夯土-水硬石灰与石英砂浆液-木锚杆锚固系统性能

运用室内物理模型试验和原位试验,对基于水硬石灰与石英砂浆液的木锚杆锚固系统在夯土介质中进行了拉拔测试与杆体-浆体界面应变监测,研究了该锚固系统的锚固性能与破坏模式、杆体-浆体界面剪应变分布与传递特征。试验结果表明,该锚固系统50cm锚固长度可以提供30~45kN(室内)与16.2~19kN(现场)的极限锚固力;锚固系统具有较强的延性;在加载进程中杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值或双峰值分布、界面应力向锚固末端传递、压应力出现在锚固段中末端等特征,表现出复杂的受力特性。研究结果表明,该锚固系统在结构形式和力学性能上适合于夯筑土遗址加固,并与遗址体具有较好的兼容性。

基于水硬石灰与粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能试验

采用室内模型试验与现场试验相结合的方法,研究水硬石灰拌合粉煤灰浆液的木锚杆锚固性能：锚固系统的失效模式、杆体-浆体界面应变与荷载时程关系及传递关系.通过对拉拔力的检测,室内模型可以提供21～30 kN的极限锚固力,现场锚固系统可以提供6.94～16.00 kN的极限锚固力.通过对杆体-浆体界面应变监测,锚固系统表现出低弹性、高塑性的特征.在荷载进程中,杆体-浆体界面的应力分布与传递特征具有单峰值分布、高值出现在锚固末端、压应力出现等特点,呈现出拉力型和压力型全长黏结锚固系统的特点.研究结果为更合理地夯土遗址锚固设计提供科学基础.

水硬石灰作为贺兰口岩画加固材料的耐候性能研究

为了研究水硬性石灰在贺兰口地区的稳定性,以贺兰口岩石为试验对象,在实验室里分别用水硬性石灰和环氧树脂加固试块,并且做了耐冻融、耐热、耐高低温交变等一系列的耐候性能对比试验。结果表明,水硬性石灰与环氧树脂相比有较好的耐热性能;在冻融环境中,水硬石灰没有环氧树脂性能稳定,容易产生脱落现象。

聚丙烯纤维、偏高岭土和细砂对水硬石灰改性的研究

为改善水硬石灰的力学性能,适当提高其抗压与抗折强度,本工作设计并制备了添加不同配比的聚丙烯纤维、偏高岭土和细砂的水硬石灰,并对其力学强度,矿物成分和微观形貌进行试验研究。结果表明,单独添加30%偏高岭土、0.1%聚丙烯纤维或者50%石英砂的水硬石灰抗压强度相对较高。在偏高岭土-水硬石灰中,单独添加0.1%短长度聚丙烯纤维或者共同加入0.1%聚丙烯纤维和50%石英砂可以提高其长期抗压强度。添加聚丙烯纤维还可以提高水硬石灰抗折强度。钙铝水合物不稳定和长期抗压强度下降有关,添加1%聚丙烯纤维可以提高碳酸化反应。聚丙烯纤维还能够增大水硬石灰内部的摩擦力和锚固力。在南京市罗廊巷太平天国建筑壁画保护中,对于地仗层脱落部位的修补采用改性水硬石灰进行了局部应用,效果良好。

水硬石灰在花山岩画加固保护中的应用研究

水硬石灰兼具石灰和水泥的优点,低收缩、耐盐、适中的抗压和抗折强度、水溶盐含量低,同时与传统的砖石建筑兼容性好,是一种天然、无污染、耐老化的无机材料。本工作针对花山岩画的开裂特点制订出相应的力学参数要求,配制出两种不同的水硬石灰砂浆,并对这两种砂浆的力学性能进行了分析。同时探讨了不同养护条件对水硬石灰砂浆拉拔强度的影响。现场试验结果说明,填补粘结材料可以提供一定的粘结强度,并且具有使用方便,污染小的特点,可用于花山岩画开裂岩体应急保护加固处理。

