石灰-偏高岭土改良遗址土强度劣化特性的冻融循环效应

中原地区处于季冻区,周期性冻结与融化对遗址土体结构有显著影响。为探究石灰偏高岭土(L-MK)在抗冻融循环方面替代天然水硬性石灰(NHL)用于土遗址修复工作的可行性,以石灰、偏高岭土和遗址土为主要原料,对经历不同冻融循环次数的L-MK改良土试样分别进行质量损失测试、无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,系统研究其强度特性的冻融循环效应;并取部分试样进行X射线衍射(XRD)、热重(TG)、电镜扫描(SEM)等微观试验,揭示L-MK改良土强度劣化规律的内在机制。结果表明:试验配合比下,L-MK改良土的抗冻性能优于NHL改良土,偏高岭土掺量的增加有助于提高L-MK改良土强度;随着冻融循环次数的增加,L-MK改良土应力-应变曲线的应变软化特征呈减弱趋势,无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度单调衰减,但经历30次冻融循环后L-MK改良土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度分别高于NHL改良土3.79倍和1.16倍以上。这与L-MK及NHL改良土生成的水化产物(CSH和C_(4)AH_(13)等)受冻融循环的影响规律基本一致。

酸环境下石灰-偏高岭土改性遗址土的强度及色差分析

采用X射线衍射、热重分析、扫描电镜观测、色差分析和强度性能测试等方法,研究了酸环境下石灰-偏高岭土(L-MK)及天然水硬性石灰(NHL)改性遗址土强度与色差的变化规律,并探讨了其微观机制.结果表明:随着酸环境下干湿循环次数的增加,L-MK改性遗址土强度先增后减,而NHL改性遗址土则单调递减,且经历20次干湿循环后L-MK改性遗址土强度为NHL改性遗址土强度的1.6倍以上;与原样遗址土相比,8%偏高岭土掺量下L-MK改性遗址土色差最小,且小于8%及10%NHL改性遗址土,L-MK与NHL改性遗址土强度变化规律的差异性与水化产物水化硅酸钙(CSH)的稳定性及CaSO_(4)·2H_(2)O等膨胀性物质的生成量有关,采用L-MK替代NHL应用于土遗址修复领域是可行的.

熟石灰-偏高岭土改性土应用于土遗址病害修复

【目的】探索适用于修复土遗址病害的改性材料及修复工艺。【方法】在素土(plain soil,P)中添加偏高岭土(metakaolin,MK)和熟石灰(hydrated lime,HL),并基于室内试验研究两者的最优配比及综合工程特性;基于三类夯土墙模型试验研究改性材料的病害修复工艺及修复效果。【结果】1)当偏高岭土与熟石灰质量比为1∶1且两者的总占比为20%时,熟石灰-偏高岭土改性土(HL⁃MK改性土)的孔隙率较素土的大幅降低,其无侧限抗压强度约为素土的4倍,抗渗性能提高100倍,黏结强度是素土的1.2倍,崩解性也显著提高。2)基于夯土墙体掏蚀、表面剥蚀、裂缝三类病害的模型试验,分别提出了砌补、喷涂、注浆的修复工艺。基于上述工艺,墙体修复后的剥蚀率、裂缝扩展速率、温度梯度及湿度梯度显著降低。【结论】本文提出的HL⁃MK改性土最优配比及相应修复工艺可适用于土遗址病害的修复,能够为半干旱地区的土遗址病害修复提供科学依据。

偏高岭土在人造水硬性石灰修复砂浆中的应用研究

为研制一种适用于历史建筑修复的绿色无机修复材料,本文基于青岛多栋砖砌体结构历史建筑黏结材料的XRD测试结果,通过掺偏高岭土制备了基于人造水硬性石灰的修复砂浆,测试了人造水硬性石灰砂浆的流动度、凝结时间、质量损失率、干燥收缩率以及力学性能等指标,研究了偏高岭土对人造水硬性石灰砂浆的影响。结果表明:偏高岭土可降低人造水硬性石灰砂浆的流动度,缩短凝结时间,降低收缩率,提高抗压强度及黏结强度。当掺量为5.0%和7.5%(质量分数)时,人造水硬性石灰砂浆的56 d抗压强度分别提升了66.8%和94.3%,黏结强度分别提升了22.2%和25.9%。采用XRD和SEM对材料的微观结构进行测试分析发现,偏高岭土能使人造水硬性石灰砂浆性能提升的主要原因是偏高岭土中的活性SiO_(2)和Al_(2)O_(3)与石灰发生直接反应并消耗Ca(OH)_(2),促进了水泥水化,增强了水化产物与骨料间的黏结力。

石灰偏高岭土改良粉砂土强度特性与微观机理

以河南地区典型粉砂土为研究对象,制备不同石灰及偏高岭土掺量下的改良粉砂土试样,对其进行了无侧限抗压强度试验、扫描电镜(SEM)与X射线衍射(XRD)测试,并与水硬性石灰改良粉砂土进行对比分析.结果表明:随着偏高岭土掺量的增加,改良粉砂土破坏应变增大,无侧限抗压强度提高,但强度增长率呈现先增加后减小的规律,并在偏高岭土掺量为4%时达到峰值;当养护龄期从7 d增至28 d时,石灰偏高岭土改良粉砂土的强度增长率明显高于石灰改良粉砂土.采用6%石灰+4%偏高岭土、8%石灰+4%偏高岭土可分别有效替代8%、10%的水硬性石灰;偏高岭土掺入后形成的水化产物可联结土颗粒并填充于孔隙,使改良粉砂土微观结构更加密实,具有一定的水硬性.

