青海地区新型夯土墙的试验研究

刘成奎，冯坚

（1.青海省建筑建材科学研究院，青海西宁 810008；2.青海省高原土木工程与工程材料重点实验室，青海西宁 810008）

青海地区新型夯土墙的试验研究

刘成奎1，2，冯坚1，2

（1.青海省建筑建材科学研究院，青海西宁 810008；2.青海省高原土木工程与工程材料重点实验室，青海西宁 810008）

根据青海地区传统夯土墙的应用情况，研制了一种适合该地区的新型夯土墙。通过研究，找出了一种新型夯土墙体材料性能及配合比优化的方法，同时研制出了一系列关于新型夯土墙的施工及模具改良技术。通过工程应用和实践表明，研究中的新型夯土墙体材料性能表现良好，施工技术先进可靠。

新型夯土墙；材料性能；施工工艺

以泥土为主要材料，经拌合入模，通过外力密实后形成的夯土建筑历史悠久，从埃及金字塔和我国长城中都能感受到人类智慧和自然建材的有机结晶。在青海省的农牧地区，夯土墙仍是一种常见的建筑墙体，涉及到农牧民居、畜棚、农作物温棚等。本文通过实地调研，研制了一种适合本地区土壤资源和人文情怀的新型夯土墙，同时对墙体材料性能进行了研究和优化，对施工工艺进行了技术改良，并应用到了示范工程。结果表明，本次研究的成果可行实用，具有较高的推广和应用价值。

1　新型夯土墙体材料的试验

1.1原材料

粉土：取自湟源县日月乡兔儿干村，含水量为12.1%，液限为21.9%，塑限为17.2%；水泥：P·C32.5水泥，初凝时间为121min，终凝时间为256min，28d抗压强度为36.8MPa；砂：机制砂，细度模数3.4，属于粗砂。熟石灰：CaO含量为77.48%，MgO含量为0.59%；路丰液体土壤固化剂（LSF-Ⅲ）：浅棕色黏稠状液体，无沉淀物，固含量＜18%，密度（1.05±0.02）g/cm3，pH值=8.0～10.0；聚丙烯腈纤维：长度12 mm，直径13 μm，抗拉强度750 MPa，弹性模量11 GPa，密度1.18 g/cm2，极限伸长率20%；水：自来水。其中，土和砂子最大粒径不宜超过5 mm，熟石灰最大粒径不宜超过3.0 mm[1]。

1.2试验配合比

根据研究需要，本次研究共制定了4种配合比，如表1所示。配比中，固化剂用量按照土的质量外掺，聚丙烯腈纤维用量按占墙体材料的体积百分数，加水量以“手捏成团”和“落地开花”原则控制[1]。

表1　新型夯土墙体材料试验配合比

1.3试件成型

新型夯土墙的主要成型工艺包括原材料的机械粉碎、筛分、搅拌（干拌2 min、湿拌5 min为宜）、入模、夯实、拆模、自然养护。该成型过程也适用于实验室土体试样的制作和分析。如图1所示，按照设计的新型夯土墙体材料配合比，在实验室内参照GB/T 50123—1999《土工试验方法标准》中的土工重型击实试验方法制得圆柱体试样。

图1　试样制作与试验方法

1.4性能测试方法

抗压强度参照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试；含水率、湿密度、干密度参照GB/T 50123—1999进行测试；软化系数参照GB/T 4111—2013《混凝土砌块和砖试验方法》进行测试。

2　新型夯土墙体材料试验结果与分析

2.1性能测试结果

按照表1配合比制备的新型夯土墙体材料的主要性能指标如表2所示。

表2　新型夯土墙体材料的主要性能指标

2.2土体改性机理

土体改性就是采用常温下向土中加入改性材料（如砂子、水泥和熟石灰等），并施加一定外力捣实，通过土内发生一些列的物理化学反应使土体颗粒胶结，从而改变土的原有结构和性质，达到提高土体的耐久性和力学性能的目的。通过以上研究和分析，新型夯土墙土体通过以下方式达到改性目的：（1）土体各组分的合理配比和颗粒之间合理的组合，加上合理有效的密实技术，使夯土体的密实程度最大化，从而提高夯土的强度及耐久性能；（2）掺入适当的骨料，经过有效夯实后，以起到土体颗粒间的的骨架作用，满足夯土整体的构造要求，从而提高土体强度；（3）掺入活性掺合料，增加土体内固相物质的重组效应，以提高夯土土体的强度和耐久性。

3　新型夯土墙模具

如图2所示，传统夯土墙施工工艺复杂、效率低下、安全性差。受传统施工工艺的启发，本次研究中研发了一系列新型夯土墙的施工工艺，对模板及拐角加固进行了创新，效果良好。通过实践表明，新型夯土墙模具实现了夯土墙体墙面自然垂直的效果，避免了传统夯土墙必须“收峰”的缺点；新型夯土墙模具及先进的施工工艺还可以实现墙体与预留门、窗洞一次成型的效果，如图3所示。

图2　传统夯土墙施工现场

图3　新型夯土墙施工现场

3.1模板

本研究采用松木质模板，尺寸为60 mm×400 mm×4000 mm，组合配件包括长为500 mm的8#槽钢、直径为15 mm的穿墙螺杆（螺杆长度根据墙体宽度选择）、Φ16 mm的PVC套管，并按照操作步骤依次组装即可。

