夯土民居生土墻體材料改性實驗初探★

魏歡歡 呂 帥 張 波* 魯田田 馮永健 朱 凱 唐建華

(陜西理工學院，陜西 漢中 723001)

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夯土民居生土墻體材料改性實驗初探★

魏歡歡 呂 帥 張 波* 魯田田 馮永健 朱 凱 唐建華

(陜西理工學院，陜西 漢中 723001)

對目前常用的生土化學和物理改性方法進行了歸納分析，以素土和礦粉為對比組，利用堿性激發(fā)劑加入對比組對其潛在活性進行激發(fā)，并給對比組加入劍麻纖維分別進行抗折、抗壓試驗，結果表明礦粉和劍麻纖維可用于陜南生土建筑的改性。

生土，堿激發(fā)，劍麻纖維，抗折抗壓試驗

1 概述

生土材料以其節(jié)能、綠色、環(huán)保、保溫、調濕、低成本、耗能低等優(yōu)點，在生態(tài)惡化的今天倍受世人關注。陜南地區(qū)受當地的自然條件及經濟條件的限制，夯土建筑仍大量存在[1]。然而傳統(tǒng)的生土材料因強度低、耐水性差、體積穩(wěn)定性差等缺點嚴重地限制了生土材料的應用，為了傳承和擴大生土建筑材料的應用，改善生土建筑性能，本文對常用的生土改性材料進行了分析比較，并對陜南當地的生土材料利用工業(yè)廢料礦粉和可再生麻纖維材料進行了改性試驗研究，研究結果為陜南地區(qū)生土材料的改性提供科學參考。

2 常用改性材料分析

2.1 化學改性

國內許多學者利用傳統(tǒng)膠凝材料諸如石灰、水泥、石膏等對生土進行改性固化并進行了一系列的試驗研究,改性后生土力學性能、耐久性能都有了一定程度的提高[2-4]。除此之外，丁蘇金等[5]研究了水泥、礦渣和硫酸鈉生土復合改性時硫酸鈉對生土粘結材料力學性能的影響，并優(yōu)化了配比參數，試驗結果表明，硫酸鈉在水泥、礦渣、硫酸鈉復合改性生土中的固化作用要優(yōu)于在水泥、硫酸鈉復合改性生土的固化作用。劉志華等[6]通過試驗研究分析了水泥，磷石膏及粉煤灰的單摻和復摻對改性生土材料抗壓強度的影響，結果表明水泥、磷石膏和粉煤灰的復合添加可顯著提高生土材料的無側限抗壓強度和耐水性，28 d抗壓強度最高可達到13.5 MPa。

劉志華等[7]選用高效固化劑混摻粉煤灰作為膠凝材料對原狀黃土固化進行了研究，制備了自密實生土基墻體材料。研究了水固比[m(水)∶m(水泥+生土+粉煤灰)]和減水劑(聚羧酸)摻量對改性生土材料抗壓強度、流動度和耐水性能的影響，并給出了具有自密實特性的最優(yōu)配比。馬聰等[8]進一步測試了高效固化劑混摻粉煤灰改性生土材料在不同齡期的無側限抗壓強度，得出了基于7 d抗壓強度為參數的中后期強度預測模型，可有效預測不同齡期改性材料的抗壓強度。

劉志華等[9]提出了一種以土聚水泥用于生土材料改性的方法，土聚水泥以偏高嶺土作為主要原材料，通過試驗研究了堿性激發(fā)劑種類和摻量、促硬劑對土聚水泥改性生土材料力學性能及耐久性能的影響，摻量25%土聚水泥改性生土材料28 d抗壓強度可達18.0 MPa，軟化系數達0.90。

劉軍等[10]研究粉狀固化劑不同摻量對生土墻體材料力學性能及耐久性的影響，通過試驗分析得出摻入固化劑的生土墻體材料的性能明顯優(yōu)于未摻試件，并且隨著固化劑摻量的增加，生土墻體材料力學性能、水穩(wěn)定性能、抗凍性能均明顯提高。

