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。

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。

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.

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。

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。

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。

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。

掺入玻璃和竹纤维的生土基材料性能试验研究

传统生土基材料在抗压强度、变形能力等方面与现代建材相比存在较大差距,为了改善传统生土基材料的基本力学性能,在生土基材料中掺入改性材料:糯米浆、玻璃渣、竹纤维,形成改性生土基材料。设计1组素土试件和4组不同配比的改性生土试件,由土工试验方法制作得到直径102 mm×高116 mm的圆柱体改性生土基试件共5组,24个。通过对试件进行轴心抗压试验研究,得到不同掺料以及不同掺量试件的抗压强度、破坏荷载、断裂能和位移值。分析不同掺料以及不同掺量对生土试块抗压强度、变形能力、断裂能的影响规律。结果表明,糯米浆能大幅度提高生土块材的抗压强度,但对试件的变形能力没有提高;玻璃渣对生土块材抗压强度有一定提高,竹纤维对生土块材变形能力有较大提高,试件破坏时整体性较好,大大改善试件脆性性能。

自密实生土基墙体材料的试验研究

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,制备自密实生土基墙体材料。研究了水固比、减水剂掺量对生土基改性材料流动度、抗压强度和耐水性能的影响。结果表明:生土基改性材料拌合物流动度随水固比及减水剂掺量的增大而增大;抗压强度随水固比的增大基本呈线性降低,随减水剂掺量的增加有小幅提高;生土基改性材料吸水率低、软化系数大于0.90,具有良好的耐水性能。以0.40为基准水固比,16%高效固化剂+10%粉煤灰+1.5%减水剂制备的生土基改性材料28 d抗压强度为3.2 MPa,软化系数为0.94,具有自密实特性。

羧甲基纤维素钠改性生土力学性能研究

生土材料符合绿色建筑的要求,低碳环保、造价低廉、可循环利用,但是本身强度低,耐久性差,限制了其在现代社会建设中的应用。使用羧甲基纤维素钠(CMC)对甘肃南部生土进行改性试验研究,测试其无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度。试验结果表明:CMC可有效改善生土的力学性能,其掺量为1.0%时生土的抗压强度达3 MPa以上,劈拉强度达0.26 MPa,能够满足村镇低层住宅建设的要求。

新型生土材料的调湿性能及导热性

通过热物性参数实验、等温吸放湿实验、反问题法求解导热系数实验研究改性生土材料的热湿物性参数。研究结果表明,改性生土材料的蓄热量大、衰减大、热稳定性强。由等温吸放湿实验得到改性生土材料的等温吸放湿曲线和拟合公式,同时对比平衡湿度曲线,改性生土材料的吸放湿性能优于石膏板、水泥砂浆、混凝土。利用反问题法求解导热系数与温度、含湿量的关系得到相对湿度在 98%时,改性生土材料吸湿平衡后的导热系数比同温度下干燥材料增长了 75. 6%。

基于青稞秸秆纤维及碎石的改性生土抗压性能试验研究

为寻求一种绿色、低成本、高性能的改性生土方式,以青藏高原独有的青稞秸秆、碎石为掺和料,研究单掺和复掺不同含量的青稞秸秆及碎石对改性生土的力学性能和变形性能的影响,制作100 mm×100 mm×100 mm立方体试件进行无侧限抗压强度试验,对比分析不同试件的破坏现象、抗压强度、变形性能、荷载—位移曲线。结果表明:单掺青稞秸秆可提高试件的抗压强度及变形性能,掺入1%青稞秸秆的改性生土试件抗压强度较素土试件可提高1.17倍,峰值荷载对应的位移可提高0.4倍;单掺碎石仅可提高试件的抗压强度,对土体的变形性能提升不大,掺入10%碎石的改性生土试件抗压强度较素土体试件提高1.38倍;复合掺入0.25%青稞秸秆和20%碎石改性试件成型较好、表面光滑无干缩裂缝,抗压强度和变形性能较素土体试件分别提高了2.1倍和0.3倍。因此复掺试件明显优于单掺青稞秸秆试件和单掺碎石试件,此配比可作为改性生土方法的最佳配合比使用。

碱激发胶凝材料的应用研究

介绍了碱激发胶凝材料的组成和分类,特别综述了其在粘贴FRP(纤维增强复合材料)加固混凝土结构、生土墙体材料改性固化等领域的应用研究。最后对碱激发胶凝材料的发展方向进行了展望。

以河砂为掺料的改性生土材料抗压试验研究

以浓度为3%的糯米浆作为生土材料的粘结剂,以不同粒径和掺量的河砂作为改性添加材料,通过对改性生土试件进行轴向抗压试验,得到改性生土试件的荷载-位移曲线,分析和讨论改性生土试件的轴向抗压强度。试验表明:以糯米浆作为改性生土材料的粘结剂可有效提高其抗压强度和延性比;以河砂作为改性添加材料,其粒径级配与掺量对改性生土试件的抗压强度和延性比有一定程度影响,掺入15%细砂+15%中砂对试件抗压强度提高效果较其他组明显,该组试件抗压强度为素土试件的1.25倍;延性比较素土试件提高了7%。糯米浆和河砂作为改性生土材料,绿色环保,不会影响生土材料固有的生态特性,并可以改善生土材料的力学性能,是一种可以推广的改性生土配方。