中國(guó)傳統(tǒng)三合土材料配方的試驗(yàn)研究

易識(shí)遠(yuǎn)，魏國(guó)鋒，張秉堅(jiān)，劉效彬

(1.安徽大學(xué) 歷史系，安徽 合肥 230039；2.安徽大學(xué) 歷史系，安徽 合肥 230039；3.浙江大學(xué) 文物與博物館學(xué)系，浙江 杭州 310027;4.江蘇師范大學(xué) 歷史文化與旅游學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 引言

三合土是由粘土、石灰和河砂組成的應(yīng)用極為廣泛的中國(guó)傳統(tǒng)建筑材料.傳統(tǒng)三合土主要用于居室的地面、屋面、房基、地面墊層以及城墻、石橋、堤岸、炮臺(tái)和墓葬的建造中.隨著社會(huì)發(fā)展與古人長(zhǎng)期大量的實(shí)踐，三合土的配方也發(fā)生著改變[1].明“用以襄墓及貯水池，則灰一分，入河砂、黃土二分，用糯粳米、羊桃藤汁和勻，輕筑堅(jiān)固，永不隳壞，名曰‘三合土’”[2].清代，“灰土即石灰與黃土之混合，或謂‘三合土’；灰土按四六摻和，石灰四成，黃土六成.”,“土之多寡，大率以三分石灰、二分土、一分砂為準(zhǔn)，而其土即以山穴土為之”[3].一些特殊的三合土中還加入了紅糖、蛋清、糯米等有機(jī)原料[4].

遺留至今的三合土建筑數(shù)量眾多，具有重要的歷史、藝術(shù)和科學(xué)價(jià)值.然而，隨著歲月的流逝，在環(huán)境因素和三合土本體成分、結(jié)構(gòu)等因素的長(zhǎng)時(shí)間影響下，這些三合土建筑大都遭受到不同程度的損壞.尤其是近年來(lái)工業(yè)化和城市化的發(fā)展，導(dǎo)致環(huán)境污染問(wèn)題愈加嚴(yán)重，更加速了三合土材料的老化、失效，這樣就使三合土建筑的保護(hù)更加迫切.

文物保護(hù)的一個(gè)基本原則就是“保存文物的原狀”.所謂原狀，不僅包括文物原來(lái)的形制、結(jié)構(gòu)，也包括在保護(hù)修復(fù)中使用原來(lái)的材料和原來(lái)的工藝技術(shù).根據(jù)這一文物保護(hù)理念，選擇傳統(tǒng)三合土材料對(duì)三合土建筑進(jìn)行保護(hù)，不僅感觀上和諧自然，而且在理化性質(zhì)上相容性也好，可以有效避免水泥等現(xiàn)代膠凝材料的應(yīng)用所帶來(lái)的危害.

如何選擇合適的材料對(duì)古三合土建筑進(jìn)行修復(fù)，成為學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn).彭海濤，張琪等學(xué)者，將糯米漿按適當(dāng)比例加入兩種遺址修復(fù)用三合土中，經(jīng)性能檢測(cè)分析后得出，兩種添加過(guò)糯米漿的三合土性能均優(yōu)于未添加糯米漿的三合土，其顯微結(jié)構(gòu)也變得更為致密[5].在三合土有機(jī)物添加劑試驗(yàn)及成分檢測(cè)方面，紀(jì)曉佳，龐苗等學(xué)者固定三合土某一配比后，添加0%、3%、5%、10%的糯米漿液，在自然條件下養(yǎng)護(hù)固定時(shí)間對(duì)其抗壓、抗拉伸、抗劈裂和表面硬度進(jìn)行測(cè)試[6]，得出糯米漿濃度接近5%時(shí)，性能最好.胡文靜，方世強(qiáng)等學(xué)者利用抗原抗體免疫反應(yīng)的高特異性和靈敏度，使用酶聯(lián)免疫吸附法檢測(cè)蛋清三合土灰漿中的蛋清成分，最低檢測(cè)濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003%[7].同時(shí)Selvaraj Thirumalini等學(xué)者，研究在三合土等石灰基建筑材料中添加一定的有機(jī)添加劑，不僅可以提高石灰分子間黏著力，還可提升沙礫間的融合度[8].這些研究,為傳統(tǒng)三合土建筑材料提升更好的物理性能提供了更多科學(xué)依據(jù).