2.2 物理改性

隨著生態(tài)文明時代的到來，越來越多的人開始重新審視可再生天然材料對生土進行改性固化。王毅紅、阿肯江·托呼提等[11-14]利用麥秸、稻草等對土進行改性試驗研究，得出改性后土體的抗剪強度和抗壓強度較素土都有明顯提高。海然等[15]對黃麻纖維和秸稈纖維等廢棄物經過改性作用，纖維的粗糙度得到明顯提高，利用改性黃麻纖維和秸稈纖維對生土進行固化改性處理，改性后的生土材料力學性能和耐水性得到明顯提高，并通過實驗分析顯示，改性黃麻纖維與生土材料之間粘結更加緊密，生土材料與纖維界面粘結性能明顯改善。

此外，王毅紅等[16]通過輕型擊實試驗對黃土基材分別摻加不同比例的水泥，熟石灰，砂，麥秸進行改性處理，得到改性土料的最優(yōu)含水量及最大干密度，并通過分析得到改性生土的最優(yōu)含水量與摻量之間的關系，不同摻料對改性生土材料最優(yōu)含水量的影響規(guī)律，給出了定量分析的估算公式。胡小慶等[17]通過選取聚丙烯纖維的含量和長度兩個參數對素土進行加筋改性，進行了改性土無側限抗壓強度試驗和直剪試驗，研究表明纖維的加入能改善土體的抗壓、抗剪強度和變形特性，土體的內聚力得到提高，并得出當纖維長度為2.5 cm，纖維含量為0.2%時增強效果最為明顯。

生土改性方法眾多，而利用工業(yè)廢料和天然纖維材料對陜南生土進行改性符合可持續(xù)發(fā)展的需求，具有地域特色，本文采用工業(yè)廢料礦渣粉和天然劍麻纖維改性陜南地區(qū)生土材料，并進行試驗研究。

3 試驗研究

3.1 實驗材料

1)生土。取自漢中寧強陽平關，現已自然風干，用手很難掰開，將土磨細后過0.5 mm篩。2)礦渣微粉。礦渣微粉由漢中漢鋼新型建材有限公司提供，具體性能見表1。3)堿性激發(fā)劑。NaOH：天津市北聯精細化學品開發(fā)有限公司生產，白色粒狀固體。其NaOH含量大于96.0%，碳酸鹽(以Na2CO3計)小于1.5%。4)劍麻纖維：含雜不大于4%，回潮率不大于10%。5)水：自來水。

表1 礦渣微粉性能

3.2 實驗方法

以生土和礦粉為原材料，摻加適量堿性激發(fā)劑(NaOH)對其活性進行堿性激發(fā)，同時還有1組添加天然麻纖維對生土進行改性，固體材料每組試樣總稱重1 850 g，標準砂稱取固體材料的12.4%,稱取230 g，每組的配比制作40 mm×40 mm×160 mm 膠砂試塊3個，采用振動臺結合手搗成型，脫模后置于養(yǎng)護箱內養(yǎng)護14 d，控制溫度(0±2)℃，控制相對濕度60%～80%，養(yǎng)護至規(guī)定齡期，測其抗折及抗壓強度。實驗方案具體見表2。

表2 實驗方案及抗折、抗壓強度

3.3 抗折、抗壓試驗結果

生土材料最大缺點是強度較低，通過本次設計的方法改性后抗折及抗壓強度明顯提高，其中堿激發(fā)改性生土抗折、抗壓強度較原生土均得到明顯提高，并且抗折、抗壓強度隨著堿性激發(fā)劑的摻量提高而得到提高；天然劍麻纖維能明顯提高生土抗折強度，抗壓強度提高不明顯，實驗結果見表2。

4 結語

生土改性材料眾多，利用工業(yè)廢料和天然纖維材料對生土進行改性符合可持續(xù)發(fā)展的需求，利用工業(yè)廢料礦渣粉和天然劍麻纖維改性陜南地區(qū)生土材料，抗折、抗壓強度較原生土均得到明顯提高，試驗結果為陜南廣大地區(qū)村鎮(zhèn)生土房屋的建造提供參考。

[1] 王 赟，張 波.生土建筑在災后重建中的應用研究[J].世界地震工程,2009，31(3):159-161.

