劉飛 南金東 李剛 吳彬

摘 要：擠塑聚苯乙烯保溫板是南水北調(diào)渠道工程中的防凍脹材料，利用各種不同的方式對(duì)擠塑聚苯乙烯保溫板的表面進(jìn)行研究，探討了擠塑聚苯乙烯保溫板的摩擦系數(shù)和混凝土粘結(jié)對(duì)表面的影響，探討結(jié)果顯示，在同等變形量下，擠塑聚苯乙烯保溫板比發(fā)泡聚苯乙烯保溫板的壓縮強(qiáng)度好。我國(guó)的北方地區(qū)的輸水渠道經(jīng)常會(huì)因?yàn)閮雒浂獾狡茐?，因此多?shù)地區(qū)已經(jīng)采用了擠塑聚苯乙烯保溫板的防凍脹措施進(jìn)行保護(hù)，文章不僅介紹了擠塑聚苯乙烯保溫板防凍脹的原理，而且介紹了擠塑聚苯乙烯保溫板的物理特性，探討了在不同的狀態(tài)下如何才能更好地選取合適的厚度的保溫板。

關(guān)鍵詞：擠塑聚苯乙烯；保溫板；防凍脹；渠道

我國(guó)北方地區(qū)冬季寒冷，因此每年我國(guó)北方地區(qū)會(huì)有大量的建筑物由于季節(jié)嚴(yán)寒而遭到凍脹而破壞，不僅浪費(fèi)大量的資金來(lái)維修，也浪費(fèi)了很多人力資源。所以國(guó)家十分重視北方地區(qū)水工建筑物的防凍脹問題，目前，我國(guó)北方地區(qū)采用了擠塑聚苯乙烯保溫板的防凍脹措施進(jìn)行保護(hù)，并且取得了良好的效果。文章對(duì)擠塑聚苯乙烯保溫板的防凍脹設(shè)計(jì)的性能進(jìn)行了具體的分析和探討，對(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)防凍脹措施具有借鑒價(jià)值。

1 防凍脹措施

（1）保溫法。保溫法是指將保溫材料鋪設(shè)在混凝土板的下面，消除基土產(chǎn)生凍脹的負(fù)溫因素。我國(guó)先前一直采用發(fā)泡聚苯乙烯保溫板作為防凍脹的材料，這種發(fā)泡聚苯乙烯保溫板是以發(fā)泡聚苯乙烯為原料，然后經(jīng)過特定的加工，定性等形成保溫的材料，這種材料形成的保溫板具有很好的保溫效果，但發(fā)泡聚苯乙烯在實(shí)際應(yīng)用中也存在很多問題，例如它的吸水率較大，當(dāng)保溫板長(zhǎng)期處在水中，如果保溫板發(fā)泡顆粒之間充滿水，便會(huì)失去保溫效果，此外，發(fā)泡聚苯乙烯的密度小，抗壓能力也低，在其表面施工具有很大的危險(xiǎn)性。而擠塑聚苯乙烯保溫板是以聚苯乙烯樹脂為母料，同時(shí)加上其他的原料，經(jīng)過加熱處理后，往里注入催化劑，之后擠塑可以形成硬質(zhì)泡沫塑料板。相比發(fā)泡聚苯乙烯保溫板，擠塑聚苯乙烯具有完整的閉孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就是讓擠塑聚苯乙烯的吸水率變得極低，抗壓度變得更高，從而使保溫效果變得更好。通常狀態(tài)下，擠塑聚苯乙烯保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)僅為混凝土的2%，為粉砂壤土的4%，選用適當(dāng)厚度的擠塑聚苯乙烯保溫板作為保溫墊層，可使基土溫度控制在0℃以上，消除凍脹破壞。然而擠塑聚苯乙烯保溫板表面光滑，與混凝土不能很好的粘結(jié)，會(huì)導(dǎo)致在表面施工時(shí)容易發(fā)生滑移的現(xiàn)象，這樣的話就會(huì)容易導(dǎo)致混凝土裂開，所以在此之前我國(guó)的渠道中也沒有出現(xiàn)擠塑聚苯乙烯保溫板作為防凍材料的實(shí)例。（2）換填法。換填法就是指將混凝土下的凍脹性材料換成非凍脹性材料的方法，但是這種做法的劣勢(shì)就是一旦換填的材料距離施工地點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，這時(shí)所需要的工程量就會(huì)變大，并且運(yùn)輸材料的成本也會(huì)很高，既浪費(fèi)人力又浪費(fèi)物力。

2 特點(diǎn)

（1）物理特點(diǎn)。聚苯乙烯保溫板是一種性能很好的保溫材料，目前，保溫材料品類眾多，由于聚苯乙烯的質(zhì)量輕，吸水率低，不透水等優(yōu)良性能，在充滿水的情況下依然能保持好的隔熱效果；抗壓強(qiáng)度高，具有理想的尺寸穩(wěn)定性，可在其表面進(jìn)行大規(guī)模機(jī)械化混凝土板襯砌等優(yōu)勢(shì)，因此，在大多數(shù)地區(qū)被實(shí)行采用。（2）凍融循環(huán)特點(diǎn)。利用凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)可以知道，聚苯乙烯保溫板的熱膨脹系數(shù)并沒有發(fā)生什么特別的變化，但是它的含水量卻在不斷的增大，因此可以得出結(jié)論，凍融循環(huán)的次數(shù)會(huì)影響聚苯乙烯保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)。

