豫西北地区改性生土建筑材料抗压试验研究

豫西北地区改性生土建筑材料抗压试验研究

王伟超;王一新;陈兴义

【摘 要】Adobe building is still ud in partial countrysides of Henan

Northwestern region, however, durabil- ity of hou is not good. This

article is a study on soil material about the compression performance of

the main wall of adobe building ud in countrysides of the region.

According to various proportions of gangue and lime, pure soil specimens,

gangue soil specimens arid lime soil specimens are made of loess of the

region, we ob- tained the specimen destruction shape, the destruction

process, the stress-strain relations curve through the single axle pressure

test, analyzed primary factor, analyzed primary factor compacting the

compression resist- ance capabiloty of raus soit structure earth material,

and got conclusions that the mechanical properties of soil material could

omproved by mixing stay or lime. It provides reference for studying

mechanical properties of the raw-soil wall body.%在河南西北部山区农村生土

建筑仍然存在，但建筑耐久性不够，主要针对豫西北地区农村仍在使用的生土建筑

主要墙体材料——生土土料的受压性能进行试验研究．取豫西北地区素土、矿渣、

石灰等为原材料，按照不同配比，分别制作素土、灰土和矿渣土试件．通过单轴压

试验得到了试件的破坏形态、破坏过程、应力应变关系曲线；分析了影响生土结构

土料抗压性能的主要因素，得出土矿渣、石灰等掺料能改善土料力学性能的结论，

为生土建筑的墙体受力性能的研究提供了参考．

【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2012(031)002

【总页数】4页(P221-224)

