夯土民居生土墙体材料改性实验初探★

魏欢欢 吕 帅 张 波* 鲁田田 冯永健 朱 凯 唐建华

(陕西理工学院，陕西 汉中 723001)



夯土民居生土墙体材料改性实验初探★

魏欢欢 吕 帅 张 波* 鲁田田 冯永健 朱 凯 唐建华

(陕西理工学院，陕西 汉中 723001)

对目前常用的生土化学和物理改性方法进行了归纳分析，以素土和矿粉为对比组，利用碱性激发剂加入对比组对其潜在活性进行激发，并给对比组加入剑麻纤维分别进行抗折、抗压试验，结果表明矿粉和剑麻纤维可用于陕南生土建筑的改性。

生土，碱激发，剑麻纤维，抗折抗压试验

1 概述

生土材料以其节能、绿色、环保、保温、调湿、低成本、耗能低等优点，在生态恶化的今天倍受世人关注。陕南地区受当地的自然条件及经济条件的限制，夯土建筑仍大量存在[1]。然而传统的生土材料因强度低、耐水性差、体积稳定性差等缺点严重地限制了生土材料的应用，为了传承和扩大生土建筑材料的应用，改善生土建筑性能，本文对常用的生土改性材料进行了分析比较，并对陕南当地的生土材料利用工业废料矿粉和可再生麻纤维材料进行了改性试验研究，研究结果为陕南地区生土材料的改性提供科学参考。

2 常用改性材料分析

2.1 化学改性

国内许多学者利用传统胶凝材料诸如石灰、水泥、石膏等对生土进行改性固化并进行了一系列的试验研究,改性后生土力学性能、耐久性能都有了一定程度的提高[2-4]。除此之外，丁苏金等[5]研究了水泥、矿渣和硫酸钠生土复合改性时硫酸钠对生土粘结材料力学性能的影响，并优化了配比参数，试验结果表明，硫酸钠在水泥、矿渣、硫酸钠复合改性生土中的固化作用要优于在水泥、硫酸钠复合改性生土的固化作用。刘志华等[6]通过试验研究分析了水泥，磷石膏及粉煤灰的单掺和复掺对改性生土材料抗压强度的影响，结果表明水泥、磷石膏和粉煤灰的复合添加可显著提高生土材料的无侧限抗压强度和耐水性，28 d抗压强度最高可达到13.5 MPa。

刘志华等[7]选用高效固化剂混掺粉煤灰作为胶凝材料对原状黄土固化进行了研究，制备了自密实生土基墙体材料。研究了水固比[m(水)∶m(水泥+生土+粉煤灰)]和减水剂(聚羧酸)掺量对改性生土材料抗压强度、流动度和耐水性能的影响，并给出了具有自密实特性的最优配比。马聪等[8]进一步测试了高效固化剂混掺粉煤灰改性生土材料在不同龄期的无侧限抗压强度，得出了基于7 d抗压强度为参数的中后期强度预测模型，可有效预测不同龄期改性材料的抗压强度。

刘志华等[9]提出了一种以土聚水泥用于生土材料改性的方法，土聚水泥以偏高岭土作为主要原材料，通过试验研究了碱性激发剂种类和掺量、促硬剂对土聚水泥改性生土材料力学性能及耐久性能的影响，掺量25%土聚水泥改性生土材料28 d抗压强度可达18.0 MPa，软化系数达0.90。

刘军等[10]研究粉状固化剂不同掺量对生土墙体材料力学性能及耐久性的影响，通过试验分析得出掺入固化剂的生土墙体材料的性能明显优于未掺试件，并且随着固化剂掺量的增加，生土墙体材料力学性能、水稳定性能、抗冻性能均明显提高。

2.2 物理改性

随着生态文明时代的到来，越来越多的人开始重新审视可再生天然材料对生土进行改性固化。王毅红、阿肯江·托呼提等[11-14]利用麦秸、稻草等对土进行改性试验研究，得出改性后土体的抗剪强度和抗压强度较素土都有明显提高。海然等[15]对黄麻纤维和秸秆纤维等废弃物经过改性作用，纤维的粗糙度得到明显提高，利用改性黄麻纤维和秸秆纤维对生土进行固化改性处理，改性后的生土材料力学性能和耐水性得到明显提高，并通过实验分析显示，改性黄麻纤维与生土材料之间粘结更加紧密，生土材料与纤维界面粘结性能明显改善。

