摻和料對(duì)生土墻體材料力學(xué)性能影響

陳燕順

(江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056)

1試驗(yàn)分析

1.1原材料

在影響研究實(shí)驗(yàn)中，原材料用到的是粘土、風(fēng)化頁(yè)巖。在粘土中以CaO、Fe2O3、SO3、SiO2、Al2O3為主要成分；在風(fēng)化頁(yè)巖中，則以SiO2、Al2O3、CaO為主要成分。其中的摻和料選取的是礦渣、水泥、粉煤灰。

1.2試樣制備

生土原材料為風(fēng)化頁(yè)巖和粘土進(jìn)行摻和所得，再添加摻和材料。在生土樣中的，含水量最佳，并通過(guò)模具(240 mm×120 mm×55 mm)來(lái)擠塑成型[3-4]。然后，統(tǒng)一放置在室溫下并且自然風(fēng)干，一直到含水率在0.5%以下后，再統(tǒng)一測(cè)試抗壓、抗折與抗剪強(qiáng)度以及收縮變形。

1.3方法

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，來(lái)科學(xué)測(cè)試生土墻體樣本的抗壓、抗折與抗剪強(qiáng)度以及收縮變形度。

2結(jié)果分析

2.1抗壓強(qiáng)度基本影響情況

2.1.1 單摻

在單摻摻量控制是5%～12%時(shí)，伴隨礦渣摻量的增多，樣本抗壓強(qiáng)度先增后減；伴隨水泥的增多，樣本一直增大；但粉煤灰有增有降、無(wú)規(guī)律可循。所以，在抗壓強(qiáng)度方面，以粉煤灰最差、礦渣次之、水泥最高。所以一般不會(huì)單摻粉煤灰，原因就是在礦渣中存在超過(guò)粉煤灰的堿性組分。在進(jìn)行夯實(shí)下極易和土體內(nèi)部的氧化鋁、氧化硅進(jìn)行反應(yīng)，并形成固化物，而增強(qiáng)土體抗壓性能。同時(shí)，礦渣比表面積也超過(guò)了粉煤灰，在進(jìn)行夯實(shí)下會(huì)更快反應(yīng)。但在水泥中存在礦物成分卻會(huì)在水化反應(yīng)中，緊固黏聚土粒子，出現(xiàn)越多的水化產(chǎn)物，就會(huì)產(chǎn)生越強(qiáng)的夯實(shí)性能。

2.1.2 復(fù)摻

在摻和料復(fù)摻時(shí)，土樣均在14d達(dá)到抗壓強(qiáng)度的最大值。復(fù)摻帶來(lái)的影響低于單摻水泥的影響，但超過(guò)了單摻粉煤灰。主要就是土體和水之間的具體結(jié)合形式、數(shù)量均不盡一樣。所以，在進(jìn)行蒸發(fā)中，也會(huì)具有不一樣的速率。在土體留下的水分一樣時(shí)，在礦渣和生土粒子進(jìn)行活性反應(yīng)中，粉煤灰發(fā)揮出激發(fā)劑作用，并帶來(lái)了適合的反應(yīng)條件，進(jìn)而增大粒子黏聚力。伴隨黏聚力的增大，干密度也在增大，相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度也就越大。

2.2抗折強(qiáng)度基本影響情況

2.2.1 單摻

在單摻礦渣、粉煤灰5%～12%時(shí)，土樣均先增后降抗折強(qiáng)度，并且以8%最強(qiáng)。在土樣中摻入5%～12%的水泥量時(shí)，摻量越多抗折強(qiáng)度就會(huì)增大。總體上看，在單摻摻和料中，以粉煤灰最低、礦渣次之、水泥最高。其中的原因主要就是生土墻體中存在摻和料后，就會(huì)在夯實(shí)能量一樣時(shí)，向土粒子空隙填充細(xì)小微粒，以至于土粒子接觸微粒的面變大，并降低了空隙的量，進(jìn)而增強(qiáng)了土樣的整體抗折強(qiáng)度。同時(shí)，在摻和料中還存在很多的CaO、土體SiO2、Al2O3，所以在進(jìn)行夯實(shí)中會(huì)出現(xiàn)固相反應(yīng)，而形成水硬性膠凝體，進(jìn)而提升土粒子黏聚力，令土樣具有更強(qiáng)的抗折強(qiáng)度。此外，水泥能夠很好地適應(yīng)生土，所以能夠發(fā)揮出更強(qiáng)的填充作用，所以，水泥可以用于顯著優(yōu)化生土墻體整體抗折性能。

