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基本信息

作品名稱:
改性土坯抗壓性能試驗研究
大類:
自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文
小類:
數(shù)理
簡介:

通過在土體材料中摻和粗砂、麥秸稈或生石灰等措施,來改善土坯砌塊的受壓承載力和變形能力,找出粗砂、麥秸稈或生石灰的較優(yōu)摻和范圍,為拓展土坯砌體房屋在地震區(qū)應(yīng)用范圍及保護地域特色生土古跡打下基礎(chǔ)。

詳細介紹:

詳細介紹:
1.問題的提出
生土建筑由于其卓越的物理性能、節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟等特性,在新疆廣大城鎮(zhèn)地區(qū)得到居民的青睞。但歷次地震災(zāi)害表明,有素土為材料建造的生土建筑其抵御抗震災(zāi)害的能力很弱。新疆又是經(jīng)濟欠發(fā)達環(huán)境脆弱地區(qū),如何提高生土建筑的抗震性能,使得這一古老的建筑形式得以在地震區(qū)應(yīng)用,是一個具有重要現(xiàn)實意義的課題。本項目本著環(huán)保、經(jīng)濟的原則,參考國內(nèi)外的生土建筑的研究結(jié)果,提出采用在生土中摻合摻和粗砂、麥秸稈和生石灰來提高生土建筑的抗震能力。
2.試驗研究的方案
為了確定三種摻和量的最佳質(zhì)量比范圍,在前期研究的基礎(chǔ)上,參考國內(nèi)外的研究成果和本試驗研究所采集的土體材料的基本物理性能(如粘土含量、最優(yōu)含水率、塑限指數(shù)等),確定的摻和量的比例分別如下:
麥草組:摻和量分別定為0.25%、0.5%、1.0%、1.5%;每種摻和量試塊制作12塊及對比試驗素土12塊共計60塊;
石灰組:摻和量分別定為4%、8%、12%、16%;每種摻和量試塊制作12塊及對比試驗素土12塊共計60塊;
粗砂組:摻和量分別定為50%、100%、150%、200%;每種摻和量試塊制作12塊及對比試驗素土12塊共計60塊;
按高厚比β等于3制作了素土坯砌體試件合計6件,在砌筑土坯砌體試件過程中,在其澆注灰縫土體材料泥漿中加入1%的麥秸稈,用以抑制在土坯砌體灰縫中出現(xiàn)過多的裂縫。
3.試驗研究的結(jié)果
3.1 素土試塊的受壓試驗結(jié)果分析
素土試塊其受力過程同素混凝土試塊相似,同樣經(jīng)歷彈性、開裂、脆性破壞3個階段。試驗加載初期,土體表現(xiàn)為彈性性能,隨后經(jīng)歷屈服開裂。達到極限荷載時,素土破壞很迅速,呈現(xiàn)脆性破壞。
3.2摻和麥秸稈試塊受壓試驗結(jié)果分析
加載初期,荷載與位移基本呈線性關(guān)系,可視為彈性階段。當(dāng)荷載加至極限荷載的40%左右時,試塊開始發(fā)出細微的響聲,并且出現(xiàn)少量細小裂縫。裂縫大多出現(xiàn)在邊角處,相對穩(wěn)定。隨著荷載的增加,裂紋逐漸增多,邊角出現(xiàn)掉渣,但與素土相比,明顯很少。達到極限荷載時,試塊沒有出現(xiàn)明顯的通縫,也沒有立即破壞,而是試塊中部凸起,仍可承受一定的荷載,表現(xiàn)為延性破壞。
3.3摻和粗砂試塊受壓試驗結(jié)果分析
加載初期,荷載與位移基本成線性關(guān)系,視為彈性階段,同素土相比,曲線較為陡峭,當(dāng)荷載加至65%左右時,開始出現(xiàn)裂紋,裂紋多出現(xiàn)在試塊邊角處,隨著荷載的增加,裂縫迅速延伸擴散,并形成通縫破壞,期間,試塊出現(xiàn)多處脫落、潰散,表現(xiàn)為脆性破壞。
3.4土坯砌體抗壓強度試驗
土坯砌體試件破壞過程可以分為開裂、裂縫穩(wěn)定發(fā)展、破壞三個階段.荷載小于35%峰值荷載時,荷載-位移曲線不是線性關(guān)系,也表現(xiàn)出明顯的下凸特征。當(dāng)加載至45%極限荷載時,試件的正面與側(cè)面中部單皮磚內(nèi)出現(xiàn)細微豎向裂縫,并緩慢擴展,至60%峰值荷載時裂縫擴展至4-5皮,隨著荷載增長,豎向灰縫由裂縫連通,局部少量剝落掉渣。.豎向灰縫不飽滿處最容易先出現(xiàn)裂縫,側(cè)面也是豎向灰縫主導(dǎo)裂縫走向裂縫的穩(wěn)定發(fā)展階段荷載-位移曲線接近于線性關(guān)系。當(dāng)加載至85%峰值荷載時,荷載略有增長,位移增長加快,接近極限荷載時,試件突然破壞,邊角局部壓潰,試件正面與側(cè)面均已出現(xiàn)較寬豎向裂縫,砌體試件已被分成若干小柱,后續(xù)潰散。
4.結(jié)論
摻和適量的麥草可以在略微降低土坯強度的情況下很有效地提高其延性,使其從脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檠有云茐?,建議摻和量為0.25%左右。
摻和適量的粗砂可以有效地提高土坯的強度,建議摻和量為50%,由于其延性大大降低,故不宜在多震區(qū)單獨使用。
摻和適量的生石灰即可以提高強度,也可以提高延性。從實驗結(jié)果看,建議摻和量為12%-16%之間。
造成土坯砌體強度低的原因較多,諸如干縮產(chǎn)生的內(nèi)部缺陷、砌筑質(zhì)量和施工方法、強度測試方法、受壓面平整度等。灰縫是很重要也最容易被忽視的一方面,尤其是豎向灰縫不飽滿處形成應(yīng)力集中。
土坯砌體抗壓強度平均值的計算可采用本文(2)公式,由此得出的土坯砌體抗壓強度平均值為0.76Mpa,基本符合試驗值。
從土坯砌體試件的抗壓結(jié)果看,無論是否摻和麥秸稈土坯砌體抗壓強度都很低,因此不建議建造中使用濕法制作土坯砌筑承重墻。建議從生土料的顆粒級配、生土料中粘土含量、新的加強材料、新的生產(chǎn)工藝方面探究改善其力學(xué)性能。

獲獎情況:

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 三等獎

作品圖片