基于生土材料微细观结构性能的加固关键技术研究

作者:王捷;王逢睿;何真;姜效玺; 刊名:新型建筑材料 上传者:李操

【摘要】西北地区赋存的生土建筑与遗址病害严重,急需进行加固.从微细观的角度深入认识土体加固时内部的胶结质量和强度问题,对构成嘉峪关关城及哈密烽燧的土样从不同土体结构层次上分析了土块的工程性质及土体微粒的组成和微细结构性能,探索了生土材料的强度失效机理.在此基础上,提出利用纳米SiO2溶液及与其配合使用的无机粉状复合加固剂加固生土建筑的技术.并通过现场试验确定加固土体的工艺措施及相关材料性能指标要求,使得从材料设计到加固措施实施等问题得以相对规范化.

全文阅读

生土建筑是用黄土、黏土等自然界存在的天然物质或简单加工的原状土作为主体材料,辅以木、石等天然材料形成营建主体结构的一种建筑形式[1]。遗存至今的大量土质文物建筑与遗址,大部分也是生土建筑。拯救处于衰落状态的土质文 物建筑与遗址具有重要的作用和深远的意义。大量研究表明,未经加固的生土材料存在难以克服的自身组成和微细观结构等方面的缺陷,由此造成生土建筑抗压、抗折强度低,尤其是耐水性能差,干缩变化及冻融循环等都容易导致其开裂,并进而产生坍塌等破坏[2-4]。生土建筑由于渗水引起的问题包括土体软化、裂隙扩展、面层被破坏及墙基掏蚀等[5-6]。因此,研究从微细观尺度改善土体结构,从而增强生土建筑耐水、耐久性的加固措施至关重要。本研究有针对性地围绕生土建筑与遗址抗渗加固保护问题,着重研究能够改善土体耐水性能及耐久性的无机复合加固剂,从对土体微细观结构的研究出发从根本上解决加固问题。并通过现场试验总结相关工艺措施,提高生土建筑保护从 试验研究、勘察设计到施工的科技保护水平和整体保护能力。部位未风化夯土样(分别为嘉峪关1号、2号、3号),在哈密选取大墩烽燧、农场烽燧等2处不同的烽燧夯土样,进行了物理1生土文物建筑劣化现状及成因力学及微细观性能特点分析。1.1嘉峪关关城土体劣化状况2.1物理力学性能特点分析嘉峪关地处甘肃河西走廊中部,关城为用生土建造的古对所取原状夯土进行物理力学性能测试,结果见表1。代大型长城关隘的典型代表。由内城、外城、罗城、城台及城上表1各土样的物理力学性能测试结果木结构建筑组成。内城、外城户外露天保存,长期遭受风蚀、雨嘉峪关嘉峪关嘉峪关哈密农哈密大项目蚀和自然环境影响的侵蚀作用特征明显,墙体出现裂缝、墙基1号2号3号场烽燧墩烽燧抗压强度掏蚀凹进/MPa0.290.510.630.690.43、基础酥碱及雨水冲蚀沟壑等病害。外城墙体裂缝主抗拉强度/MPa0.020.040.040.050.03要以干缩裂缝、夯层裂缝和压剪裂缝为主,满布墙身,裂缝多抗折强度/MPa0.100.200.380.390.28以贯通裂缝、从上部开裂向下延伸的竖向裂缝和水平凹槽的形弹性模量/GPa0.100.140.020.040.03式出现。西罗城和城台顶部在大量游人的不断踩踏、城墙顶部密度(/g/cm3)1.751.891.711.751.69积水和冻融循环的共同作用下,地面凹凸不平,铺地砖大部分天然含水率/%714146破损、断裂、砖体表面风化剥落严重,且局部地面已出现孔洞。孔隙率/%3839533549墙身结构出现松弛及局部砖墙存在鼓闪、开裂等现象。所有城C值凝聚系数/MPa14.6036.7451.1944.4646.86墙体根部掏蚀作用明显[见图1(a)],尤其以北面墙体和背阴内摩擦角(/)15.809.456.7011.3313.17面墙体掏蚀现象较重,掏蚀最大深度约塑限45cm,最宽约125cm。/%15.118.415.815.617.5液限墙根部掏蚀使墙体局部形成临空面,易引起墙体局部坍塌/%26.232.126.127.427.6。声波(/m/s)61179310921059975由表1可见,原状夯土的抗压强度为0.29~0.69MPa,抗折强度为0.10~0.39MPa,强度均很低。原状夯土的孔隙率较大。从土粒及土块层次上体现出,土体力学性能较差。工程特性方面,液限和塑限指数适中,接近粉质黏土。2.2微细观结构性能特点分析图1嘉峪关关城墙体掏蚀及哈密烽燧开裂坍塌、2.2.1物相分析及晶型结构表征掏蚀破坏现状测量采用Cu靶,X光管功率为40kV30

参考文献

引证文献

问答

我要提问