3 聚苯乙烯保溫板保溫作用

擠塑聚苯乙烯保溫板最重要的性能就是其導(dǎo)熱系數(shù)低、高熱阻、低線性、膨脹比低，其結(jié)構(gòu)的閉孔率達(dá)到了99%以上，形成真空層，避免空氣流動(dòng)散熱，確保其保溫性能的持久和穩(wěn)定。我們可以利用這種性能來(lái)改變渠道周圍熱量的輸入輸出和轉(zhuǎn)化，這樣來(lái)改變土的結(jié)構(gòu)，提高凍土的溫度，減緩凍土的凍結(jié)時(shí)間和水分的遷出量，減弱凍脹量。

4 聚苯乙烯保溫板變化

擠塑聚苯乙烯保溫板的吸水率不高，但是它一旦吸水，導(dǎo)熱系數(shù)就會(huì)發(fā)生很大的變化。隨著含水率的不同，導(dǎo)熱系數(shù)也會(huì)隨之發(fā)生變化。

計(jì)算：擠塑聚苯乙烯保溫板的大小問題一般是利用類似法，利用相關(guān)的工程的實(shí)驗(yàn)來(lái)給同類型的工程做一個(gè)示例。比如說(shuō)假設(shè)某個(gè)工程的臨界熱阻值設(shè)為R，可以通過以下計(jì)算得出臨界熱阻值

R=KKwR0■

在上式中，R為熱阻值，K是安全系數(shù)，Kw是修正系數(shù)，I是比擬凍結(jié)指數(shù)，I0是工程中的凍結(jié)指數(shù)，上式還可以寫成：

R=0.06KKw■

當(dāng)在干燥情況下時(shí)，計(jì)算公式又可以為D=KdD0-？啄■

5 聚苯乙烯保溫板表面光滑問題

提高擠塑聚苯乙烯表面的摩擦系數(shù)，可以在保溫板后對(duì)它的表面進(jìn)行拉毛處理，拉毛處理主要就是為了增大保溫板表面的摩擦系數(shù)，在拉毛處理之后的擠塑聚苯乙烯保溫板的表面會(huì)形成一層毛面，大大增加了摩擦程度。經(jīng)過拉毛處理過的擠塑聚苯乙烯保溫板的摩擦系數(shù)大大增加，壓縮的強(qiáng)度卻大大降低了，而且吸水率也大大提高，所以說(shuō)，在增大摩擦力的同時(shí)也帶來(lái)了很大的劣勢(shì)。

增大摩擦系數(shù)的方法很多，還有一個(gè)就是可以撒碎石子在擠塑聚苯乙烯保溫板的表面，這樣不僅增大了保溫板表面的摩擦系數(shù)，而且改善了它與混凝土的粘度。

6 擠塑型聚苯乙烯保溫板在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用

擠塑聚苯乙烯保溫板首次在南水北調(diào)工程中被廣泛運(yùn)用，擠塑聚苯乙烯保溫板作為防凍脹材料，在渠道基層鋪設(shè)10cm沙礫料后用U型釘將保溫板固定，再鋪設(shè)焊接復(fù)合土工膜后，便可以采取施工澆筑混凝土了。施工結(jié)果顯示，擠塑聚苯乙烯保溫板在混凝土澆筑后表面沒有出現(xiàn)滑移的情況，并且在經(jīng)過使用一段時(shí)間后，也并未產(chǎn)生變形情況。擠塑聚苯乙烯保溫板和發(fā)泡聚苯乙烯保溫板進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)擠塑聚苯乙烯保溫板的導(dǎo)熱系數(shù)是發(fā)泡聚苯乙烯保溫板的三分之二，并且擠塑聚苯乙烯保溫板的厚度要比發(fā)泡聚苯乙烯的厚度小，但二者產(chǎn)生的保溫效果卻是一樣的；而且擠塑聚苯乙烯保溫板可以進(jìn)行機(jī)械化襯砌，既能提高施工效率，又能減少人工節(jié)約成本，能夠產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)束語(yǔ)

（1）擠塑聚苯乙烯保溫板是一種良好的抗凍脹保溫材料，并且能夠改變混凝土面板下的溫度。（2）在相等的保溫情況之下，擠塑聚苯乙烯保溫板的減縮能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)泡聚苯乙烯保溫板的減縮能力。（3）擠塑聚苯乙烯保溫板表面噴砂或開槽處理后的擠塑聚苯乙烯保溫板的摩擦系數(shù)明顯增大，并且長(zhǎng)期使用下不會(huì)發(fā)生變形和脫離的狀況。（4）擠塑聚苯乙烯保溫板的抗壓強(qiáng)度極高、抗沖擊性極強(qiáng)，根據(jù)不同型號(hào)及厚度其抗壓強(qiáng)度達(dá)到150～500Kpa以上，能承受各系統(tǒng)地面荷載。（5）擠塑聚苯乙烯保溫板能有效防水滲透，可以有效減少泥土結(jié)凍等情況的出現(xiàn)，控制地面脹凍情況，有效阻隔地氣免于濕氣破壞。（6）擠塑聚苯乙烯保溫板具有良好的穩(wěn)定性、防腐性，長(zhǎng)時(shí)間的使用中，不老化、不分解、不產(chǎn)生有害物質(zhì)，其化學(xué)性能極其穩(wěn)定，不會(huì)因吸水和腐蝕等導(dǎo)致降解，使其性能下降，在高溫環(huán)境下仍能保持其優(yōu)越的性能。

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