在文化遺產(chǎn)保護(hù)中，傳統(tǒng)三合土材料歷經(jīng)千百年的時(shí)間驗(yàn)證，其耐久性和安全性是現(xiàn)代水泥等新型材料所無(wú)法比擬的.傳統(tǒng)三合土是極其寶貴的科學(xué)資料，蘊(yùn)含著深刻的科學(xué)道理.時(shí)至今日，囿于中國(guó)古代的文化傳統(tǒng)和科技現(xiàn)狀，人們對(duì)傳統(tǒng)三合土材料的配方和科學(xué)機(jī)理等仍然知之不多，這嚴(yán)重制約了三合土建筑保護(hù)中的應(yīng)用.傳統(tǒng)三合土的科學(xué)研究，已成為三合土建筑遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域面臨的必須解決的重大科技問(wèn)題.

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用土樣與磚塊采自浙江大學(xué)玉泉校區(qū)老和山；氧化鈣(AR)和氫氧化鉀(AR)，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；工業(yè)灰鈣粉(Ca(OH)2%≥90%)，浙江建德李家新興涂料粉劑廠生產(chǎn)；百大荒牌糯米和砂(粗砂和細(xì)砂)分別購(gòu)自超市和建筑材料市場(chǎng).

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

三合土的分析檢測(cè)所需儀器設(shè)備包括：自制抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀；LX-A型硬度計(jì)，無(wú)錫市前洲測(cè)量?jī)x器廠；掃描電鏡(SEM)，SIRION-100，F(xiàn)EI(美國(guó))；X射線衍射光譜儀(XRD)，AXS D8 ADVANCE(德國(guó))；DSC-TG分析儀，NETZSCH STA 409 PC/PG(德國(guó)).

1.3 樣品制備

將所采土樣在室內(nèi)自然風(fēng)干 7 天后，用錘子砸碎大顆粒土塊，然后分別過(guò)0.42 mm 和0.12 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，收集粒徑φ<0.42 mm和φ<0.12 mm的土樣，測(cè)其含水率后密封保存?zhèn)溆?砂樣依次過(guò)2.05 mm和0.42 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，分別收集粒徑0.42 mm<φ<2.05 mm和φ<0.42 mm的部分備用.磚塊粉碎后依次過(guò) 0.85 mm和0.42 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，收集粒徑0.42 mm <φ< 0.85 mm的磚粉備用.

用研磨機(jī)預(yù)先將糯米磨成粉，按配制濃度為5%的糯米漿所需的糯米量和水量，分別稱取一定質(zhì)量的糯米粉和去離子水，將兩者置于電飯鍋內(nèi)混合均勻.記錄此時(shí)糯米漿在電飯鍋內(nèi)的刻度，加熱煮沸4小時(shí).期間，定時(shí)加水，使糯米漿的濃度保持不變.濃度為5%的糯米漿熬制成功后，待其冷卻到室溫后，將之稀釋成濃度為4%、3%、2%、1%的糯米漿備用.

本次實(shí)驗(yàn)制備了圓柱體(φ38 mm×39 mm)和圓餅狀(φ38 mm×14 mm)兩種規(guī)格的三合土，其成分配比如表1所示.將土樣、砂、石灰、糯米漿等材料按表1中的配比混合均勻后密封保存，含水量控制在14%.稱取適量混合均勻的三合土原料，放入自制擊實(shí)模具中，采用擊實(shí)錘進(jìn)行擊實(shí).控制擊實(shí)次數(shù)，使所制備三合土的濕密度控制在1.7 g/cm3.三合土試塊脫模后，置入溫度為20～25 ℃、相對(duì)濕度在60%～80%的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后對(duì)其進(jìn)行分析檢測(cè).

表1實(shí)驗(yàn)用三合土試塊的材料配方

2 土樣的XRF分析

采用X射線熒光光譜儀對(duì)實(shí)驗(yàn)所用老和山土樣進(jìn)行成分分析.根據(jù)表2的測(cè)試結(jié)果，老和山土樣的鈣含量較低，不到1%，而硅、鋁含量較高.

