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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 改性土坯抗壓性能試驗(yàn)研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)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(hù)地域特色生土古跡打下基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 詳細(xì)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(jì)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(jì)欠發(fā)達(dá)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(gè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義的課題。本項(xiàng)目本著環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的原則，參考國(guó)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(yàn)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(guó)內(nèi)外的研究成果和本試驗(yàn)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(duì)比試驗(yàn)素土12塊共計(jì)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(duì)比試驗(yàn)素土12塊共計(jì)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(duì)比試驗(yàn)素土12塊共計(jì)60塊； 按高厚比β等于3制作了素土坯砌體試件合計(jì)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(yàn)研究的結(jié)果 3.1 素土試塊的受壓試驗(yàn)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(gè)階段。試驗(yàn)加載初期，土體表現(xiàn)為彈性性能，隨后經(jīng)歷屈服開裂。達(dá)到極限荷載時(shí)，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(yàn)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(shí)，試塊開始發(fā)出細(xì)微的響聲，并且出現(xiàn)少量細(xì)小裂縫。裂縫大多出現(xiàn)在邊角處，相對(duì)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(dá)到極限荷載時(shí)，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(yàn)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(shí)，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(kuò)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(qiáng)度試驗(yàn) 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(gè)階段.荷載小于35%峰值荷載時(shí)，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(shí)，試件的正面與側(cè)面中部單皮磚內(nèi)出現(xiàn)細(xì)微豎向裂縫，并緩慢擴(kuò)展，至60%峰值荷載時(shí)裂縫擴(kuò)展至4-5皮，隨著荷載增長(zhǎng)，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(shí)，荷載略有增長(zhǎng)，位移增長(zhǎng)加快，接近極限荷載時(shí)，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(qiáng)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(qiáng)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(dú)使用。 摻和適量的生石灰即可以提高強(qiáng)度，也可以提高延性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，建議摻和量為12%-16%之間。 造成土坯砌體強(qiáng)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(qiáng)度測(cè)試方法、受壓面平整度等?；铱p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(qiáng)度平均值的計(jì)算可采用本文（2）公式，由此得出的土坯砌體抗壓強(qiáng)度平均值為0.76Mpa，基本符合試驗(yàn)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(qiáng)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(jí)配、生土料中粘土含量、新的加強(qiáng)材料、新的生產(chǎn)工藝方面探究改善其力學(xué)性能。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：改善土坯的受壓承載力和變形能力，保護(hù)新疆地區(qū)的民族特色生土建筑，拓展土坯砌體房屋在地震區(qū)的應(yīng)用范圍。 基本思路：在土體材料中摻和不同比例的摻和物（粗砂、麥秸稈或生石灰）形成改性土體材料，并在受壓試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行其受壓承載力試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提出各類摻和物對(duì)土體材料的承載力和變形能力的影響程度，確定摻和物的最佳摻和量。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 科學(xué)性：試驗(yàn)過程嚴(yán)格依照“砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)”（GBJ129-90）等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理依照數(shù)理統(tǒng)計(jì)基本理論。這些方法和標(biāo)準(zhǔn)，保證了試驗(yàn)的科學(xué)性。 