复合掺配生土改性试验及抗压性能分析

为了推动工业固体废弃物综合利用,改善传统生土材料的力学性能,通过在生土材料中添加煤矸石粉、矿粉、石灰、粉煤灰和麦秸秆灰等5种材料复合掺料进行生土改性试验,依据《土工试验方法标准》(GBT 50123—2019)制备了96个Φ102 mm×116 mm的圆柱体试样,在室内养护28 d后不烘和烘干2种状态下进行轴心抗压试验,得到改性生土试件的荷载-位移关系,分析了复合材料对改性生土抗压强度的影响规律和复合掺料的最优配比。结果表明:煤矸石粉、矿粉、石灰、粉煤灰和秸秆灰掺量分别为0%、8%、6%、8%和2%时,复合材料改性生土试样的28 d抗压强度最大,2种状态下分别达到了3.07、5.07 MPa,与同养护条件的素土试样相比,其分别是其抗压强度的1.71、1.77倍。

掺复合减水剂生土改性材料流变与力学性能研究

研究了掺木质素和萘系减水剂与激发剂的改性生土材料流变和力学性能。当水灰比为0.6时,萘系减水剂:木质素减水剂为4:6,掺量为1%时,改性生土泥浆的分散效果最好;当水灰比为0.5时,萘系:木质素减水剂为6:4,掺量为1%时,改性生土泥浆的分散效果最好。掺木质素和萘系复合减水剂与激发剂的改性生土材料,其生土强度提高最大;复合减水剂的比例为萘系:木质素=1:1和复合减水剂掺量为1%,生土改性材料抗压强度达到40MPa。

三种固废改性生土材料配方设计及力学性能研究

为改善生土材料的力学性能,本研究以铁尾矿、煤矸石、电石渣、油泥与水泥等材料作为掺和料对生土进行改性。基于单形格子法设计配方,对3种配方、180个改性生土试件进行抗压强度试验,研究不同因素对试件破坏形态、抗压强度和试验数据离散性的影响;利用频数分析法,研究了固废改性生土材料的最优配方;通过CT扫描,从细观层面分析受荷后材料内部的分形和孔隙。结果表明:改性生土试件抗压破坏形态基本相同,极限位移受掺料影响显著。以煤矸石与电石渣、铁尾矿与水泥、油泥与水泥作为掺和料均可大幅提高改性生土试件的力学性能,掺和料种类、掺量对改性生土试件强度及数据离散性影响显著。经过频数寻优,3种配方的理想强度掺和料配比分别为1)铁尾矿12.1%~19.5%(质量分数,下同)、水泥13.9%~19.1%、生土65.5%~69.9%;2)电石渣6.7%~14.1%、煤矸石8.9%~11.8%、生土76.7%~81.8%;3)油泥11.4%~14.4%、水泥17.4%~19.4%、生土67.1%~70.5%。材料内部的分形和孔隙特征稳定,表现出较小的波动性和良好的密实性。

掺油泥改性生土材料动态荷载下的损伤及裂缝分形特征

为研究改性生土材料在动态荷载作用下内部损伤演化过程,提取掺入水泥、油泥的绿色改性生土材料配方,制作6个100 mm×100 mm×100 mm的生土试件,借助CT扫描技术对单轴压缩下的立方体试件进行扫描,获取灰度图像和CT值,分析了图像中裂缝、孔隙随应力的变化形态,研究了CT数和材料破坏的关系,建立了CT均值与应力之间的联系;采用图像处理技术对CT图像进行阈值划分,利用盒维数法估算出图像的分形维数值,在此基础上获得了不同应力和分形维数、材料损伤之间的关系。结果表明:CT技术能够清晰地诠释试件从受力直至破坏的全过程,CT图像可从细观层面表现材料的损伤演化规律。CT值随应力的增加而变小,CT值随材料孔隙、裂缝的增大而显著减小。材料从受力直至破坏,低应力状态下分形维数增长缓慢,高应力状态下分形维数增长迅速,数值的波动随应力的增大而增大。分形维数可以定量地描述生土材料在动荷载作用下的损伤状态和演化过程。

