基于理化改性的生土材料性能提升试验研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xcnyy_007
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生土建筑由于造价低廉、冬暖夏凉、资源能耗低以及环境友好等优势作为我国村镇地区居住建筑的重要传统形式将长期存在。针对生土材料强度低且以水泥、粉煤灰等材料为主的改性方式破坏了生土可再生性的问题,提出基于归田性的理化改性方案,其“归田性”指对环境无污染的废弃改性生土可二次回归农田并继续用于农业种植,实现资源再利用。本文将围绕基于归田性的生土材料理化改性技术方案展开研究,结合改性方案对生土砌体力学性能、生土墙体抗震性能的提升效果及抗压本构关系进行分析。主要工作及结论如下:(1)为提升生土材料的抗压、抗折强度,采用无毒、无害的改性材料进行理化改性正交试验研究,结合微观检测对改性机理进行探讨。经研究得到改性最优配比:水玻璃为0.8%,钾明矾为0.4%,尿素为1.2%,可再分散性乳胶粉为2%,秸秆为0.4%,减水剂为1%。改性最优配合比下试块的抗折强度是1.77MPa,提高40.4%,抗压强度是5.12MPa,提高50.1%,其强度相当于混凝土小型空心砌块MU5的强度。生土材料强度的提升主要是由于改性材料与土壤之间物理化学的综合作用,形成由硅酸盐类胶凝物和结晶体支撑的土壤骨架结构,从而宏观上表现为生土材料强度的提高。(2)为研究该改性方案下改性土壤的可归田性,通过检测机构对土壤的主控有益、有害指标检测和种植性试验的对比分析,各项数据表明:本改性技术方案不会破坏土壤结构,改性土壤各项主控有益指标基本符合绿化种植技术标准,各项有害指标均在合理范围,而在改性土占0%、50%、100%的种植试验中,10d后各土壤配比下作物的出苗时间、出苗率和植株高度相近,说明可以实现改性土壤的无害化归田种植。(3)通过对比改性砌体、素土砌体的抗压试验和沿通缝抗剪试验,研究结果表明:素土坯砖砌体与改性土坯砖砌体的抗压强度结果分别是0.874MPa和1.077MPa,改性后砌体的抗压强度提升了23.2%,同时改性砌体的破坏位移比素土砌体整体有所提升,即改性砌体的延性有所改善;素土砌体和改性生土砌体沿通缝抗剪强度分别为0.0291MPa、0.0341MPa,改性后砌体的抗剪强度提升了17.18%,说明材料改性方案对于提升生土砌体的力学性能具有较好的效果。(4)通过对改性生土墙和素土生土墙的拟静力试验,从两片墙体的试验现象、破坏形态、滞回曲线等方面进行分析,研究结果表明:改性生土墙和素土生土墙在整个过程中试验现象比较相似,最后都形成贯穿斜裂缝发生剪切破坏;改性生土墙在峰值荷载和极限荷载特征点分别比素土墙提高了19.7%、15.7%,改性后墙体的承载力有所提升,并且各荷载特征点的延性和耗能也有一定的改善,说明材料改性方案对于提升生土墙体的抗震性能具有较好的效果。(5)为建立符合生土材料特点且具有一定应用性的生土本构方程,通过不同工况下生土材料的单轴受压试验以及国内外现有生土材料本构方程的对比分析,研究结果表明:生土材料受压状态下应力-应变曲线的重要特征表现为曲线存在初始下凹段,修正建立的本构方程通过参数的变化,可实现对本试验和其他研究者试验曲线的较好拟合;根据生土材料强度与本构方程参数之间的关系,建立不同强度区间下生土材料本构方程的建议公式,初步形成生土材料本构关系数据库。
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