掺和料对生土墙体材料力学性能影响

2021-12-08陈燕顺

湖北农机化 2021年5期

关键词：生土矿渣抗折

陈燕顺

(江汉大学智能制造学院，湖北武汉 430056)

1试验分析

1.1原材料

在影响研究实验中，原材料用到的是粘土、风化页岩。在粘土中以CaO、Fe2O3、SO3、SiO2、Al2O3为主要成分；在风化页岩中，则以SiO2、Al2O3、CaO为主要成分。其中的掺和料选取的是矿渣、水泥、粉煤灰。

1.2试样制备

生土原材料为风化页岩和粘土进行掺和所得，再添加掺和材料。在生土样中的，含水量最佳，并通过模具(240 mm×120 mm×55 mm)来挤塑成型[3-4]。然后，统一放置在室温下并且自然风干，一直到含水率在0.5%以下后，再统一测试抗压、抗折与抗剪强度以及收缩变形。

1.3方法

根据国家统一规定的标准方法，来科学测试生土墙体样本的抗压、抗折与抗剪强度以及收缩变形度。

2结果分析

2.1抗压强度基本影响情况

2.1.1 单掺

在单掺掺量控制是5%～12%时，伴随矿渣掺量的增多，样本抗压强度先增后减；伴随水泥的增多，样本一直增大；但粉煤灰有增有降、无规律可循。所以，在抗压强度方面，以粉煤灰最差、矿渣次之、水泥最高。所以一般不会单掺粉煤灰，原因就是在矿渣中存在超过粉煤灰的碱性组分。在进行夯实下极易和土体内部的氧化铝、氧化硅进行反应，并形成固化物，而增强土体抗压性能。同时，矿渣比表面积也超过了粉煤灰，在进行夯实下会更快反应。但在水泥中存在矿物成分却会在水化反应中，紧固黏聚土粒子，出现越多的水化产物，就会产生越强的夯实性能。

2.1.2 复掺

在掺和料复掺时，土样均在14d达到抗压强度的最大值。复掺带来的影响低于单掺水泥的影响，但超过了单掺粉煤灰。主要就是土体和水之间的具体结合形式、数量均不尽一样。所以，在进行蒸发中，也会具有不一样的速率。在土体留下的水分一样时，在矿渣和生土粒子进行活性反应中，粉煤灰发挥出激发剂作用，并带来了适合的反应条件，进而增大粒子黏聚力。伴随黏聚力的增大，干密度也在增大，相应的抗压强度也就越大。

2.2抗折强度基本影响情况

2.2.1 单掺

在单掺矿渣、粉煤灰5%～12%时，土样均先增后降抗折强度，并且以8%最强。在土样中掺入5%～12%的水泥量时，掺量越多抗折强度就会增大。总体上看，在单掺掺和料中，以粉煤灰最低、矿渣次之、水泥最高。其中的原因主要就是生土墙体中存在掺和料后，就会在夯实能量一样时，向土粒子空隙填充细小微粒，以至于土粒子接触微粒的面变大，并降低了空隙的量，进而增强了土样的整体抗折强度。同时，在掺和料中还存在很多的CaO、土体SiO2、Al2O3，所以在进行夯实中会出现固相反应，而形成水硬性胶凝体，进而提升土粒子黏聚力，令土样具有更强的抗折强度。此外，水泥能够很好地适应生土，所以能够发挥出更强的填充作用，所以，水泥可以用于显著优化生土墙体整体抗折性能。

2.2.2 复掺

伴随矿渣、水泥的增多，生土样本的抗折强度也变得更大。通过复掺掺和料，土样抗折强度在28d上升至最大。主要就是生土材料中的固、液、气占比会伴随荷载及时间的推移出现变化。通过干燥蒸发，便能够迫使土体液相位于土粒子与水的强结合态下。然后，土体中的气相会变多，一旦受压就会被压缩，而紧密接触固相粒子。同时，其中的缺陷也会扰乱气泡、裂缝、界面等的应力分布。在高度异质性下，荷载不变下的土体局部应力也会变异明显。当荷载消除后，便回复至原位应变。通过复掺掺和料，则可防止内部缺陷损伤或折断生土墙体，但28d以后则会备受增大的抵抗变形所限制。考虑到水泥改善能力优于矿渣，并且复掺后具有更佳的改善效果，所以，水泥在提升生土墙体抗折强度上效果显著得多。

2.3抗剪强度基本影响情况

在干燥状态下，把素土与改性土(和入石子粗骨料、各8%的矿渣与粉煤灰以及5%水泥)进行养护28 d。再在100～400 kPa的正压力下，统一测试改性以及硬化前后，这些生土墙体原材料的有关抗剪最大强度。考虑到在干燥时养护28 d后统一进行的剪切试验，因此，在正压力是零时，各个生土试件也存在一定程度的抗剪切能力。这时可以认为其是生土位于初始状态下的有关土体内聚力，以体现出不一样土体在条件一样下所具备的抗剪强度值。

基于剪切应力、位移下的纵、横坐标，可得土体剪切应力和相应剪切位移之间的变化关系。据研究结论显示，通过硬化生土试件来体现生土墙体的整体抗剪强度，得到大幅变化趋势：伴随剪切应力的持续增大，相应的剪切位移也越来越大；待上升至最大剪切应力以后，突然破坏试件，未持续变形延性情况；在掺和料与掺碎石的生土墙体中，剪切应力及其变形都获得程度各异的提升。主要就是碎石表面十分粗糙，令颗粒间出现更强的三向嵌入，进而显著增大了内摩擦角提升。土体抗剪强度并不会只由单颗粒强度决定，与颗粒间咬合力联系更紧密。而通过适量的掺和料，则可令粒子间咬合力变得更大，而提升抗剪强度。

2.4收缩变形基本影响情况

2.4.1 单掺的影响

针对生土墙体原材料，一般都会在养护早期出现收缩变形。所以，在养护10d龄期内，展开土样的收缩变形研究试验。在单掺掺和料中，具有5%～12%的掺量时，相较于空白样，试样收缩变形出现大幅减小情况。针对单掺实验，矿渣带来的收缩变形影响效果最佳、水泥最差、粉煤灰次之。主要就是在生土孔中，空气干燥后就会蒸发水分，进而缩小孔径。在蒸发条件相同下，则会缩小收缩力。所以，为了降低收缩量，就应缩小生土毛细孔的孔径及数量。在同样夯实下，向土粒子空隙就会填充细小矿渣粒，而扩大二者接触面积，降低土的孔隙量。其中，矿渣粒还会隔阻原来土粒子间距，而降低了毛细孔径，所以会缩小土样收缩变形。

2.4.2 复掺

在进行复掺后，土样出现小于空白样的收缩变形。根据试验显示的收缩变形结果可知，复掺土样要较单掺土样具有更大的收缩变形，但是，变化幅度却并不显著。无论改性与否，所有土样的均在7 d之内发生收缩变形，然后就维持基本不变状态。所以，无论降低生土墙体原材料的整体收缩变形，便需要在早期就积极进行养护，以便尽可能地防止水分过早失去现象出现。