表2老和山土樣的XRF分析結(jié)果(%)

3 三合土性能表征

3.1 抗壓強(qiáng)度

表3三合土的抗壓強(qiáng)度和表面硬度測(cè)試結(jié)果

抗壓強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，將三合土的圓柱體試塊固定在抗壓強(qiáng)度測(cè)試儀的樣品臺(tái)上，調(diào)整儀器，使樣品的上表面與壓力竿充分接觸，然后以0.02 MPa/s的加載速度加壓，記錄樣品破壞時(shí)儀器的最高讀數(shù)，即為抗壓強(qiáng)度數(shù)值.測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3.

對(duì)采用氧化鈣、土樣和細(xì)砂制備的三合土(T1～T6)而言，當(dāng)灰、土、砂的比例分別為1∶4∶2(T1)、1∶2∶2(T2)、1∶2∶4(T3)時(shí)，其抗壓強(qiáng)度較好，均高于純土樣的抗壓強(qiáng)度.其中，T1的28 d抗壓強(qiáng)度和60 d抗壓強(qiáng)度均最高，分別高達(dá)0.75 MPa和0.92 MPa.其他三種配比的三合土，其抗壓強(qiáng)度大多低于純土樣的.測(cè)試結(jié)果顯示，土和砂含量較高、氧化鈣含量較低的三合土，其抗壓強(qiáng)度較高.

比較樣品T3和T7，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用磚粉取代細(xì)砂作為三合土的骨料時(shí)，三合土28 d抗壓強(qiáng)度得到了較好的提升，但其60 d抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯改善，表明磚粉對(duì)三合土早期強(qiáng)度的提高有促進(jìn)作用.自希臘化時(shí)代開(kāi)始，磚粉石灰砂漿就廣泛被用于溝渠、橋梁、水池等的防水材料[9].究其原因，是因?yàn)榇u粉良好的火山灰性促使磚粉石灰砂漿發(fā)生火山灰反應(yīng)，從而使其強(qiáng)度提高，且具有一定的水硬性[10].磚粉三合土早期強(qiáng)度的提高，應(yīng)與其所用磚粉具有一定的火山灰性有關(guān).

當(dāng)骨料采用粗砂(T8)時(shí)，三合土的28 d和60 d抗壓強(qiáng)度較之細(xì)砂骨料的三合土均得到了明顯提升，分別高達(dá)0.90 MPa和1.24 MPa，從而表明骨料的粒徑大小對(duì)三合土的抗壓強(qiáng)度的改善至關(guān)重要.較大粒徑的骨料更有利于三合土強(qiáng)度的提高.研究表明，骨料的添加，可以改善石灰砂漿的體積穩(wěn)定性、耐久性和結(jié)構(gòu)性能.當(dāng)砂的粒徑在0～4 mm時(shí)，石灰砂漿具有很好的抗壓強(qiáng)度[11].土樣粒徑φ<0.12 mm的三合土(T9)，其28 d和60 d抗壓強(qiáng)度較之土樣粒徑φ<0.42 mm的三合土(T3)大幅降低，甚至低于純土樣的抗壓強(qiáng)度.可見(jiàn)，小粒徑的細(xì)土?xí)谷贤恋目箟簭?qiáng)度降低.

當(dāng)采用工業(yè)灰鈣粉替代分析純氧化鈣制備三合土?xí)r，其28 d和60 d抗壓強(qiáng)度較之分析純氧化鈣三合土(T3)也大幅降低.研究表明，石灰的形貌比其化學(xué)成分對(duì)灰漿孔隙度的影響更大[12].而灰漿孔隙度直接影響到其抗壓強(qiáng)度等物理性能.由此可見(jiàn)，以工業(yè)灰鈣粉作為原料的三合土，其抗壓強(qiáng)度較低的原因，可能與其形貌有很大關(guān)系.關(guān)于這一問(wèn)題，有待進(jìn)一步研究.

在三合土中加入20%KOH溶液，使三合土(T11)的28 d抗壓強(qiáng)度得到了明顯改善，但其60 d抗壓強(qiáng)度與沒(méi)有加入20%KOH溶液的三合土(T3)大致相當(dāng).氫氧化鉀是一種常用的堿性激發(fā)劑，可以促使粘土礦物發(fā)生火山灰反應(yīng)，從而生成具有一定膠結(jié)作用的水化硅酸鈣和堿性鋁硅酸鹽等礦物[13-14].這應(yīng)該是添加了KOH溶液的三合土(T11) 28 d 抗壓強(qiáng)度提高的原因.