3.2拐角连接技术

传统夯土墙施工模具自身笨拙，尤其是在墙体拐角处对施工操作带来了很多麻烦，施工过程中易出现缺棱掉角甚至是不规整的现象。本着操作便捷，安全耐用的原则，本研究研发了2种适合新型夯土墙模板的拐角连接和固定措施，即锁扣固定式和角钢固定式。锁扣式安装轻便、易拆卸、易更换、固定效果良好，适合施工空间狭小或墙体拐角多变的拐角连接部位，如图4所示；角钢式连接固定紧实，具有足够的刚度、经济耐用，适合底层夯实或土体夯实程度要求较高的拐角连接部位，如图5所示。

图4　锁扣式拐角处理工艺措施

图5　角钢式拐角处理工艺措施

4　新型夯土墙夯实技术

4.1新型夯锤

夯土墙历史悠久，记载了人类的汗水和智慧，但是与当今墙体材料及施工工艺比较，传统的夯土墙及其施工工艺仍有明显不足。传统夯土墙夯使用的夯实工具俗称“打夯锤”或“打夯石”，如图6所示。即通过石体或同等重量的重物通过重力进行墙体夯实，但是其操作十分费力且振捣力量不均匀，造成墙体紧实度不一。

现有技术中有一种气动捣固锤，但是用于土体夯实，具有锤头质轻、锤面过小等缺点。根据其工作原理，我们对其进行了加工和改良，特此开发了一种操作便捷、使用安全、振捣频率稳定、振捣力量均匀的气动夯锤。

如图7所示，气动夯锤包括铁质半球锤头、密封螺母、缸体、缸体螺母、气杆、进气控制阀、手柄、气管接头和活塞杆，半球锤头焊接在活塞杆前端，缸体与活塞连接处设有密封螺母，缸体通过缸体螺母安装在气杆上，手柄设置在气杆上，手柄上设有进气控制阀，气杆端部安装有气管接头，气管接头通过高压气动管连接空气压缩设备。半球锤头的质量为2.0 kg，截面方向大圆的半径为55 mm，球体半径为100 mm，这种新型气动夯锤操作便捷，振捣频率稳定，振捣力量均匀，夯实效果良好。

图6　传统打夯锤

图7　新型气动夯锤

4.2夯实方法说明

根据反复试验和研究，拌合料入模时宜填料80～120 mm为一层，利用气动夯锤夯实，每层按照“之”字型路径振捣6遍后墙体密实度适宜，如图8所示。为增加土体层与层之间的咬合粘接能力，每层之间的振捣路径宜错开。

图8　“之”字型振捣路径

5　结语

由于我国城镇化建设的需求，新型夯土墙也只能用于农牧地区的房屋建筑中，而且这也合乎广大农牧民的“恋土品格”和“环农业特征”[2]。但是相对于生产力低下的农牧地区，新型夯土墙仍有足够的推广和应用价值，具体如下：

（1）新型夯土墙是资源节约型的。新型夯土墙的原材料完全满足就地取材，又可回归自然，可以实现土壤资源循环可持续利用；新型夯土墙体具有良好的储热能力，作为房屋的围护结构，白天可以将一定的太阳光热量储存在墙体内部，晚上在温差的作用下又将其内部的热量释放到建筑物内，达到充分利用自然能量的良好效果。

（2）新型夯土墙是环境友好型的。传统的生土建筑遵循了人与自然和谐发展的必然规律，而新型夯土墙将继续坚持这一理念，结合现代科技力量，以解决当前自然环境对社会发展的承载力，其生产要素实现绿色化，充分尊重自然环境，实现了广大农牧民与居住环境和谐可持续发展的美好愿望。它存在于自然，居住之和谐，将充分体现了广大农牧居民与自然和谐相处的智慧。

（3）新型夯土墙是经济适用性的。一方面，新型夯土墙墙体结构稳定，热稳定性好，居住舒适，适用性强，施工技术灵活简便，建造和维修成本低廉，非常适合广大农牧地区；另一方面，通过对土体的改性和有效的夯实技术，新型夯土墙体材料具有良好的耐久性能，抗裂和抗侵蚀能力得到了一定程度的改善，非常适用于青藏高原降雨少、风沙多、紫外线强的严酷环境。

[1]刘成奎，冯坚，李万琴，等.青海地区新型生土系列墙体材料的试验与研究[J].新型建筑材料，2015，42（8）：39-42.

[2]刘连新.青海农村旧居围护结构保温问题的探究与启示[J].青海大学学报：自然科学版，2002，20（5）：1-3，6.

The test and research of a new type of rammed earth wall in Qinghai Province

LIU Chengkui1，2，FENG Jian1，2
（1.Qinghai Provincial Science Research Institute of Building&Construction Material，Xining 810008，China；2.Key Laboratory of High Altitude Civil Engineering&Engineering Materials in Qinghai Province，Xining 810008，China）

According to the application conditions of the traditional loam wall in Qinghai province，a new type of rammed earth wall is developed，which is suitable for the region.Its optimal proportion method and material properties are designed through research.At the same time，a serious of new construction and improvement template technology about the loam wall have been developed.Through the engineering application and practice shows that the new type of rammed earth wall materials performance is good and construction technique is advanced and reliable.

new rammed earth wall，material property，construction technology

TU361

A

1001-702X（2016）10-0029-03

国家科技支撑计划项目（2013BAJ03B03）

2016-03-08；

2016-04-07

刘成奎，男，1988年生，青海西宁人，硕士，研究方向：建筑材料耐久性。