[2] 王偉超，王一新，陳興義.豫西北地區(qū)改性生土建筑材料抗壓試驗研究[J].河南理工大學學報(自然科學版)，2012，31(2)：221-224.

[3] 朱 珉，馬全明.灰土再次利用力學性能初探[J].四川建筑科學研究，2009，35(3):199-202.

[4] 尚建麗，麻向龍，張 磊.改性生土材料吸放濕性能研究與結構分析[J].硅酸鹽通報，2015，34(12)：3413-3417.

[5] 丁蘇金，楊鼎宜，王武祥，等.硫酸鈉對生土基粘結材料力學性能影響研究[J].硅酸鹽通報，2016，35(1)：204-208.

[6] 劉志華，楊久俊，陳兵磷，等.磷石膏粉煤灰改性生土材料試驗研究[J].粉煤灰綜合利用，2016(1):3-6,11.

[7] 劉志華，李園楓，楊久俊，等.自密實生土基墻體材料的試驗研究[J].新型建筑材料，2015(10)：45-48，77.

[8] 馬 聰，杜 驍，陳 兵.自密實生土基改性材料的強度發(fā)展規(guī)律研究[J].新型建筑材料，2016(1)：10-13.

[9] 劉志華，李園楓，楊久俊，等.基于土聚水泥生土材料改性試驗研究[J].硅酸鹽通報，2016，35(1):73-77.

[10] 劉 軍，盛國東，劉 宇.固化劑摻量對生土墻體材料性能的影響[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版)，2010，26(3):517-521.

[11] 石 堅,李 敏,王毅紅,等.夯土建筑土料工程特性的試驗研究[J].四川建筑科學研究，2006,32(4):86-87，110.

[12] 陳 嘉,阿肯江·托呼提.摻和麥秸稈纖維土體材料抗壓強度性能試驗研究[J].四川建材,2009,35(4):13-14,17.

[13] 焦春節(jié).土坯、泥漿改性試驗研究及生土墻體高厚比限值研究[D].昆明：昆明理工大學碩士學位論文,2008.

[14] 劉 軍,袁大鵬,周紅紅,等.狗尾草對加筋土坯力學性能的影響[J].沈陽建筑大學學報(自然科學版),2010,26(4):720-723,733.

[15] 海 然，劉俊霞，張茂亮，等.植物纖維增強生土材料結構與性能研究[J].建筑材料學報，2015(6)：1-8.

[16] 王毅紅，馬蓬渤，張 坤，等.改性生土材料最優(yōu)含水量的試驗測定[J].西安科技大學學報，2015(6):768-773.

[17] 胡小慶，洪 柳，徐光黎，等.纖維含量及長度對纖維加筋土強度的影響研究[J].安全與環(huán)境工程學報，2015，22(2)：139-143.

Modification experimental research on rammed earth houses raw-soil wall material★

Wei Huanhuan Lv Shuai Zhang Bo* Lu Tiantian Feng Yongjian Zhu Kai Tang Jianhua

(ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723001,China)

In the paper the raw-soil modified chemical and physical methods now being used commonly are analyzed effectively, with soil and slag powder as the contrast group, eight groups of flexural, compressive test on alkali-activated soil and slag powder and modified with sisal fiber, and the tests show slag powder and sisal fiber are applicable to modify raw-soil.

raw-soil, alkali-activated, sisal fiber, flexural and compressive test

1009-6825(2016)20-0095-03

2016-05-03★：陜西省科技廳工業(yè)攻關項目(項目編號：2015GY142)資助；2013年漢中市科技發(fā)展計劃項目(項目編號：2013FZ27)；陜西理工學院2015年大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助(項目編號：UIRP15090)

張 波(1976- )，男，博士，副教授

TU502

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