3%、5%、90%的稻米浆三合土物理力学性能试验研究.docxVIP

3%、5%、90%的稻米浆三合土物理力学性能试验研究 作为中国传统的凝胶材料，三聚糯米浆的土壤在许多历史文献和考古资料中都有记载。对其强度曾有“赫连城紧密如石”的描述。它由糯米浆、泥土、熟石灰和砂拌合而成, 取材极为简单。由于糯米浆三合土优良性能, 在古代糯米浆三合土多用于墓葬、城建、水利等重大工程, 其中一些建筑甚至存留至今。研究表明, 糯米浆三合土的加固粘结机理主要为仿生物矿化过程, 糯米浆在该过程中起模板作用。曾余瑶等对清绍兴孝节牌坊提取的砂浆样品进行分析, 表明糯米成分中的支链淀粉是关键, 这种成分能有效提高普通三合土的强度和耐久性。朱宪荣等采用乙醇溶剂法以糯米淀粉为原料制成的羧甲基淀粉, 经证实也能很好地控制方解石结晶颗粒的大小, 增强了结构的致密性。近几年, 杨富魏等将糯米浆三合土技术应用于考古修复工作, 取得了一定的成果。建于宋代的浙江德清县寿昌桥, 近年砌块间出现裂缝并持续扩大, 从2006年开始采用糯米浆三合土进行修护, 后续使用中发现加固效果良好。在土遗址修复方面, 彭红涛、张琪等将糯米浆按适当比例掺入两种配合比的三合土中, 测得其28 d无侧限抗压强度均比未掺糯米浆的三合土有所提高, 掺糯米浆的三合土显微结构形貌比未掺糯米浆的三合土致密。为对传统糯米浆三合土配方进行科学改进, 魏国锋、张秉坚等将纸筋、硫酸铝、二水石膏三种添加剂加入糯米浆三合土研究其性能, 结果表明纸筋和硫酸铝对糯米浆三合土的性能改进均有明显作用, 其中纸筋对糯米浆三合土抗压强度的改进最为明显。 本文通过糯米浆三合土的抗压试验、劈裂抗拉试验及表面硬度试验, 研究糯米浆浓度及养护龄期对其强度的影响规律, 为糯米浆三合土在实际工程中的推广应用奠定基础。 1 试验材料和试验方法 1.1 含水率测定结果 砂含水率经测定为11%;黄泥含水率经测定为18%;石灰含水率经测定为39%;糯米浆采用糯米粉, 称取所需重量, 加入一定量的蒸馏水, 煮沸3 h, 过滤除去不溶物, 分别配置成浓度为0%, 3%, 5%, 10%的糯米浆。 1.2 试验构件与设备 本文采用的三合土配合比为砂子∶黄泥∶石灰=3∶1∶1, 分别掺入不同浓度的糯米浆制备试件, 在自然条件下养护至规定龄期, 测试其抗压、劈裂抗拉强度及表面硬度。 抗压试件和劈裂抗拉试件尺寸均为100 mm×100mm×100 mm, 抗压试件的尺寸修正系数为0.95, 加载设备为液压式万能试验机 (图1) 。抗压试验、劈裂抗拉试验每组3个试件, 测试龄期均为28 d, 56 d和90 d。 表面硬度试验预先制成70 mm×70 mm×70 mm试件, 采用LX-A硬度计进行测试 (图2) 。测量时, 压针距离试样边缘至少12 mm, 压针压足且和试样完全接触1s内读数, 测点间距不小于6 mm, 测量6次取平均值, 单位为HA。表面硬度试验每组3个试件, 测试龄期均为28 d, 56 d和90 d。 2 试验结果及分析 2.1 矛盾运动的抗压、生长和硬度 将三种不同浓度的糯米浆掺入三合土, 分别测试糯米浆三合土与空白样品在28 d, 56 d, 90 d的抗压强度、劈裂抗拉强度及表面硬度, 结果发现糯米浆三合土在抗压试验过程中, 由于受到面均布荷载的作用, 试件表面出现多条细微裂缝, 随荷载加大, 裂缝开展并逐渐贯通截面直至试件破坏;在进行劈裂抗拉试验时, 试件受到集中荷载的作用, 表面未出现明显裂缝;当达到极限荷载时, 瞬间由集中荷载作用处裂成两半 (图3) 。 表1为抗压、劈裂抗拉与表面硬度试验结果, 由表1可见:在三合土中掺加糯米浆可明显提高抗压强度、劈裂抗拉强度与表面硬度。90 d龄期, 掺5%糯米浆试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、表面硬度均达到极值, 分别为1.15, 0.17 MPa和94.0 HA, 与28 d的空白样品比较, 分别提高了约259%, 500%和50%。这主要是因为: (1) 糯米汁具有较强的粘性, 能与石膏一起胶结土颗粒, 同时填充颗粒间的空隙, 提高试件的抗压强度、劈裂抗拉强度与表面硬度; (2) 随龄期增长, 糯米成分作为仿生物矿化过程的模板, 使生成的碳酸钙为纳米级颗粒, 形成较致密的结构, 进一步提高了强度与硬度。 2.2 管理系统随反应条件对控制板抗压强度的影响 糯米浆三合土的抗压强度、劈裂抗拉强度及表面硬度随龄期的变化如图4~6。由图可见:同一配合比的糯米浆三合土试件随龄期增长, 抗压强度、劈裂抗拉强度及表面硬度均有所提高。抗压强度的增长规律表现为早期较快、后期较慢, 这主要是由于随反应进行, 试件表面的Ca (OH)2与空气中的CO2反应生成了Ca CO3, 在糯米浆三合土的表面形成了一层致密的结构, 阻碍了空气中CO2的渗入, 导致后期强度增长速度变缓。与抗压