豫西北地區改性生土建筑材料抗壓試驗研究

豫西北地區改性生土建筑材料抗壓試驗研究

王偉超;王一新;陳興義

【摘 要】Adobe building is still ud in partial countrysides of Henan

Northwestern region, however, durabil- ity of hou is not good. This

article is a study on soil material about the compression performance of

the main wall of adobe building ud in countrysides of the region.

According to various proportions of gangue and lime, pure soil specimens,

gangue soil specimens arid lime soil specimens are made of loess of the

region, we ob- tained the specimen destruction shape, the destruction

process, the stress-strain relations curve through the single axle pressure

test, analyzed primary factor, analyzed primary factor compacting the

compression resist- ance capabiloty of raus soit structure earth material,

and got conclusions that the mechanical properties of soil material could

omproved by mixing stay or lime. It provides reference for studying

mechanical properties of the raw-soil wall body.%在河南西北部山區農村生土

建筑仍然存在，但建筑耐久性不夠，主要針對豫西北地區農村仍在使用的生土建筑

主要墻體材料——生土土料的受壓性能進行試驗研究．取豫西北地區素土、礦渣、

石灰等為原材料，按照不同配比，分別制作素土、灰土和礦渣土試件．通過單軸壓

試驗得到了試件的破壞形態、破壞過程、應力應變關系曲線；分析了影響生土結構

土料抗壓性能的主要因素，得出土礦渣、石灰等摻料能改善土料力學性能的結論，

為生土建筑的墻體受力性能的研究提供了參考．

【期刊名稱】《河南理工大學學報（自然科學版）》

【年(卷),期】2012(031)002

【總頁數】4頁(P221-224)