加入糯米漿的三合土，其28 d和60 d抗壓強(qiáng)度均隨糯米漿濃度的增加而提升；當(dāng)糯米漿濃度為5%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度最佳.糯米漿三合土抗壓強(qiáng)度提高的原因可能是因?yàn)榕疵字ф湹矸凵系?OH能與石灰水化產(chǎn)物氫氧化鈣的Ca2+結(jié)合，導(dǎo)致Ca2+濃度減小，促進(jìn)氫氧化鈣電離反應(yīng)的進(jìn)行，使OH-濃度增加，堿性增強(qiáng),從而對(duì)粘土礦物發(fā)生火山灰反應(yīng)起到堿性激發(fā)的作用[15].

3.2 表面硬度

采用LX-D型硬度計(jì)測(cè)試其表面硬度，測(cè)試結(jié)果如表3所示.

除采用工業(yè)灰鈣粉的三合土樣品(T10)的28 d表面硬度低于純土樣外，其他三合土樣品的28 d表面硬度均高于純土樣的，表明三合土樣品的表面硬度優(yōu)于純土樣.與樣品T3相比較，以磚粉(T7)和粗砂(T8)作為骨料的三合土、采用粒徑φ<0.12 mm的細(xì)土制備的三合土(T9)以及加入20% KOH水溶液的三合土，其28 d表面硬度均稍有降低；而加入糯米漿的三合土(T12～T14)，其28 d表面硬度有所提高.

3.3 耐水浸泡性實(shí)驗(yàn)

耐水浸泡性是衡量三合土性能的一個(gè)至關(guān)重要的指標(biāo).將所制備的圓餅狀三合土和純土樣，在室內(nèi)自然條件下養(yǎng)護(hù)60 d后進(jìn)行耐水浸泡性實(shí)驗(yàn).圖1A和圖1B分別是浸泡前與浸泡60 d后的照片.可以看出，所有三合土樣品在浸泡二個(gè)月之后仍完好無(wú)損，而純土樣置入水中幾分鐘后就開(kāi)始崩解，表明三合土具有優(yōu)良的耐水浸泡性.

為了深入研究三合土樣品的耐水浸泡性，對(duì)浸泡前和浸泡7天后的樣品進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，用軟化系數(shù)(浸泡后抗壓強(qiáng)度與浸泡前抗壓強(qiáng)度的比值)表示其耐水浸泡性的優(yōu)劣(表4).軟化系數(shù)越高，表明其耐水浸泡性越佳.

圖1 各種三合土試塊的耐水浸泡性實(shí)驗(yàn)(A.浸泡前； B.浸泡60天)

在表4中，純土樣遇水即刻崩解，其7 d抗壓強(qiáng)度無(wú)法測(cè)出，故無(wú)法計(jì)算其軟化系數(shù)，在此可將其軟化系數(shù)視為0，表示其幾乎沒(méi)有耐水性.而三合土樣品的軟化系數(shù)遠(yuǎn)高于純土樣(表4和圖2)，可見(jiàn)其耐水浸泡性之佳.從各三合土樣品(T1～T6)的軟化系數(shù)可以看出，氧化鈣和砂的含量較高、粘土含量較低的三合土樣品，其耐水浸泡性較佳.

圖2 純土樣與三合土T1～T6的軟化系數(shù)

根據(jù)三合土T3和T7～T11的軟化系數(shù)(圖3)可以看出，采用磚粉作骨料的三合土樣品(T7)，其軟化系數(shù)高達(dá)0.97，耐水性提高了43%；而采用粗砂作骨料時(shí)(T8)，其耐水性降低了47%；采用粒徑φ<0.12 mm的細(xì)土(T9)和采用工業(yè)灰鈣粉(T10)制備的三合土，其耐水性明顯降低.加入20%KOH的三合土，其軟化系數(shù)高達(dá)1.06，耐水性提高了56%.

加入了糯米漿的三合土樣品(圖4)，當(dāng)糯米漿濃度較低時(shí)，其耐水性稍有改善，而當(dāng)糯米漿濃度達(dá)到5%時(shí)，其耐水性反而降低.