2.2.2 復(fù)摻

伴隨礦渣、水泥的增多，生土樣本的抗折強(qiáng)度也變得更大。通過(guò)復(fù)摻摻和料，土樣抗折強(qiáng)度在28d上升至最大。主要就是生土材料中的固、液、氣占比會(huì)伴隨荷載及時(shí)間的推移出現(xiàn)變化。通過(guò)干燥蒸發(fā)，便能夠迫使土體液相位于土粒子與水的強(qiáng)結(jié)合態(tài)下。然后，土體中的氣相會(huì)變多，一旦受壓就會(huì)被壓縮，而緊密接觸固相粒子。同時(shí)，其中的缺陷也會(huì)擾亂氣泡、裂縫、界面等的應(yīng)力分布。在高度異質(zhì)性下，荷載不變下的土體局部應(yīng)力也會(huì)變異明顯。當(dāng)荷載消除后，便回復(fù)至原位應(yīng)變。通過(guò)復(fù)摻摻和料，則可防止內(nèi)部缺陷損傷或折斷生土墻體，但28d以后則會(huì)備受增大的抵抗變形所限制。考慮到水泥改善能力優(yōu)于礦渣，并且復(fù)摻后具有更佳的改善效果，所以，水泥在提升生土墻體抗折強(qiáng)度上效果顯著得多。

2.3抗剪強(qiáng)度基本影響情況

在干燥狀態(tài)下，把素土與改性土(和入石子粗骨料、各8%的礦渣與粉煤灰以及5%水泥)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28 d。再在100～400 kPa的正壓力下，統(tǒng)一測(cè)試改性以及硬化前后，這些生土墻體原材料的有關(guān)抗剪最大強(qiáng)度。考慮到在干燥時(shí)養(yǎng)護(hù)28 d后統(tǒng)一進(jìn)行的剪切試驗(yàn)，因此，在正壓力是零時(shí)，各個(gè)生土試件也存在一定程度的抗剪切能力。這時(shí)可以認(rèn)為其是生土位于初始狀態(tài)下的有關(guān)土體內(nèi)聚力，以體現(xiàn)出不一樣土體在條件一樣下所具備的抗剪強(qiáng)度值。

基于剪切應(yīng)力、位移下的縱、橫坐標(biāo)，可得土體剪切應(yīng)力和相應(yīng)剪切位移之間的變化關(guān)系。據(jù)研究結(jié)論顯示，通過(guò)硬化生土試件來(lái)體現(xiàn)生土墻體的整體抗剪強(qiáng)度，得到大幅變化趨勢(shì)：伴隨剪切應(yīng)力的持續(xù)增大，相應(yīng)的剪切位移也越來(lái)越大；待上升至最大剪切應(yīng)力以后，突然破壞試件，未持續(xù)變形延性情況；在摻和料與摻碎石的生土墻體中，剪切應(yīng)力及其變形都獲得程度各異的提升。主要就是碎石表面十分粗糙，令顆粒間出現(xiàn)更強(qiáng)的三向嵌入，進(jìn)而顯著增大了內(nèi)摩擦角提升。土體抗剪強(qiáng)度并不會(huì)只由單顆粒強(qiáng)度決定，與顆粒間咬合力聯(lián)系更緊密。而通過(guò)適量的摻和料，則可令粒子間咬合力變得更大，而提升抗剪強(qiáng)度。

2.4收縮變形基本影響情況

2.4.1 單摻的影響

針對(duì)生土墻體原材料，一般都會(huì)在養(yǎng)護(hù)早期出現(xiàn)收縮變形。所以，在養(yǎng)護(hù)10d齡期內(nèi)，展開(kāi)土樣的收縮變形研究試驗(yàn)。在單摻摻和料中，具有5%～12%的摻量時(shí)，相較于空白樣，試樣收縮變形出現(xiàn)大幅減小情況。針對(duì)單摻實(shí)驗(yàn)，礦渣帶來(lái)的收縮變形影響效果最佳、水泥最差、粉煤灰次之。主要就是在生土孔中，空氣干燥后就會(huì)蒸發(fā)水分，進(jìn)而縮小孔徑。在蒸發(fā)條件相同下，則會(huì)縮小收縮力。所以，為了降低收縮量，就應(yīng)縮小生土毛細(xì)孔的孔徑及數(shù)量。在同樣夯實(shí)下，向土粒子空隙就會(huì)填充細(xì)小礦渣粒，而擴(kuò)大二者接觸面積，降低土的孔隙量。其中，礦渣粒還會(huì)隔阻原來(lái)土粒子間距，而降低了毛細(xì)孔徑，所以會(huì)縮小土樣收縮變形。

2.4.2 復(fù)摻

在進(jìn)行復(fù)摻后，土樣出現(xiàn)小于空白樣的收縮變形。根據(jù)試驗(yàn)顯示的收縮變形結(jié)果可知，復(fù)摻土樣要較單摻土樣具有更大的收縮變形，但是，變化幅度卻并不顯著。無(wú)論改性與否，所有土樣的均在7 d之內(nèi)發(fā)生收縮變形，然后就維持基本不變狀態(tài)。所以，無(wú)論降低生土墻體原材料的整體收縮變形，便需要在早期就積極進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以便盡可能地防止水分過(guò)早失去現(xiàn)象出現(xiàn)。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代建筑工程中，生土墻體材料依舊是國(guó)內(nèi)很多村鎮(zhèn)主流建筑材料。但是，這種建筑原材料在具體投入使用中，卻需要添加適量的摻合料來(lái)進(jìn)行改性。所以，應(yīng)按照摻合料影響生土力學(xué)性能的規(guī)律，來(lái)盡量?jī)?yōu)化生土材料性能、增強(qiáng)其應(yīng)用效果。