基本信息
- 项目名称：
- 泡沫塑料微珠轻质混合土在路堤减轻及建筑节能中的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本产品由再生泡沫塑料颗粒、原状粉煤灰、水泥、砂土和水组成，通过改变其各组分的含量，可使其密度在0.3-1g/cm3,强度在800-2300kpa 范围内变化，用于路堤减轻及建筑节能上。
- 详细介绍：
- 本课题研究泡沫塑料微珠轻质混合土新型填土材料来实现路堤减轻。其主要特点是容重比一般的土体小得多，而强度和变形特性大大超过良好的土体。混合土由泡沫聚苯乙烯颗粒、土、水泥、粉煤灰、水和外加剂组成，通过改变水泥、泡沫微珠、土、粉煤灰的比例，可使其重度在3～11kN/m3范围，强度可在800～2300kPa范围内自由调整，如此新材料的密度比一般的土体小得多，而强度和变形特性大大超过良好的土体。在桥头填土中，采用轻质混合土，可减轻地基的附加应力，减少工后沉降差，缓解桥涵与路基间材料的刚性突变，起到隔振作用，从而解决“桥头跳车”质量通病；另外新材料具有自立特性，对台背结构物几乎没有土压力的作用，可适度简化结构物的基础和挡土结构，提高结构物的使用寿命。 在建筑屋面保温方面，目前屋面保温材料大多采用聚苯乙烯泡沫塑料板，此种保温板材虽然应用广泛但也存在一些缺陷。①它强度比较低，用于上人屋面时还通常需增设刚性加强层，不仅浪费了材料，也增加了施工工序。②耐火性能比较差。建筑防火是非常关键的问题，聚苯乙烯泡沫塑料板的应用使得建筑的防火能力下降，而且容易成为火灾蔓延的载体。③成本昂贵，聚苯乙烯泡沫塑料板由石油提炼生产，价格很高。 研发的新型保温隔热材料具有如下优势：①具有质量轻、强度高、导热系数小等优点，是较为理想的上人屋面和屋顶的轻质保温材料，不用另外添加刚性加强层。②它的耐火性能、高温下变形性能都要优于聚苯乙烯泡沫板，可达到防火A级标准。③在使用时可以常温现场配制，泵送现浇，根据结构和保温要求调整其密度和强度。④使用再生泡沫微珠颗粒、工业废渣（粉煤灰）。降低材料成本，实现资源的再生利用，符合国家可持续发展的目标。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项目研发的泡沫塑料微珠轻质混合土是由再生泡沫塑料颗粒、原状粉煤灰、水泥、土和水及外加剂混合而成。采用免振现浇施工工艺用于路堤回填及建筑物有承载要求的上人屋面。代替土体用于路堤回填可有效降低回填部分与原土体之间的沉降差，解决“桥头跳车”这一公路通病。建筑上替代目前常用的、昂贵的泡沫聚苯乙烯隔热板，造价低廉，而且能达到建筑上的节能要求。 材料的配合比研究采用正交实验法，通过对多组配合比下的泡沫塑料微珠混合土密度、隔热性、常规力学性能、流动值及工作性进行对比分析，选取材料各项指标性能都较好的配合比进行试验研究。 通过本课题的研究，可制备符合国家标准的新型材料。研制的新材料具有优良的隔热保温性能，力学性能和耐久性能，密度小于土体密度，其成本大大低于现在广泛使用的聚苯乙烯泡沫塑料板。 本项目完成后达到的技术经济指标如下： 项目指标 密度 密度在0.4～1.0g/cm3 无侧限抗压强度 800～2300kPa强度等级 CBR值 5～9% 隔(导)热系数 0.058～0.08W/(M.k) 耐火性 优于聚苯乙烯板，达到防火A级要求 吸水性 吸水膨胀率≤1% 应用技术关键可靠的保温性能，可行的施工工艺 经济性 8～10元\m2 ，低于聚苯乙烯板30元\m2
科学性、先进性