圖3 三合土T3和T7～T11的軟化系數(shù)

圖4 三合土T3和T12～T14的軟化系數(shù)

3.4 耐凍融循環(huán)

圖5 各種三合土樣品耐凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)前后的表面狀況(A.耐凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)前；B.7次凍融循環(huán)后)

進(jìn)行耐凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將養(yǎng)護(hù)60天的圓餅狀三合土樣品置入常溫去離子水中浸泡12小時(shí)，浸泡時(shí)水面應(yīng)至少高出試樣上表面20 mm.將浸泡過(guò)的試樣取出放入-30 ℃的冰箱中進(jìn)行冷凍，12小時(shí)后取出迅速放入常溫去離子水中進(jìn)行融化.水中融化12小時(shí)后，觀察并記錄樣品表面的變化情況，此為一個(gè)循環(huán).按此方法循環(huán)凍融，以試樣表面出現(xiàn)開(kāi)裂時(shí)的循環(huán)次數(shù)確定為耐凍融次數(shù).

耐凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)前樣品表面的狀況如圖5A，7次凍融循環(huán)后樣品的狀況見(jiàn)圖5B.不同配方三合土的耐凍融循環(huán)次數(shù)如圖6所示.

因純土樣遇水即刻崩解，耐凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，可將其耐凍融循環(huán)次數(shù)視為0.根據(jù)圖6的耐凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，三合土的耐凍融性均高于純土樣.其中，樣品T3、T5、T6和T12經(jīng)歷7個(gè)凍融循環(huán)后還完好無(wú)損.對(duì)不同配方的三合土來(lái)說(shuō)，土和砂含量較低、氧化鈣含量較高的三合土，其耐凍融性較佳.

與樣品T3相比較，三合土樣品T7～T11的耐凍融性明顯降低，表明磚粉、粗砂、細(xì)土、工業(yè)灰鈣粉和KOH溶液均不利于三合土耐凍融性的提高.加入糯米漿的三合土樣品，其耐凍融性隨著糯米漿濃度的增加而降低，加入1%糯米漿的三合土(T12)，其耐凍融性與不加糯米漿的三合土相當(dāng).

圖6 各種三合土樣品的耐凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 微結(jié)構(gòu)與成分分析

4.1 SEM分析

對(duì)純土樣和三合土試塊，采用鋼鋸切割下來(lái)一小塊，表面噴金后采用美國(guó)FEI公司制造的SIRION-100掃描電鏡(SEM)進(jìn)行觀察.SEM觀察結(jié)果如圖7～圖8所示.

圖7為純土樣與養(yǎng)護(hù)28天三合土試塊T3的SEM照片.從圖中可以看出，擊實(shí)后的純土樣結(jié)構(gòu)致密，土壤顆粒呈片狀堆積.而三合土樣品的結(jié)構(gòu)較為致密，其中有很多的不規(guī)則微小顆粒充填在微小孔隙中，相互交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，從而使三合土的抗壓強(qiáng)度、耐水性等物理性能得以提升.

圖7 純土樣與三合土T3的SEM照片(A.純土樣；B.三合土T3)

圖8為三合土T3、T13與T7～T11的SEM照片.與三合土T3比較，三合土T7、T8、T9、T10、T11的結(jié)構(gòu)均較為疏松.相關(guān)研究表明，多孔材料的孔隙度與其耐凍融性等性能成負(fù)相關(guān)[16-17].因而，三合土T7～T11的抗凍融性較差，其原因即在于此.T7和T8的顯微結(jié)構(gòu)中有較多的大顆粒，這是其所用骨料粒徑較大的緣故.采用磚粉作為骨料的三合土(T7)，在其顆粒上附著有較多的絮狀物，這很可能是火山灰反應(yīng)的生成物，對(duì)三合土耐水性和早期強(qiáng)度的提高至關(guān)重要.其他三合土樣品的顯微結(jié)構(gòu)中，均有很多細(xì)小顆粒充填、堆積在大顆粒間的孔隙中.糯米漿的加入(圖8 G)，將三合土的細(xì)小顆粒包裹、粘接在一起，使其結(jié)構(gòu)較為致密，這是其抗凍融性、抗壓強(qiáng)度等性能提高的微觀解釋.

圖8 三合土T3、T13和T7～T11的SEM照片(A.T3；B.T7；C.T8；D.T9；E.T10；F.T11；G.T13)

4.2 熱分析與XRD分析

為了探討三合土的科學(xué)原理，在三合土樣品T3、T7、T9、T11、T13上分別取樣，用瑪瑙研缽研磨后，進(jìn)行XRD分析.三合土樣品的X射線衍射圖譜(圖9～圖10)顯示，樣品T3、T7、T9、T11、T13的主要物相基本相同，均為石英、碳酸鈣和少量長(zhǎng)石、高嶺土、蒙脫石等礦物.所不同者為樣品T7中的長(zhǎng)石為鈉長(zhǎng)石，其余樣品皆為鈉微斜長(zhǎng)石.