两种天然纤维材料改性生土试件抗压强度试验比较研究

在内蒙古中部地区的生土中引入莜麦秸秆和羊毛纤维进行改性生土试件抗压强度提升的试验,试验中使用当地易于获取的天然土壤、莜麦秸秆和羊毛,经人工压实制坯,再进行抗压强度试验。试验数据表明,添加莜麦秸秆可将改性生土试件强度提高40.5%,添加羊毛纤维可将强度提高89.25%,此外,试验也揭示了改性生土试件抗压强度顺应两种纤维材料的变化规律,并确定了最佳纤维含量。

轴压下掺铁尾矿砂和水泥的生土材料细观损伤演化研究

为研究铁尾矿砂改性生土基材料在轴压下的损伤演化性能,采用CT技术,对不同应力状态下材料内部二值化图像进行分析.通过阈值分割,从细观上数值化各应力状态断面图像.研究材料分形维数、孔隙率和应力-应变(ε-σ)曲线演化规律,并阐明材料从受荷直至破坏的细观机理.结果表明:分形维数随受荷增大显著增加,σ=2.38 MPa时,分形维数最大.分形维数的变化趋势可间接表征试件受压时各扫描断面的不规则程度、粗糙度、裂缝与孔隙的发展情况.材料孔隙率随应力增大明显增加.以孔隙率为指标的材料损伤因子变化趋势与孔隙率变化规律相同,可有效反映材料在轴压下的破坏发展规律,也可作为研究改性生土试件损伤演化的定量参数.

基于Designbuilder的改性生土建筑热工性能分析

为改善传统改性生土室内热工环境,借助Designbuilder软件,对某改性生土民居在3种不同的保温构造情况下,分别在夏时令和冬时令的自然环境中,进行建筑室内环境热工和相对湿度的模拟分析。通过分析发现,生土材料本身具备良好的温度和湿度调节能力。使用聚苯乙烯泡沫材料和硬泡聚氨酯保温结构层,对室内温度的调控效果更好。而以农村常见的秸秆作为保温构造的生土墙体,可以将室内相对湿度较长时间地处于人体相对舒适的环境。

重庆农村地区生土建筑墙体材料改性试验研究

以重庆地区生土为基料,以稻草秸秆与矿渣为改性材料,按照不同改性材料掺量制作出不同配比的改性生土试件,测试其抗剪强度、抗压强度、导热系数。试验结果表明,掺加适量的稻草秸秆或矿渣可使抗剪强度分别提高50%~100%、92.7%~123.0%,抗压强度最大分别提高23.7%与49.6%,导热系数降低5%左右。稻草秸秆的最佳掺量为0.25%~0.50%,矿渣的最佳掺量为8%~10%。

黄河泥沙基生土材料改性及机理研究

研究无机胶凝材料、有机聚合物和植物纤维3种改性措施对黄河泥沙基生土材料抗压强度、软化系数和微观结构的影响。结果表明,采用传统的振捣成型自然养护工艺,按m(活化泥沙)∶m(无机胶凝材料)∶m(砂)=65∶25∶10配比,再掺加1.8%聚丙烯酸钙和0.8%黄麻纤维,可制备出抗压强度达13.9 MPa,软化系数为0.88的生土材料;SEM和EDS分析显示,改性后黄河泥沙颗粒得到良好固结,拔出黄麻纤维与基体材料粘结紧密;无机水化产物、有机聚合物和植物纤维协同作用,形成连续、半连续和互相搭接的3套网络结构体系,共同固结强化黄河泥沙。

改性生土材料最优配比试验研究

为改善传统生土材料强度不足,实现改性后生土材料无害化回归,运用现代建筑材料技术的改性原理,在生土中掺加无毒、无害材料水玻璃、钾明矾、尿素、可再分散性乳胶粉、聚羧酸减水剂及秸秆纤维的方法对生土材料进行复合改性。通过正交试验对改性试块的抗压、抗折强度进行分析,研究不同掺量下生土试块强度的影响规律,确定改性材料的最优配合比。结果表明,改性材料的最优配合比为:水玻璃掺量0.8%,钾明矾掺量0.4%,尿素掺量1.2%,胶粉掺量2.0%,减水剂掺量1.0%,秸秆掺量0.4%。相比于素土试块,改性后生土试块抗折强度提高40.4%,抗压强度提高50.1%。

