電壓失真度。 ◆ 采用6脈波整流充電器，充電電流可從0-100a根據(jù)電池配置容量設(shè)置。 ◆ 智能化的電池管理: 智能電池充電:根據(jù)用戶的電池配置自動調(diào)整電池的充電參數(shù)，并會根據(jù)供電環(huán)境對電池進行均充浮充轉(zhuǎn)換、溫度補償充電，放電管理。延長電池的使用壽命，減少管理員的負擔(dān)。 ◆ 可選配電池巡檢模塊: 可對單個的參數(shù)進行測量，并在顯示板上顯示出來。如有電池故障立即報警，通知管理員。 ◆ 智能偵測功能: 該系統(tǒng)的微處理器時時對所有的電源狀態(tài)、斷路器狀態(tài)，熔斷器狀態(tài)和所有的電路工作狀態(tài)進行在線偵測，如有故障立即保護并報警通知管理員。 ◆ 智能通訊: ·rs232和rs485通訊端口真正實現(xiàn)多用途通訊和遠程監(jiān)視。 ·可選的snmp卡，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)管理; ·可選的干接點接口，采用無源接點實現(xiàn)對eps的狀態(tài)監(jiān)控。 ·根據(jù)要求提供消防聯(lián)動信號。 ◆ 個性化的設(shè)置: 可根據(jù)輸入的供電的不同，對輸入的參數(shù)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。 ◆ 照明型、動力型、混合型通用一種產(chǎn)品設(shè)計，用戶只需根據(jù)現(xiàn)場的負載設(shè)備情況在eps顯示監(jiān)控器里面選擇eps的工作類型即可調(diào)整為適應(yīng)負載類型的工作方式。 ◆ 為了適應(yīng)電腦監(jiān)控設(shè)備和一些要求轉(zhuǎn)換時間短的燈具，本產(chǎn)品采用快速掉電檢測軟件設(shè)計，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時間小于2毫秒。 ◆ 產(chǎn)品外觀尺寸可以根據(jù)用戶現(xiàn)場要求設(shè)計。 ◆ 產(chǎn)品具有三防功能，可用于地下室及一些比較潮濕環(huán)境較差的地方。

為了使應(yīng)急電源在關(guān)鍵時候發(fā)揮作用，我們平常需要注意的問題有: 1) 場地的維護:檢查室內(nèi)是否通風(fēng)透氣、室溫多高?eps所配的蓄電池環(huán)境溫度消防行業(yè)要求不高于30℃，溫度對蓄電池使用壽命影響較大，25℃以上每升高10℃蓄電池使用壽命減半，有條件的單位應(yīng)裝上空調(diào)。eps必須遠離火源及易燃易爆品，平常一般的雜物不要堆放于eps放置的室內(nèi)，既不利于防火安全也容易引來鼠類藏匿進而發(fā)生啃咬電纜線引發(fā)事故。春夏季節(jié)潮濕的空氣易使eps內(nèi)部控制電路板上結(jié)露，從而使eps出現(xiàn)控制故障，因此春夏季節(jié)應(yīng)讓室內(nèi)盡量防潮。室內(nèi)灰塵不能太多太臟，灰塵一般帶正電荷，如果eps控制板上積壓的太多就可能造成控制板故障。eps的放置點不能靠窗戶太近，以防水浸、雨淋、日曬。 2) 市電輸入端的維護:經(jīng)常檢測市電電壓是否正常，零、火線是否錯位，尤其是eps前端是具有雙路市電或帶有備用發(fā)電機組的電網(wǎng)更要經(jīng)常檢查第一路主電與第二路備用電供電的零、火線是否一致，如發(fā)現(xiàn)錯位必須立刻糾正，否則易引起eps故障。eps前端裝有防雷器的用戶應(yīng)定期檢查防雷器及接地線是否正常。鼠類較多的場地一般應(yīng)于輸入輸出電纜線外加裝防護套管。 3) eps輸出回路的線路維護:根據(jù)eps各輸出斷路器的現(xiàn)狀判斷輸出回路是否短路，使用鉗流表等檢測各回路是否超載，用手觸電纜的方式感知電纜的溫度是否異常從而判斷線徑是否合適或太小。 4) eps本身的維護(eps常出現(xiàn)的問題)。 隨著國人對安全意識的提高及eps應(yīng)急電源應(yīng)用優(yōu)勢的凸現(xiàn)，以及國內(nèi)消防行業(yè)、建筑電氣設(shè)計業(yè)的大力提倡與推廣，eps的市場前景會在幾年內(nèi)有一個非常大的飛躍，有可能類同滅火器一樣在全國大力強制執(zhí)行配置。