壳聚糖改性水硬石灰基复合胶凝材料的研究

以天然水硬性石灰(NHL),偏高岭土(MK)为主要原料,高分子壳聚糖为改性添加剂,进行了NHL-MK复合胶凝材料的制备与改性研究。采用XRD、SEM与力学性能万能试验机等测试方法,分析了壳聚糖对复合材料不同龄期力学性能及微观结构的影响。结果表明,壳聚糖的加入,促进了CaCO_(3)的生成,从而提高了胶凝材料早期的力学性能;壳聚糖自身的-OH和-NH_(2)与物料发生反应,改变了C-S-H的微观形貌,提高了材料的致密性,对胶凝复合材料的早期强度亦有贡献。

聚乙烯醇纤维增强偏高岭土-水硬石灰砂浆材料性能的研究

针对偏高岭土-水硬石灰砂浆材料抗拉强度低、极限延伸率小、性脆的问题,为了提高其韧性和稳定性,增强其抗裂能力,设计并制备了聚乙烯醇(PVA)纤维掺杂偏高岭土-水硬石灰砂浆材料,开展了PVA纤维不同掺量、不同长度下偏高岭土-水硬石灰砂浆材料收缩率、波速、抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度的试验研究,通过扫描电镜观察分析了PVA纤维在偏高岭土-水硬石灰砂浆材料中的微观作用机理。结果表明:PVA纤维改变了偏高岭土-水硬石灰砂浆的收缩率和内部结构。试样的抗折强度和劈裂抗拉强度随着纤维增加而增大,抗压强度会在纤维长度一定时随着掺量的增多而降低。PVA纤维对砂浆材料整体性有明显改善,受压后仍能够保持着较好的原样性,纤维和砂浆基体之间产生了机械铆合作用,具有较好黏结性。

石墨烯改性偏高岭土-水硬石灰砂浆的性能研究

偏高岭土-水硬石灰砂浆是一种修复性材料,主要应用于古建筑修复领域。石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体,具有良好韧性。使用石墨烯改性偏高岭土-水硬石灰砂浆,研究砂浆性能和反应产物的变化情况。研究结果表明,添加石墨烯能够有效提升偏高岭土-水硬石灰的力学性能和体积稳定性,微观结构也逐渐变得致密,颗粒间空隙减少。

中国古建筑中几种石灰类材料的物理力学特性研究

为探讨适宜于岩土文物保护加固的石灰类材料,对中国古建筑中几种石灰类材料及欧洲水硬石灰的化学组成和物理力学特性进行对比研究。研究表明烧料礓石、烧阿嘎土、欧洲水硬石灰NHL5及改性捶灰的化学组成主要是气硬性胶凝材料石灰CaO(或Ca(OH)2)和水硬性胶凝材料β-硅酸钙(β-CS)及铝硅酸钙(CAS),并且这些材料的结石体具有大的孔隙率及非常小的收缩变形性等特点,适宜于岩土文物的保护加固。除此之外,石灰、糯米灰浆、蛎灰、传统捶灰的主要化学组成为石灰CaO(或Ca(OH)2),实验研究结果显示,浆液的凝固速度慢,弹性波速小且上升速率慢,结石体虽然孔隙率大,但强度在短期内较低,易产生收缩变形,不适宜用于短时间内有强度要求的岩土文物保护加固,所以有必要对蛎灰和传统捶灰做进一步的改性研究,以便更广泛地应用于岩土文物的保护加固中。