【關鍵詞】生土建筑;素土;礦渣;石灰;抗壓試驗

【作 者】王偉超;王一新;陳興義

【作者單位】河南理工大學,河南焦作454000;河南理工大學,河南焦作454000;河

南理工大學,河南焦作454000

【正文語種】中 文

【中圖分類】TU521.3

0 引 言

隨著經濟和社會的迅速發展，人們物質生活水平的不斷提高，居住條件和環境也發

生了前所未有的改變，但是人們也面臨著經濟社會快速發展帶來的一系列社會和環

境問題[1-2]，如環境污染，資源過度開發；同時，建筑高能耗也成為亟待解決的

重要問題．生土建筑是節能建筑，也是中華民族傳統民居中的重要組成部分，因其

具有技術簡單，因地制宜就地取材，保溫隔熱性能優良等特點[3]，因此這種古老

的建筑形式至今仍具有強大生命力，據資料[4]介紹我國西部貧困農村地區至今尚

有大量人口居住在生土建筑內，但是生土建筑的使用壽命很短．尤其是生土材料遇

水軟化，抗壓強度降低等缺點，使生土建筑的使用受到限制[5]．因此，如何提高

生土建筑材料的抗壓強度，改善其抗壓性能，增加生土建筑的使用年限，需要進行

深入研究[6-7]．本文通過對素土、灰土、礦渣土試件的抗壓試驗分析改性土材料

的力學性能，為生土建筑墻體材料強度提高提供參考．

1 試驗設計

試驗土樣來自河南焦作農村，礦渣、石灰取自焦作在建施工工地，在土工實驗室里

用5 mm的標準篩,先由擊實試驗獲得該試驗土樣的最優含水率．在改性試驗中，

將石灰摻合料分別按照5%，8%，10%(熟石灰與生土之比)，將礦渣摻合料分別按

照8%，10%，12%(礦渣與生土之比)，并按最優含水率制作．試件為直徑102

mm，高116 mm的圓柱形立方體，分別對試件編號：HN1表示素土，HN2表

示加5%白灰土，HN3表示加8%白灰土，HN4表示加10%白灰土，HN5表示

加8%礦渣土，HN6表示加10%礦渣土，HN7表示加12%礦渣土．單軸抗壓試

驗在河南理工大學能源學院實驗室進行．

2 單軸抗壓試驗

本試驗所用試件的單軸向抗壓試驗在液壓萬能機上進行,按照《土工試驗規范》的

試驗要求，共完成14個試件的單軸向抗壓試驗．為了測定試樣的荷載位移曲線，

試驗時將兩塊位移計放置在加載板的對角上，采用連續加載方式，直到試件受荷破

壞，由電腦自動記錄試驗數據．試驗裝置如圖1所示,試件的破壞過程及最終破壞

情況如圖2、圖3所示．

2.1 試件的破壞過程

2.1.1 石灰土試件

從試驗過程看，石灰土試件的極限荷載和開裂荷載的離散性比較大．但是試件破壞

具有共性，一是都有一條豎向貫通的主裂縫,且均從試件的中部產生并逐漸向兩端

發展；二是在最終破壞前都有新的豎向裂縫出現．石灰摻合量的多少對抗壓強度和

變形能力的影響不是很明顯,但是石灰土的抗壓強度低于素土和麥秸土的強度，總

結整個試驗過程，分析破壞原因,可能與烘干試件有關,水分在短時間內蒸發影響了

石灰土的質量,各試件的應力應變曲線見圖4～7．

2.1.2 素土試件

在試驗過程中，試件HN1在荷載加至13 kN時出現細微的裂縫，隨著荷載不斷加

大，裂縫開裂也不斷加大，當加至極限荷載28 kN后，試件HN1裂縫最終形成貫

通裂縫，最后直到試件被完全破壞．HN1試件抗壓試驗過程中應力應變曲線見圖，

從圖1中可以看出，荷載在0～0.5 MPa時，試件處于壓密階段，荷載在0.5～

3.2 MPa階段，試件處于彈性變形階段，荷載在3.2 ～3.8 MPa階段，試件處于

屈服階段，荷載在3.8 MPa時為試件的極限強度，試件的應力應變曲線見圖4．

2.1.3 礦渣土試件

礦渣土試件表面較石灰土不光滑,試件整個破壞過程沒有豎向貫通的主裂縫,且從試

件的中部產生并逐步向兩端發展,試件破壞前有新的豎向裂縫出現．礦渣摻合量的

多少對抗壓強度和變形能力的影響則較為明顯,其抗壓強度明顯高于素土和石灰土

的強度．試件的應力應變曲線見圖8～10．

3 影響生土抗壓性能的因素

分析試驗過程可知，影響生土抗壓強度和承載能力的因素主要有以下幾點.

3.1 含水率

含水率是影響生土試件抗壓強度的一個重要因素．從《土力學原理》可知,最優含

水率的試件才具有最大的干密度,試件應該具有最大的承載力．所以在生土結構建

筑施工中,應按其最優含水量配土樣．

3.2 摻合料

在土中摻入礦渣,提高了土體抗壓承載力．在生土中摻入摻合料,能夠改善生土的力

學性能．但是由于本試驗的試件較少,試驗不具廣泛代表性，每種摻合料的摻合量

多少根據不同地區土質不同有待進一步試驗研究．

3.3 養護條件

生土墻體建成后，水分會隨著環境變化而不斷變化，其抗壓強度會隨之發生改變，

而且不同地域環境濕度變化對生土建筑墻體的抗壓強度都會產生一定影響．然而，

由于試驗條件和環境限制，烘箱內烘干的生土試件與風干試件強度仍會有所不同．

4 結 論

試驗結果表明，石灰土、礦渣土、素土三類試件中，試件HN7(12%礦渣土)的抗

壓強度相對最大，試件HN3(8%加灰土)的抗壓強度相對最小．從總體來看，礦渣

土的抗壓強度高于素土抗壓強度，素土抗壓強度高于石灰土抗壓強度．由試件的應

力應變曲線圖可以得出以下結論：

(1)試驗中石灰土的抗壓強度和變形能力都比較差，分析其原因可能與試件制作過

程中密實度不夠有關系，另外，在烘干試件過程中水分在短時間內蒸發也可能影響

了石灰土試件的抗壓性能．

(2)素土試件的抗壓強度基本可以達到要求，但是變形能力比較差，在達到峰值后

立即破壞．因此，素土生土建筑會有較大安全隱患不利于人們居住．

(3)礦渣土試件的強度隨著摻合量的提高而增加，何時出現峰值還待進一步研

究．當礦渣摻合量較小時，抗壓強度與素土試件比較接近，當礦渣摻合量增多時，

極限強度明顯提高，而且經歷較大變形．但是，何時出現峰值有待進一步研究．

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