先進(jìn)性及獨(dú)特之處：1、本次試驗(yàn)所用設(shè)備儀器采用電腦控制，可以全程記錄所作試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)；2、材料（土、麥草等）環(huán)保且可持續(xù)循環(huán)利用；3、首次采用150立方體試塊受壓試驗(yàn)來研究；4、針對(duì)新疆地域特點(diǎn)展開研究。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 1、在保護(hù)民族特色生土建筑（香妃墓、蘇公塔、喀什老城區(qū)等）方面起到積極的作用； 2、新疆廣大農(nóng)牧地區(qū)，依然存在大量的生土建筑，通過改良生土建筑，可以為當(dāng)前新農(nóng)村建設(shè)和富民安居工程的建設(shè)，提供一條環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的建設(shè)道路。 3、提出了改性材料（麥草、粗砂等）的最佳摻和量，為制定生土建筑規(guī)范奠定基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 參照砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了土坯、改性土坯的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),描述了試驗(yàn)過程和現(xiàn)象.分析了摻合量對(duì)土坯抗壓強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,濕法制成的土坯強(qiáng)度很低,摻和麥秸稈仍無改觀,延性提高;摻和粗砂提高土坯強(qiáng)度，延性下降;摻和石灰強(qiáng)度提高，延性提高。本研究成果為新疆傳統(tǒng)土坯民居的建設(shè)和傳統(tǒng)土坯建筑文化的弘揚(yáng)、環(huán)境保護(hù)等具有重要參考價(jià)值。
獲獎(jiǎng)情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，研究結(jié)論具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，適合新疆地區(qū)。
參考文獻(xiàn)
- 技術(shù)：混凝土材料立方體抗壓試驗(yàn)方法。 技書文獻(xiàn)： [1]GB/T2542-2003砌墻磚試驗(yàn)方法[S] .北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社. [2]GBJ129—90 砌體基本力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社 [3]阿肯江?托呼提,亓國(guó)慶,陳漢青.新疆南疆地區(qū)傳統(tǒng)土坯房屋震害及抗震技術(shù)措施[J]. 工程抗震與加固改造,2008,30(1):82-86. [4]陶忠,譚冠平,曹凈,等.云南農(nóng)村民居土筑墻體土工試驗(yàn)研究[J]. [5]工程抗震與加固改造,2008,(1)：90-93． [6]葛學(xué)禮,朱立新,于文. 新疆喀什老城區(qū)生土房屋模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J],工程質(zhì)量,2007,（1）:52-54 [7]GB 50003-2001,砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001. [8]施楚賢,砌體結(jié)構(gòu)理論與設(shè)計(jì)（第二版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2003,36-38. [9]熊丹安,李京玲.砌體結(jié)構(gòu) [M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社,2005,11-13 [10]王沛欽,鄭山鎖,柴俊,曾磊,彭春華,鄭捷.走向生土建筑結(jié)構(gòu)[J].工業(yè)建筑,2008, 38(3): 532-535
同類課題研究水平概述
- 近年來，西安建筑科技大學(xué)就 “夯土民居生態(tài)建筑材料體系的優(yōu)化”開展了研究。其主要的研究?jī)?nèi)容集中在夯土建筑所用夯土材料的力學(xué)性質(zhì)、耐久性質(zhì)、夯土材料的改性等。但本研究成果只限于當(dāng)?shù)氐耐馏w材料和夯土墻體，其研究成果很難在新疆地區(qū)加以推廣和應(yīng)用，加之在新疆生土建筑主要以土坯砌體房屋為主，墻體的砌筑方式、墻體在豎向和水平力作用下的傳遞方式都有很大的差異。 昆明理工大學(xué)陶忠等，就云南農(nóng)村生土民居開展了一系列研究。采用土工試驗(yàn)方法，研究了當(dāng)?shù)赝馏w材料的最優(yōu)含水量、最大干密度、剪切強(qiáng)度等土體材料的基本物理力學(xué)性能。這些研究成果無疑對(duì)生土建筑（包括夯土建筑和土坯砌體建筑）建造有重要的參高價(jià)值，但由于土體材料的基本物理性能變化差異較大，將這些研究成果應(yīng)用在新疆的生土建筑中還需進(jìn)一步研究考證。也沒有建議摻和量的具體范圍，具體實(shí)施有一定的盲目性。 中國(guó)建筑科學(xué)研究院就“農(nóng)村木構(gòu)架承重土坯維護(hù)結(jié)構(gòu)振臺(tái)試驗(yàn)研究”。針對(duì)木構(gòu)架承重土坯維護(hù)墻單層房屋采取抗震措施并進(jìn)行了在足尺模型模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。同時(shí)應(yīng)用有限元分析軟件進(jìn)行了對(duì)比分析，為改進(jìn)現(xiàn)有木構(gòu)架承重土坯維護(hù)墻房屋提供了試驗(yàn)依據(jù)。新疆農(nóng)村地區(qū)的生土建筑主要以生土墻體承重為主，加之新疆南疆地區(qū)木材短缺，本項(xiàng)研究成果很難在新疆得到推廣和應(yīng)用。 印度坎普爾理工大學(xué)2010年前后，針對(duì)土坯砌體的抗壓強(qiáng)度和本構(gòu)方程開展了一些列深入卓有成效地研究。主要結(jié)論有：土坯砌體的抗壓承載力隨土坯和泥漿的抗壓強(qiáng)度的提高而提高。然而用抗壓強(qiáng)度較高的泥漿砌筑土坯砌體，提高土坯砌體的抗壓承載力的效果不明顯。在泥漿中摻和石灰對(duì)提高土坯砌體的變形性能效果顯著。 從國(guó)外已有的文獻(xiàn)中可以看出，國(guó)外研究主要集中在建筑設(shè)計(jì)、建筑節(jié)能、歷史文化遺產(chǎn)保護(hù)和土坯磚的抗拉壓強(qiáng)度提高方面。從生土土坯的抗側(cè)承載力及變形能力方面研究較少。當(dāng)需要在地震地區(qū)建設(shè)生土土坯房屋時(shí)，簡(jiǎn)單的將土坯當(dāng)成混凝土來處理，在土坯墻體中用垂直鋼筋來加固，或者用燒結(jié)磚柱、鋼筋混凝土形成約束柱和約束梁來加固土坯墻體，以形成滿足抗震所需的抗側(cè)承載力和一定的延性。這些措施又違背了原有生土墻的建筑物理性能。本研究是通過在土體材料中摻和粗砂、麥秸稈和生石灰來提高土坯的基本力學(xué)性能，同時(shí)提出了評(píng)判土體材料優(yōu)良的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。這些研究結(jié)果為生土建筑的抗震性能研究和設(shè)計(jì)建立了一定的基礎(chǔ)。