岩土质文物加固材料烧料礓石超细粉的表征及其固化机理研究

以烧料礓石为原料,在1000℃焙烧3 h,通过气流涡旋磨机粉磨、微粉分级选粉,最后用单筒分离器分离后得到烧料礓石超细粉.粒径分布特征及比表面积分析结果表明,超细粉的粒径尺寸为0.2~150μm,且优势粒径尺寸主要分布在0.5μm和30μm;比表面积为2.81 m^(2)·g^(-1),是普通烧料礓石比表面积的1.21倍,达到超细粉末的要求.以烧料礓石超细粉和其不同养护龄期浆体为研究对象,通过FT-IR,XRD,TG/DTG,SEM,EDS和XPS进行结构、组成、热稳定性和形貌分析,进而讨论超细烧料礓石的固化机理.结果表明,烧料礓石超细化后的主要产物为CaO,Ca(OH)_(2),CaCO_(3),SiO_(2)和β-CaSiO_(3);其浆体在养护28 d和90 d后产生β-CaSiO_(3)·n H_(2)O和Ca_(2)Al_(2)SiO_(7)·n H_(2)O等新物质,同时CaCO_(3),Ca(OH)_(2)和SiO_(2)仍然存在;烧料礓石超细后浆体早期强度形成主要为水化反应,后期强度持续增长以水化反应和气化反应为主,性能具有“水硬”和“气硬”双重特性,化学组成及固化机理具有类似欧洲“天然水硬性石灰”的性质,达到欧洲“水硬石灰”的标准.因此,烧料礓石超细粉在岩土质文物加固保护中具有广阔的应用前景.

古代墓室壁画地仗加固材料的室内研究

通过对烧料礓石、烧阿嘎土和欧洲水硬石灰NHL5矿物成分及这三种胶凝材料分别与石英砂、粉煤灰做填料的浆液结石体物理力学特性的分析对比,发现烧料礓石、烧阿嘎土、水硬石灰NHL5的化学组成主要是气性胶凝材料石灰CaO(或Ca(OH)_2)和水硬性胶凝材料β-硅酸钙(β-C_2S)及铝硅酸钙(C_2AS)。试验研究表明,这些材料的结石体有相近的弹性波速和适宜的初凝速度及终凝速度,有强的抗冻融性、水稳定性、耐碱性介质及耐温湿度变化对其强度的影响性。同时,三种胶凝材料结石体孔隙率大,既有好的透气、透水性,又有好的与岩土文物本体结合的兼容性,适宜做古代墓室壁画地仗的修复加固材料。

我国古代建筑中两种传统硅酸盐材料的物理力学特性研究

水硬石灰广泛应用于历史建筑物的保护修复。在前人对中国传统水硬性石灰(仰韶水泥)研究的基础上,对烧料礓石和烧阿嘎土2种水硬石灰的基本物理力学性能及环境影响因素进行试验分析,并与欧洲2种型号水硬性石灰(NHL2,NHL5)进行对比。研究发现,在1 000℃高温环境下、历经3 h焙烧得到的烧料礓石、烧阿嘎土加石英砂配制的试样与欧洲水硬石灰加石英砂配制的试样具有相似特性:收缩变形性小、孔隙率大、透水性及透气性良好的基本性质及较强的抗冻融、水稳定性、耐温湿度循环变化的影响及碱性介质侵蚀的能力;不同龄期配比结石体的抗折、抗压强度随龄期的增加呈增长的趋势。研究结果证明,这2种我国古代建筑中应用的硅酸盐材料经过科学改性后,可应用于我国石质、土质文物的加固,对我国传统硅酸盐材料的推广具有重要意义。

海上丝绸之路窑址裂隙充填灌浆材料比选室内试验研究

对裂隙进行充填灌浆,可以有效防止裂隙的进一步发展和雨水的渗漏,使遗址得以更好地保存。为比选出适宜于潮湿环境下窑址裂隙充填灌浆材料,采用烧料礓石、烧阿嘎土、砺灰三种传统石灰材料分别对浙江和福建四处"海上丝绸之路"遗址点的遗址土进行改性研究。测试改性后浆体材料不同龄期的抗压、抗折强度、收缩率,以及温湿度循环、冻融循环、水稳定性、安定性、耐碱性试验后试样的力学性能变化。试验结果表明,三种石灰类材料均具有良好的耐候性,但砺灰试样的耐冻融特性稍差、龄期强度低、收缩变形较大。烧料礓石改性试样具有较高的龄期强度、较低的收缩率、良好的耐候性。因此,建议将烧料礓石作为主剂应用于四处窑址的灌浆材料中。相关研究成果对窑址裂隙灌浆材料的选取具有实际指导意义。