掺入工业废料的改性生土材料抗压试验

为合理利用废弃材料改善生土材料力学性能,通过在素土中掺入糯米浆、废玻璃渣和橡胶,形成改性土体材料,设计5种配合比方案,制作Φ102 mm×116 mm圆柱体试块。通过对其进行轴心抗压强度试验,对比不同配比试件的试验现象、抗压强度、变形能力、荷载位移曲线,分析不同掺合料的作用机理、研究不同掺料不同掺量对抗压强度的影响规律,提出了玻璃渣和橡胶掺量的合理范围。试验结果表明,在素土中掺入糯米浆能提高素土抗压强度,掺入糯米浆、玻璃渣和橡胶,可提高抗压强度和变形能力,但其抗压强度随玻璃渣和橡胶掺量的增多增至3.12 MPa后下降。

冻融循环作用下改性生土材料强度特性研究

针对生土材料在力学和抗冻性方面的缺陷,对水泥/矿渣复合改性生土材料的抗冻性进行分析,通过傅里叶变换红外光谱分析和扫描电镜分析对改性生土材料抗冻性提升机理进行研究,分析水泥、矿渣掺量对改性生土材料抗冻性能的影响。结果表明,改性生土材料在冻融前后的抗压强度较素土均获得了显著提升。此外,随着水泥、矿渣掺量的增加,改性生土材料抗压强度逐渐提高,冻融循环后的强度损失逐渐减少。

改性生土材料最优含水量的试验测定

控制改性生土材料的含水量达到最优含水量,是提高改性生土材料密实度和强度的关键。对作为生土基材的黄土分别掺加不同比例的水泥,熟石灰,砂,麦秸,形成不同掺料不同掺量的改性生土材料。通过标准轻型击实试验,得到不同掺料不同掺量的改性生土材料的最优含水量及最大干密度,对试验数据进行分析,得到不同掺料改性生土材料最优含水量与掺量之间的关系,研究不同掺料对改性生土材料最优含水量的影响规律,给出不同掺料不同掺量的改性生土材料最优含水量的影响趋势、定量分析数据及估算公式。结果表明:加入水泥、石灰、麦秸的改性生土材料的最优含水量有不同程度提高;加入砂的改性生土材料的最优含水量有所降低。作为生土材料标准试验方法的前期试验研究,结论可为生土材料标准试验方法的研究提供依据,也可为实际工程中确定改性生土材料最优含水量提供参考。

自密实生土基改性材料的强度发展规律研究

以原状黄土为基料,选用高效固化剂混掺粉煤灰作为胶凝材料,制备了自密实生土基改性材料,测试了改性材料在不同龄期的无侧限抗压强度,得出了基于早期强度测试结果的中后期强度预测模型。结果表明:生土基改性材料的自密实特性可通过调节水固比及减水剂用量获得;水固比与固化材料掺量能显著影响改性材料各龄期的抗压强度,抗压强度在28 d后仍能保持持续增长;对数模型可较好地描述改性材料抗压强度随龄期的发展规律,得到的关系式具有较高的相关系数;借助基于7 d抗压强度为参数的强度预测模型,可以预测改性材料不同龄期的抗压强度,其相关系数大于0.95。

铁丝与铁丝网加强改性生土墙的抗震试验

为改善生土墙的抗震性能,采用纵向布置8#线、水平布置铁丝网等加强措施以及采用改性生土坯砌筑墙体,并采用MTS系统对墙体进行了低周往复加载试验.结果表明:试件在墙根部发生局部压坏,随着荷载的不断增加,裂缝逐渐展开并且不断向中间延伸,最终裂缝贯通生土墙破坏.墙体与底梁易发生粘结破坏,在施工中已予以重视.纵向设置8#线、水平设置铁丝网可以提高开裂荷载和极限荷载,且可以提高墙体的整体性,能显著改善墙体变形能力和耗能能力.

