【摘 要】
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EPS（Expanded polystyrene,聚苯乙烯泡沫）混凝土具有质量较轻、保温隔热、吸振、吸能等优点,是一种理想的墙体保温材料。与普通混凝土相比,目前EPS混凝土强度相对较低,主要用于功能材料。然而,大部分建筑能耗是建筑外墙保温性不好而导致的能源浪费。实施建筑节能必须大幅提高外围护结构尤其是外墙的热工性能。外墙不仅需要具有保温功能,还应承担荷载。为了降低建筑能耗,特别有必要将EPS混凝土
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EPS（Expanded polystyrene,聚苯乙烯泡沫）混凝土具有质量较轻、保温隔热、吸振、吸能等优点,是一种理想的墙体保温材料。与普通混凝土相比,目前EPS混凝土强度相对较低,主要用于功能材料。然而,大部分建筑能耗是建筑外墙保温性不好而导致的能源浪费。实施建筑节能必须大幅提高外围护结构尤其是外墙的热工性能。外墙不仅需要具有保温功能,还应承担荷载。为了降低建筑能耗,特别有必要将EPS混凝土扩展到结构材料中,就需要对EPS混凝土的强度进行提升。本文主要研究工作和成果如下:（1）提出了一种新型EPS颗粒强化技术,通过对EPS颗粒包裹改性来提升EPS混凝土的性能。采用磷酸镁水泥（MPC）、超高性能混凝土（UHPC）、水性聚氨酯（WPU）对EPS颗粒表面进行包裹处理,试验结果表明:包裹材料在EPS颗粒表面形成壳结构,包裹后EPS颗粒亲水性得到明显改善;经包裹的EPS颗粒与包裹材料之间接触紧密。（2）采用切片法定性评估了 EPS混凝土的均匀性,采用CT扫描技术,根据EPS面积分布法和PVC质量测试法定量评估了 EPS混凝土的均匀性,EPS颗粒经过包裹后的混凝土的工作性和均匀性得到了明显提升,EPS颗粒的上浮现象得到了明显抑制。（3）分别完成了 4组EPS混凝土立方体抗压、棱柱体抗折、棱柱体单轴受压试验,分析了试件破坏过程和破坏特征,系统研究了各组试件的单轴受压性能并建议了应力-应变全曲线方程。EPS颗粒经过包裹强化处理后,立方体抗压强度提升80-110%,抗折强度提升40-90%,轴心抗压强度提升50%-75%;EPS颗粒采用MPC和WPU包裹的混凝土脆性比较明显,EPS颗粒采用UHPC包裹后,其轴心抗压强度与采用MPC和WPU包裹的混凝土相差不大,但延性系数提高150%,韧性系数提高50-90%,能量耗散系数提高40%,残余应力明显提高;EPS颗粒采用UHPC包裹的混凝土最适合作为结构材料使用。建议的应力-应变曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述EPS混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征,具有良好的适用性;本文的研究成果能为此类混凝土的结构设计提供理论基础,为结构材料选择EPS混凝土提供依据。（4）对EPS颗粒包裹的混凝土和EPS颗粒未包裹的混凝土进行了扫描电镜试验和声发射测试。试验结果表明包裹EPS颗粒与水泥基界面过渡区（ITZ）连接致密,界面过度区缝隙宽度远远小于未包裹的EPS颗粒;声发射试验结果表明EPS颗粒包裹的混凝土比未包裹的混凝土声发射撞击计数多,累计能量高,幅值大,高频分布广,表明EPS颗粒包裹的混凝土耗能和承载能力更强。扫描电镜和声发射的试验结果从微观上解释了 EPS颗粒包裹改性混凝土的宏观力学行为。（5）分别测试了四组EPS混凝土的抗碳化性能、抗冻性能和收缩性能。并结合扫描电镜试验解释了 EPS颗粒包裹后对混凝土耐久性提升的机理。着重分析EPS混凝土的抗冻性能,揭示了 EPS混凝土的抗冻破坏准则,并以相对动弹模量为损伤变量建立EPS混凝土冻融损伤模型。根据冻融损伤试验结果,拟合了 EPS混凝土冻融损伤模型,给出了 EPS混凝土相对动弹模量的衰减方程。基于抗冻试验结果,预测了四种EPS混凝土的抗冻寿命。（6）建立了 EPS混凝土和改性EPS混凝土的有限元模型,对比了 EPS颗粒包裹和未包裹的混凝土有限元计算结果,发现EPS颗粒包裹层明显提升EPS混凝土的力学性能;分析了不同包裹层材料对EPS混凝土力学性能的影响,发现包裹层材料强度越高,EPS混凝土强度越高。基于有限元试验结果,提出了包裹改性EPS混凝土的细观力学模型,并解释了包裹层对EPS混凝土力学性能提升机理。本文的研究成果对于EPS混凝土用于结构材料和装配式轻质墙板具有重要意义,对于推广低碳建筑,降低建筑能耗具有积极作用。
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