在XRD分析的基礎(chǔ)上，選取樣品T3、T11和T13，采用DSC-TG分析儀對(duì)之進(jìn)行熱分析.測(cè)試溫度范圍25～1 000 ℃，升溫速度為20 ℃/min，同時(shí)收集TG和DSC數(shù)據(jù).三合土樣品的DSC曲線如圖11所示.在三合土的DSC曲線上，600～700 ℃之間的吸熱峰是碳酸鈣的特征吸熱峰[18]，850～950 ℃之間的放熱峰為水化硅酸鈣的特征放熱峰[4，19].結(jié)合表2的XRF測(cè)試結(jié)果，表明三合土樣品中有碳酸鈣和水化硅酸鈣的生成.

圖9三合土T3、T9、T11和T13的XRD圖譜 圖10三合土T3和T7的XRD圖譜

碳酸鈣的形成是三合土中的石灰材料發(fā)生碳酸化反應(yīng)的結(jié)果.生成的碳酸鈣具有一定的膠結(jié)作用，其充填在三合土的孔隙中，使三合土的結(jié)構(gòu)更加致密，導(dǎo)致三合土抗壓強(qiáng)度等物理性能得以提高.而水化硅酸鈣的發(fā)現(xiàn)，則表明三合土中的石灰材料與土樣中的活性二氧化硅發(fā)生了火山灰反應(yīng)，所生成的水化硅酸鈣與土顆粒相互交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)(圖7)，從而增強(qiáng)了土粒的粘接強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對(duì)提高三合土的耐水浸泡性至關(guān)重要.因此，生成碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)和生成水化硅酸鈣的火山灰反應(yīng)，是三合土強(qiáng)度形成和耐水性提高的主要機(jī)理.

圖11 三合土T3、T11和T13的DSC曲線

樣品T11和T13中水化硅酸鈣的特征峰較樣品T3更為明顯，這可能是因?yàn)镵OH和糯米漿可以促進(jìn)火山灰反應(yīng)發(fā)生的緣故.

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)采用氧化鈣、土和細(xì)砂三種材料所制備三合土的物理性能進(jìn)行綜合對(duì)比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)材料配比為氧化鈣∶土∶細(xì)砂=1∶2∶4時(shí)，三合土具有較好的抗壓強(qiáng)度、表面硬度、耐水浸泡性及耐凍融性，其綜合性能最佳.

磚粉和20%氫氧化鉀溶液的添加，使三合土的28 d抗壓強(qiáng)度和耐水浸泡性得到較好改善，其軟化系數(shù)分別高達(dá)0.97和1.06，但使其耐凍融性大大降低.在特定情況下，可選擇添加磚粉和氫氧化鉀含量.

采用粗砂作骨料時(shí)，三合土的28 d和60 d抗壓強(qiáng)度分別高達(dá)0.90 MPa和1.24 MPa，較之細(xì)砂骨料的三合土均得到了明顯提升，然而其耐水性和耐凍融性均明顯降低.粗砂作為骨料雖能提升抗壓強(qiáng)度，卻會(huì)明顯降低耐水性和耐凍融性.因此在骨料選擇上，更推薦使用細(xì)砂.

采用粒徑φ<0.12 mm的細(xì)土(T9)和采用工業(yè)灰鈣粉(T10)制備的三合土，其抗壓強(qiáng)度、表面硬度、耐水性和耐凍融性均明顯降低.因此不建議使用這兩種物質(zhì)作為三合土制備材料.

添加了糯米漿的三合土，其抗壓強(qiáng)度和表面硬度隨糯米漿濃度的增大稍有改善，其耐水浸泡性和耐凍融性在糯米漿濃度為3%時(shí)最佳，建議在實(shí)際應(yīng)用中采用濃度為3%的糯米漿.

掃描電鏡、X射線衍射和熱分析結(jié)果表明，生成碳酸鈣的碳酸化反應(yīng)和生成水化硅酸鈣的火山灰反應(yīng)，是三合土強(qiáng)度形成和耐水性提高的主要機(jī)理.