砾石与水泥改性生土材料配方优化研究

生土建筑在建造时所取材料中不可避免含有砾石,为研究水泥掺量对含砾石生土材料抗压性能的影响,采用单格子模型设计复掺配方,在控制砾石含量不低于5%的基础上调整水泥掺量,通过单轴抗压试验对不同配合比的生土基块材进行测试。结果表明:水泥的掺入对含砾石生土材料的抗压性能有较大改善;当砾石含量控制在8%以下时掺入水泥,生土材料的抗压强度及变形性能有明显提高;当水泥掺量为15%时,含8%砾石的生土材料抗压强度及峰值位移可分别达到素土的3.4倍和1.3倍。

改性生土泥浆最优配合比的试验及分析

通过正交试验研究改性泥浆的工程特性,分析草筋、水泥、生石灰、糯米对改性泥浆28 d抗压强度和劈裂抗拉试验强度的影响,并对试验结果进行极差、方差和因素指标分析。试验结果表明,对于28 d抗压强度的各因素影响顺序为:草筋A>糯米D>水泥B>生石灰C;28 d劈裂抗拉强度的因素影响顺序为:糯米D>草筋A>水泥B>生石灰C。综合分析各因素对改性泥浆砌块抗压强度、劈裂强度的影响,最终确定改性泥浆砌块的最优配合比为A3B3C2D2,即草筋0.25%,水泥20%,生石灰2.5%,糯米5%。

改性生土砌块配合比试验研究

通过单因素试验对改性生土的工程特性进行试验研究,从而确定草筋、粉煤灰、水泥、生石灰的合理取值区间。利用正交试验方法考察各因素对改性生土抗压强度、抗折强度的影响,并对试验结果进行了极差、方差和因素指标分析。结果表明,各因素对改性生土砌块28 d抗压强度的影响顺序为:水泥C>草筋A>粉煤灰B>生石灰D。各因素对改性生土砌块28 d抗折强度的影响顺序为:草筋A>水泥C>生石灰D>粉煤灰B。综合分析各因素对改性生土砌块抗压强度、抗折强度的影响,最终确定改性生土砌块的最优配合比。

铁尾矿和水泥改性生土材料抗压试验研究

采用铁尾矿及水泥对生土材料进行改性,通过单形格子法设计10组配方,并以生土试件作为对照组,研究了各组试件的破坏形态、抗压强度、变形及应力-应变曲线,分析了试件破坏的原因,以及改性材料掺量对强度、离散性及应力-应变曲线的影响。结果表明:各组试件的应力-应变曲线变化规律基本相似,同时曲线的斜率、离散性又显示出差异性。增加铁尾矿和水泥掺量均能提高生土材料的抗压强度,同时材料的离散性也会随之增大。通过频数分析法得到:铁尾矿掺量为12.1%~19.5%、水泥掺量为13.9%~19.1%、生土掺量为65.5%~69.9%时,铁尾矿和水泥改性生土材料的抗压强度有95%保证率处于6~9 MPa之间。

CT技术下掺煤矸石和电石渣的生土材料损伤演化及孔隙研究

为了研究改性生土材料的损伤演化规律,以煤矸石和电石渣作为生土改性掺料,通过对生土试件进行轴压下电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)试验,得到各阶段荷载作用下的应力-应变曲线、材料内部破坏过程、CT图像等。研究各扫描断面CT图像、CT数与试件破坏过程演化规律,分析CT图像、CT数和应力应变的关系,计算材料各断面孔隙率,引入损伤度来建立材料孔隙与损伤之间的联系。结果表明:在不同应力状态下,XY扫描断面CT图像中裂缝是由四周以环状的形式向内部延伸,YZ扫描断面的破坏从上下表面产生,试件内部的密实度高,试件边缘抵御变形能力相比内部较差。试件受“环箍效应”影响显著,试件底部CT数大于上部,但是XY-2断面CT数小于其他断面,出现大量孔隙和裂缝。低应力状态时,试件上部孔隙率变化大于下部,在峰值应力时,孔隙率波动明显,变化幅度为-43%~500%。峰值应力后,试件上部孔隙率迅速减少,下部则相反。通过对无纲量损伤度的计算,损伤度表现出随应力的增加先增大后减小再增大的规律。研究成果可为生土改性材料的损伤本构关系提供参考。