此外，王毅红等[16]通过轻型击实试验对黄土基材分别掺加不同比例的水泥，熟石灰，砂，麦秸进行改性处理，得到改性土料的最优含水量及最大干密度，并通过分析得到改性生土的最优含水量与掺量之间的关系，不同掺料对改性生土材料最优含水量的影响规律，给出了定量分析的估算公式。胡小庆等[17]通过选取聚丙烯纤维的含量和长度两个参数对素土进行加筋改性，进行了改性土无侧限抗压强度试验和直剪试验，研究表明纤维的加入能改善土体的抗压、抗剪强度和变形特性，土体的内聚力得到提高，并得出当纤维长度为2.5 cm，纤维含量为0.2%时增强效果最为明显。

生土改性方法众多，而利用工业废料和天然纤维材料对陕南生土进行改性符合可持续发展的需求，具有地域特色，本文采用工业废料矿渣粉和天然剑麻纤维改性陕南地区生土材料，并进行试验研究。

3 试验研究

3.1 实验材料

1)生土。取自汉中宁强阳平关，现已自然风干，用手很难掰开，将土磨细后过0.5 mm筛。2)矿渣微粉。矿渣微粉由汉中汉钢新型建材有限公司提供，具体性能见表1。3)碱性激发剂。NaOH：天津市北联精细化学品开发有限公司生产，白色粒状固体。其NaOH含量大于96.0%，碳酸盐(以Na2CO3计)小于1.5%。4)剑麻纤维：含杂不大于4%，回潮率不大于10%。5)水：自来水。

表1 矿渣微粉性能

3.2 实验方法

以生土和矿粉为原材料，掺加适量碱性激发剂(NaOH)对其活性进行碱性激发，同时还有1组添加天然麻纤维对生土进行改性，固体材料每组试样总称重1 850 g，标准砂称取固体材料的12.4%,称取230 g，每组的配比制作40 mm×40 mm×160 mm 胶砂试块3个，采用振动台结合手捣成型，脱模后置于养护箱内养护14 d，控制温度(0±2)℃，控制相对湿度60%～80%，养护至规定龄期，测其抗折及抗压强度。实验方案具体见表2。

表2 实验方案及抗折、抗压强度

3.3 抗折、抗压试验结果

生土材料最大缺点是强度较低，通过本次设计的方法改性后抗折及抗压强度明显提高，其中碱激发改性生土抗折、抗压强度较原生土均得到明显提高，并且抗折、抗压强度随着碱性激发剂的掺量提高而得到提高；天然剑麻纤维能明显提高生土抗折强度，抗压强度提高不明显，实验结果见表2。

4 结语

生土改性材料众多，利用工业废料和天然纤维材料对生土进行改性符合可持续发展的需求，利用工业废料矿渣粉和天然剑麻纤维改性陕南地区生土材料，抗折、抗压强度较原生土均得到明显提高，试验结果为陕南广大地区村镇生土房屋的建造提供参考。

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Modification experimental research on rammed earth houses raw-soil wall material★

Wei Huanhuan Lv Shuai Zhang Bo* Lu Tiantian Feng Yongjian Zhu Kai Tang Jianhua

(ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723001,China)

In the paper the raw-soil modified chemical and physical methods now being used commonly are analyzed effectively, with soil and slag powder as the contrast group, eight groups of flexural, compressive test on alkali-activated soil and slag powder and modified with sisal fiber, and the tests show slag powder and sisal fiber are applicable to modify raw-soil.

raw-soil, alkali-activated, sisal fiber, flexural and compressive test

1009-6825(2016)20-0095-03

2016-05-03★：陕西省科技厅工业攻关项目(项目编号：2015GY142)资助；2013年汉中市科技发展计划项目(项目编号：2013FZ27)；陕西理工学院2015年大学生创新创业训练计划项目资助(项目编号：UIRP15090)

张 波(1976- )，男，博士，副教授

TU502

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