石灰-红黏土互损行为与偏高岭土减损机制

红黏土成团现象突出,导致石灰处治红黏土时难以拌和均匀;同时,红黏土呈弱酸性,石灰与黏土会发生互损作用,最终影响处治效果。首先,从水分子与黏土矿物的电荷分布特征角度,解释了红黏土呈弱酸性的原因;然后,通过酸、碱溶液浸泡石灰处治红黏土,模拟石灰-红黏土的互损行为;最后,提出应用偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损的方法。为此,选择两种团粒尺寸的红黏土,掺入不同比例的偏高岭土和石灰,并评价其无侧限抗压强度。结果表明,与仅用石灰处治的红黏土相比,掺入偏高岭土过多或过少都不利于其强度提高,掺量为5%效果最佳,验证了偏高岭土抑制"石灰-红黏土"互损行为的可行性。偏高岭土与石灰快速反应,不仅生成了以离子键结合的硅、铝酸胶结物,还生成了以共价键结合的网状胶结物,而且后者具有明显的抗酸侵蚀能力,从而解释了偏高岭土能够减少石灰-红黏土互损的内在原因。

偏高岭土协同石灰钝化红黏土水敏性的机制

红黏土水敏性强,添加石灰等碱性材料处治后,能获得即刻的改良效果,但由于红黏土呈弱酸性,石灰改良后其长期性能会衰减。为提高石灰稳定红黏土(简称La+L)的长期性能,添加偏高岭土(4%)协同石灰(5%)稳定红黏土(简称La+L+MK),改善其水敏性和酸-碱互损作用。制备8种初始含水率的压实试样(初始孔隙比相同),养护到预定时间后开展无侧限抗压强度试验,同时,测定试样的钙离子浓度、电导率和pH值。结果表明:初始含水率为26%左右时,改良土的无侧限抗压强度最高,初始含水率偏高或偏低都不利于改良土的强度增长。究其原因,试样偏干时,缺少水分,石灰水化不充分,不能形成游离态钙离子,无法进行火山灰反应,颗粒之间无法形成胶结;试样偏湿时,火山灰反应形成的胶结强度不及过量水分引起的基质吸力丧失量。试样的钙离子浓度和电导率变化规律,证实了以上原因解释的猜想。当然,添加偏高岭土后,能够显著改善偏湿状态下的石灰土强度。即使浸水饱和后,相对石灰改良土,也能够保持较高的强度,充分证明偏高岭土能够有效降低石灰土水敏性,提高其耐久性。偏高岭土直接提供了大量硅、铝氧化物,且将土体pH值降到有利于硅、铝氧化物溶解的碱性范围,加速火山灰反应,缓减或抑制石灰-红黏土的互损作用。

处治红黏土水-力性能的团粒尺寸效应

红黏土因高黏粒含量和高含水率而易于成团,当掺入石灰或水泥处治时,会存在拌和不均的难题,进而影响处治效果。选择4组红黏土,其最大团粒尺寸D为5.0,2.0,1.0,0.5 mm。按照干质量比,偏高岭土∶石灰∶红黏土=5∶5∶90配置试样。然后,喷入蒸馏水增湿到含水率33.2%;最后,压实成型养护至预定龄期,再开展水-力性能和微观特性等试验。结果表明,随着最大团粒尺寸变大,处治红黏土线收缩率增大、无侧限抗压强度降低;但掺入偏高岭土后,相同团粒尺寸的处治土收缩性得到抑制,强度也得到提升。究其原因,红黏土团粒尺寸大,石灰只能附着在团粒的表面,仅形成团粒间的"桥接",不能形成包络状胶结;偏高岭土含有大量无定形的硅、铝氧化物,具有高"火山灰"活性,可以快速捕捉水化石灰中的钙离子,形成硅、铝酸钙等胶结物;同时,偏高岭土还充填了团粒间孔隙,二者的联合作用增强了处治红黏土的水-力性能。

偏高岭土改善灰土强度的试验研究

灰土被广泛用作建筑物和构筑物的基础,本文通过添加偏高岭土来进一步改善其力学性能,以期为改性灰土的应用提供试验依据.灰土强度受其组成原料如石灰含量、含水率和粘土性质的影响较大,通过控制石灰和偏高岭土含量以及水固比等因素,研究偏高岭土的加入对常规灰土材料抗压强度和软化系数的影响,并通过对含水率变化分析和扫描电镜揭示其内在机理.根据试验结果的对比分析,发现偏高岭土不仅能改善灰土材料的强度,明显缩短其强度形成时间,而且明显的提高灰土试样的软化系数.无论添加偏高岭土与否,试样抗压强度随水固比、石灰含量和偏高岭土含量均存在一个最佳配比.偏高岭土与Ca(OH)_2和水发生化学反应,反应产物致使灰土试样的结构更加致密,从而改善了试样的力学性能.

镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料的试验研究

以未经改性的镍石膏、钛矿渣和P·O42.5水泥为主要原料制备镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料,通过物理力学性能及微观性能测试,分别研究了生石灰、矿物掺合料、硫铝酸盐水泥掺量和养护制度对镍石膏-钛矿渣复合胶凝材料物理力学性能的影响。结果表明,以生石灰作为碱性激发剂,掺量在6%时效果最好;加入4%偏高岭土和2%硫铝酸盐水泥后,基体的凝结时间大大缩短,早期强度显著增加,后期强度也有所增长;养护制度对基体3d和7d强度影响较大,28 d强度保持一致。

偏高岭土对天然水硬石灰净浆力学强度和水化反应的影响

为了研究偏高岭土(MK)对天然水硬性石灰(NHL2)净浆和水化反应的影响,本文制备出了不同偏高岭土掺量的样品(掺入量为0%、10%、20%、30%、40%、50%和60%).采用万能材料试验机、X-射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM),对养护28天的样品进行了力学强度、化学组成、物相组成及微观结构的分析.结果表明,偏高岭土对天然水硬石灰净浆的力学强度影响显著,当偏高岭土掺量为50%时,养护28天的样品的力学强度最高;偏高岭土中的活性SiO 2与天然水硬性石灰中的Ca(OH)2发生水化反应,促进水化硅酸钙(C-S-H)的生成,抑制了Ca(OH)2的碳化反应,使样品的微观结构呈均匀化和致密化.

绿色节能环保型无熟料白水泥的研究

以偏高岭土、石灰和石膏为主要原料,进行了无熟料和少熟料的白水泥试验研究。试验结果表明:(1)用偏高岭土、石灰和石膏三组份原料可以制得28d强度超过32.5MPa的无熟料白水泥,其最佳质量配比为:偏高岭土∶石灰∶石膏=50∶30∶20.(2)用偏高岭土、石灰、石膏和少量白水泥熟料四组份配料可以制得28d强度超过42.5MPa的少熟料白水泥,其中白水泥熟料掺量只要20%;基础原料——偏高岭土、石灰和石膏的相对质量配比为14∶3∶3。文章同时对白水泥强度增长特点、养护条件、耐水性进行了分析;研究了生石灰和熟石灰、生石膏和熟石膏对无熟料白水泥的强度影响差异,确定了最优石灰和石膏类型。

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。

防水剂对石灰-偏高岭土修补砂浆性能的影响

以石灰和偏高岭土为主要材料,制备一种适用于岩土类建筑的修补砂浆.用桐油和硬脂酸钙两种防水剂来改善砂浆的耐水性,研究桐油和硬脂酸钙对砂浆强度、反应过程、吸水率和软化系数、干燥收缩的影响,并通过XRD和SEM对砂浆进行物相分析和微观形貌观测.结果表明:桐油和硬脂酸钙可以显著提高石灰-偏高岭土砂浆的耐水性,可使吸水率下降至2.5%以下;桐油和硬脂酸都会阻碍偏高岭土的火山灰反应,在一定程度上降低砂浆的强度,但28d的抗压强度仍在5 MPa以上,达到天然水硬性石灰NHL5的强度等级;桐油和硬脂酸钙会影响石灰-偏高岭土砂浆的微观形态和结构,桐油使产物的颗粒更细小、更致密,硬脂酸钙则会使产物结构比较疏松.综合考虑砂浆强度、耐水性等因素,得出桐油和硬脂酸钙的最佳掺量分别为5%和1.5%.

矿粉/偏高岭土对天然水硬性石灰早期性能的影响

天然水硬性石灰(NHL)在古建筑修缮工程中的应用效果是水泥和传统气硬性石灰所无法比拟的,但早期性能发展偏慢的特性使其应用受限。本文研究了矿粉/偏高岭土改性NHL早期硬化过程中物理力学性能、水化放热特性、物相组成和转变以及微观结构演变过程,系统地评估了矿粉/偏高岭土对NHL基材料早期性能发展的影响。结果表明:矿粉可以改善NHL基砂浆的流动性;矿粉/偏高岭土通过火山灰反应生成水化铝酸钙(C_(3)AH_(6))、水化碳铝酸钙(C_(4)AĈH_(11))以及水化硅酸钙(C—S—H),可促进NHL基材料凝结硬化、显著提高其抗压及抗折强度。本研究为推动火山灰质材料复合NHL在古建筑修复工程中的应用提供参考。

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。