- 高速公路软弱土地基段和高填路堤“桥头跳车”是建设管理者关注的质量通病。桥头跳车现象造成行驶车辆产生颠簸和跳跃，影响行车安全甚至造成交通事故。为解决这一问题，目前公路技术人员大多从软弱地基本身处理着手，提高其承载力并减少工后沉降。但这不能完全解决容许工后沉降问题或过于保守造成巨大的设计浪费。而此新材料从减轻路堤重量着手，能更有效解决以上问题。 在建筑节能方面，目前房屋屋面保温材料大多采用聚苯乙烯泡沫塑料板，此种保温板材虽然应用广泛但也存在一些缺陷。①强度低，用于上人屋面时还通常需增设刚性加强层。②耐火性能比较差。③成本昂贵，聚苯乙烯泡沫塑料板由石油提炼生产，价格很高。 新材料具有如下优势：①质量轻、强度高、导热系数小，作为无屋面保温材料，不用另外添加刚性加强层。②它的耐火性能优于聚苯乙烯泡沫板。③在使用时常温现场配制，可以自由调节其密度和强度。④可以大量回收利用白色垃圾（泡沫塑料）、工业废渣（粉煤灰）。降低材料成本，实现资源的再生利用，符合国家可持续发展的目标。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 完成阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 照片 实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 通过改变水泥、泡沫颗粒、土、粉煤灰的比例，可使其容重在5～11kN/m3范围，强度可在300～2300kPa范围内自由调整，如此新材料的密度比一般的土体小得多，而强度和变形特性大大超过良好的土体。在桥头填土中，采用轻质混合土，可减轻地基的附加应力，减少工后沉降差，缓解桥涵与路基间材料的刚性突变，从而解决“桥头跳车”质量通病；另外新材料具有自立特性，对台背结构物几乎没有土压力的作用，可适度简化结构物的基础和挡土结构，提高结构物的使用寿命。 目前在建筑领域，普遍使用泡沫聚苯乙烯板做为隔热保温材料。没有直接利用泡沫塑料颗粒进行保温施工的先例。 新材料使用后以其强度高的特点，可以完全省略传统保温材料的刚性加强层，简化施工工序、节省建筑材料用量，降低成本。其次，传统聚苯板的价钱为30元/m2,而新材料价格为8元/m2，新材料具有一定的经济优势。另外，聚苯板原材料直接从石油中提取，是一种化工材料，新材料的推广可以大大减少化工产品的使用，具有一定的环保效益。
同类课题研究水平概述
- 目前建筑上的保温材料大多是一些特制的板材，如屋面保温板，墙面保温隔声板材等，很少有直接应用泡沫塑料颗粒为原料的产品。 所以其在做建筑保温隔热材料方面存在着巨大的增长潜力，应用前景很可观。其原材料取材方便（工业废渣、废弃泡沫打碎）不但变废为宝，使成本低廉，而且有利于环境保护。另外其配制方法简单、可在使用场地现场配制，简化施工工艺。因而具有显著的经济效益、社会效益和环保效益。此外质量轻、强度高、导热系数小等优点，使其成为一种较为理想的可用于建筑屋面的新型保温材料。 上世纪七十年代以来，世界土木工程界开始寻求“不进行地基处理的软基处理方法”，即通过减轻上部填土重量来降低地基中的应力水平，提高稳定性和减少沉降，以解决“桥头跳车”和局部软基问题。70年代初，挪威、荷兰等欧洲软土国家就开始采用模压法发泡聚苯乙烯—EPS来制作泡沫塑料轻质路堤，但由于其价格过于昂贵而难以大规模推广。针对泡沫颗粒的不足之处，80年代末，日本等国开始研究“轻质混合填土”，即将土、砂和EPS球粒（或碎粒、片等）混合起来，再加入水泥、石灰等胶结材料，制成轻质填土材料—SLS，SLS的密度虽然比纯粹的泡沫颗粒密度大，但其强度大，价格低。可以根据具体工程条件来决定填土材料的密度、强度、压缩模量。同时还能够利用废泡沫塑料和建设废土，兼顾环境问题。由于这种材料具有快硬性，可以缩短填土施工工期，也可以与土工合成材料配合使用。目前在日本，SLS工法的应用已经形成产业化，除了用作公路建设中桥台、挡土墙台背的填土外，还可用作地下工程和管线工程的回填料。