【关键词】生土建筑;素土;矿渣;石灰;抗压试验

【作 者】王伟超;王一新;陈兴义

【作者单位】河南理工大学,河南焦作454000;河南理工大学,河南焦作454000;河

南理工大学,河南焦作454000

【正文语种】中 文

【中图分类】TU521.3

0 引 言

随着经济和社会的迅速发展，人们物质生活水平的不断提高，居住条件和环境也发

生了前所未有的改变，但是人们也面临着经济社会快速发展带来的一系列社会和环

境问题[1-2]，如环境污染，资源过度开发；同时，建筑高能耗也成为亟待解决的

重要问题．生土建筑是节能建筑，也是中华民族传统民居中的重要组成部分，因其

具有技术简单，因地制宜就地取材，保温隔热性能优良等特点[3]，因此这种古老

的建筑形式至今仍具有强大生命力，据资料[4]介绍我国西部贫困农村地区至今尚

有大量人口居住在生土建筑内，但是生土建筑的使用寿命很短．尤其是生土材料遇

水软化，抗压强度降低等缺点，使生土建筑的使用受到限制[5]．因此，如何提高

生土建筑材料的抗压强度，改善其抗压性能，增加生土建筑的使用年限，需要进行

深入研究[6-7]．本文通过对素土、灰土、矿渣土试件的抗压试验分析改性土材料

的力学性能，为生土建筑墙体材料强度提高提供参考．

1 试验设计

试验土样来自河南焦作农村，矿渣、石灰取自焦作在建施工工地，在土工实验室里

用5 mm的标准筛,先由击实试验获得该试验土样的最优含水率．在改性试验中，

将石灰掺合料分别按照5%，8%，10%(熟石灰与生土之比)，将矿渣掺合料分别按

照8%，10%，12%(矿渣与生土之比)，并按最优含水率制作．试件为直径102

mm，高116 mm的圆柱形立方体，分别对试件编号：HN1表示素土，HN2表

示加5%白灰土，HN3表示加8%白灰土，HN4表示加10%白灰土，HN5表示

加8%矿渣土，HN6表示加10%矿渣土，HN7表示加12%矿渣土．单轴抗压试

验在河南理工大学能源学院实验室进行．

2 单轴抗压试验

本试验所用试件的单轴向抗压试验在液压万能机上进行,按照《土工试验规范》的

试验要求，共完成14个试件的单轴向抗压试验．为了测定试样的荷载位移曲线，

试验时将两块位移计放置在加载板的对角上，采用连续加载方式，直到试件受荷破

坏，由电脑自动记录试验数据．试验装置如图1所示,试件的破坏过程及最终破坏

情况如图2、图3所示．

2.1 试件的破坏过程

2.1.1 石灰土试件

从试验过程看，石灰土试件的极限荷载和开裂荷载的离散性比较大．但是试件破坏

具有共性，一是都有一条竖向贯通的主裂缝,且均从试件的中部产生并逐渐向两端

发展；二是在最终破坏前都有新的竖向裂缝出现．石灰掺合量的多少对抗压强度和

变形能力的影响不是很明显,但是石灰土的抗压强度低于素土和麦秸土的强度，总

结整个试验过程，分析破坏原因,可能与烘干试件有关,水分在短时间内蒸发影响了

石灰土的质量,各试件的应力应变曲线见图4～7．

2.1.2 素土试件

在试验过程中，试件HN1在荷载加至13 kN时出现细微的裂缝，随着荷载不断加

大，裂缝开裂也不断加大，当加至极限荷载28 kN后，试件HN1裂缝最终形成贯

通裂缝，最后直到试件被完全破坏．HN1试件抗压试验过程中应力应变曲线见图，

从图1中可以看出，荷载在0～0.5 MPa时，试件处于压密阶段，荷载在0.5～

3.2 MPa阶段，试件处于弹性变形阶段，荷载在3.2 ～3.8 MPa阶段，试件处于

屈服阶段，荷载在3.8 MPa时为试件的极限强度，试件的应力应变曲线见图4．

2.1.3 矿渣土试件

矿渣土试件表面较石灰土不光滑,试件整个破坏过程没有竖向贯通的主裂缝,且从试

件的中部产生并逐步向两端发展,试件破坏前有新的竖向裂缝出现．矿渣掺合量的

多少对抗压强度和变形能力的影响则较为明显,其抗压强度明显高于素土和石灰土

的强度．试件的应力应变曲线见图8～10．

3 影响生土抗压性能的因素

分析试验过程可知，影响生土抗压强度和承载能力的因素主要有以下几点.

3.1 含水率

含水率是影响生土试件抗压强度的一个重要因素．从《土力学原理》可知,最优含

水率的试件才具有最大的干密度,试件应该具有最大的承载力．所以在生土结构建

筑施工中,应按其最优含水量配土样．

3.2 掺合料

在土中掺入矿渣,提高了土体抗压承载力．在生土中掺入掺合料,能够改善生土的力

学性能．但是由于本试验的试件较少,试验不具广泛代表性，每种掺合料的掺合量

多少根据不同地区土质不同有待进一步试验研究．

3.3 养护条件

生土墙体建成后，水分会随着环境变化而不断变化，其抗压强度会随之发生改变，

而且不同地域环境湿度变化对生土建筑墙体的抗压强度都会产生一定影响．然而，

由于试验条件和环境限制，烘箱内烘干的生土试件与风干试件强度仍会有所不同．

4 结 论

试验结果表明，石灰土、矿渣土、素土三类试件中，试件HN7(12%矿渣土)的抗

压强度相对最大，试件HN3(8%加灰土)的抗压强度相对最小．从总体来看，矿渣

土的抗压强度高于素土抗压强度，素土抗压强度高于石灰土抗压强度．由试件的应

力应变曲线图可以得出以下结论：

(1)试验中石灰土的抗压强度和变形能力都比较差，分析其原因可能与试件制作过

程中密实度不够有关系，另外，在烘干试件过程中水分在短时间内蒸发也可能影响

了石灰土试件的抗压性能．

(2)素土试件的抗压强度基本可以达到要求，但是变形能力比较差，在达到峰值后

立即破坏．因此，素土生土建筑会有较大安全隐患不利于人们居住．

(3)矿渣土试件的强度随着掺合量的提高而增加，何时出现峰值还待进一步研

究．当矿渣掺合量较小时，抗压强度与素土试件比较接近，当矿渣掺合量增多时，

极限强度明显提高，而且经历较大变形．但是，何时出现峰值有待进一步研究．

参考文献：

[1] 王赟，张波.生土建筑在灾后重建中的应用研究[J].世界地震工程,2009，25(3)：

159-161.

[2] 陈伟，罗强，孙金坤，等．攀西地区昔格达土农房墙体材料改性技术研究

[J]．四川建筑科学研究，2010，36(3)：201-204.

[3] 闫增峰，赵敬源，刘加平.生土建筑围护结构表面吸放湿过程实验研究[J].长安

大学学报：建筑与环境科学版,2003,20(4):16-19.

[4] 王军,吕东军.走向生土建筑的未来[J].西安建筑科技大学报,2001,33(2):147-149.

[5] 王毅红,王春英,李先顺,等.生土结构的土料受压及受剪性能试验研究[J]．西安科

技大学学报，2006,26(4)：469-472，484.

[6] 尚建丽，刘加平，赵西安.低能耗夯实粗粒土建筑特性的试验研究[J].西安建筑

科技大学报：自然科学版,2003,35(4):325-328.

[7] 王毅红,卜永红，杜建军，等.生土坯及生土坯砌体受力性能的试验研究[C]//建

筑专业委员会.砌体结构与墙体材料基本理论和工程应用.上海:同济大学出版

社,2005:33-37.