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世界科技研究与发展 2017年第1期39卷 39-44页

作者：宋彦军周振君长安大学地球科学与资源学院西安710000 长安大学材料科学与工程学院西安710000

随着人们对建筑遗址保护意识的提高,寻找并探索适宜的古建筑修复材料逐渐成为当前的研究热点。石灰-偏高岭土(L-MK)砂浆作为一种新型古建筑修复材料,不仅具有水泥砂浆的水硬性特征,而且同石灰砂浆一样与古建筑本体有良好的兼容性。本文... 详细信息

随着人们对建筑遗址保护意识的提高,寻找并探索适宜的古建筑修复材料逐渐成为当前的研究热点。石灰-偏高岭土(L-MK)砂浆作为一种新型古建筑修复材料,不仅具有水泥砂浆的水硬性特征,而且同石灰砂浆一样与古建筑本体有良好的兼容性。本文详细介绍了L-MK修复性砂浆的发展及研究现状,阐述了L-MK修复性砂浆的固化反应机理、成分配比、养护条件以及性能改性等方面的国内外研究进展,最后对L-MK修复性砂浆研究存在的问题及今后的研究方向进行了探讨。

关键词：石灰-偏高岭土制备火山灰反应研究进展

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酸环境下石灰-偏高岭土改性遗址土的强度及色差分析

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建筑材料学报 2023年第7期26卷 783-791页

作者：李新明武迪张浩扬尹松任克彬中原工学院建筑工程学院河南郑州450007 河南省环境岩土工程与地下工程灾害控制工程研究中心河南郑州450007 河南省文物建筑保护研究院河南郑州450002

采用X射线衍射、热重分析、扫描电镜观测、色差分析和强度性能测试等方法,研究了酸环境下石灰-偏高岭土(L-MK)及天然水硬性石灰(NHL)改性遗址土强度与色差的变化规律,并探讨了其微观机制.结果表明:随着酸环境下干湿循环次数的增加,L-MK... 详细信息

采用X射线衍射、热重分析、扫描电镜观测、色差分析和强度性能测试等方法,研究了酸环境下石灰-偏高岭土(L-MK)及天然水硬性石灰(NHL)改性遗址土强度与色差的变化规律,并探讨了其微观机制.结果表明:随着酸环境下干湿循环次数的增加,L-MK改性遗址土强度先增后减,而NHL改性遗址土则单调递减,且经历20次干湿循环后L-MK改性遗址土强度为NHL改性遗址土强度的1.6倍以上;与原样遗址土相比,8%偏高岭土掺量下L-MK改性遗址土色差最小,且小于8%及10%NHL改性遗址土,L-MK与NHL改性遗址土强度变化规律的差异性与水化产物水化硅酸钙(CSH)的稳定性及CaSO_(4)·2H_(2)O等膨胀性物质的生成量有关,采用L-MK替代NHL应用于土遗址修复领域是可行的.

关键词：土遗址石灰-偏高岭土天然水硬性石灰酸环境干湿循环

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干湿—冻融影响下石灰—偏高岭土改性粉砂土力学特性试验研究

干湿—冻融影响下石灰—偏高岭土改性粉砂土力学特性试验研究

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作者：张浩扬中原工学院

学位级别：硕士

现存土遗址在其赋存区域受气象环境和地质环境的影响会产生不同程度的病害,甚至会导致土遗址坍塌。因此需合理制定针对土遗址的保护加固工作,经过多年实践表明,修复材料的合理选用是土遗址保护工程中的关键。由此,开展土遗址保护修复材... 详细信息

现存土遗址在其赋存区域受气象环境和地质环境的影响会产生不同程度的病害,甚至会导致土遗址坍塌。因此需合理制定针对土遗址的保护加固工作,经过多年实践表明,修复材料的合理选用是土遗址保护工程中的关键。由此,开展土遗址保护修复材料的相关研究具有重要意义。笔者前期开展了偏高岭土协同石灰改良遗址粉砂土力学性能的研究,发现石灰偏高岭土(L-MK)具备替代水硬性石灰(NHL)的可能性,但其耐久特性如何不得而知。以L-MK改良土为主要研究对象进行室内冻融/干湿循环试验,结合0/5/15/30次冻融循环和0/5/10/15次干湿循环次数下试样的力学强度、质量损失和微观机理,与NHL做对比分析。主要研究内容及结论如下:(1)L-MK和NHL试样的质量在经过冻融循环和干湿循环后均呈降低趋势。L-MK和NHL试样质量在前5次冻融循环的质量损失接近线性降低,在经过5次循环后,质量损失幅度愈发平缓,这是在初期冻结融化过程中造成的土体水分散失,在经过30次冻融循环后,质量整体降低幅度处于12.19%～13.37%;L-MK相比NHL对土体经历干湿循环后孔隙结构保持完整性具有稍弱作用。(2)经过30次冻融循环后,L-MK抗压强度降低幅度处于74.96%～77.88%,略优于NHL(95%左右),且L-MK抗压强度值约是NHL的5-8倍;15次干湿循环后L-MK抗压强度衰减幅度处于22.62%～41.34%之间,约是NHL强度的2-3倍。多次的水土相互作用损伤土体的原生结构和颗粒间固有胶结,致使土体抗压强度减小。但偏高岭土掺量的增加改善了土体的耐冻融能力同时改善了土体的水稳性。(3)L-MK和NHL的抗拉强度受干湿和冻融循环效应的影响出现不同程度的降低,且土体强度衰减主要集中在前5次冻融循环,其后土体强度损失明显变小。(4)L-MK应力-应变曲线在未经历冻融和干湿循环时存在明显峰值强度属于应变软化型,随冻融和干湿循环次数的增加峰值应变ε呈降低趋势。在干湿循环作用下L-MK应力-应变曲线软化性并无明显变化,但在冻融循环作用下曲线的软化性减弱,且试样破坏形式由脆性破坏逐渐接近于塑性破坏,这是偏高岭土掺量的增加使试样的脆性增强,颗粒性(塑性)减弱。由于土体脆性越强,受力时发生突然脆性破坏的概率越大,因此在土遗址修复工作中需要合理确定MK的掺量,即在满足受力和变形要求的基础上,选择较低的掺量。(5)L-MK反应生成的水化产物Ca(OH)、CSH和CAH填充于结构孔隙为L-MK改良土的主要骨架;在经过冻融循环和干湿循环后,CSH和CAH含量降低,但冻融过程中产生少许Ca(OH),但在干湿循环前后Ca(OH)并没有变化。(6)将指数衰减函数与线性回归方法相结合,得出改良粉砂土试样强度随冻融循环次数的变化基本遵循函数q=ab+c衰减,以此建立冻融和干湿条件下L-MK和NHL改良粉砂土强度衰减模型b=(q-q)/(q-q),且拟合优度R均在0.99以上,相关性较高。(7)结合试样质量损失、力学强度及微观机理方面,从耐久性角度考虑采用6%L+4%MK可有效取代8%以及10%的NHL用于土遗址保护工作。

关键词：土遗址石灰-偏高岭土水硬性石灰冻融循环干湿循环强度特性微观机制

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石灰—偏高岭土改性粉砂土的强度特性及微观机制试验研究

石灰—偏高岭土改性粉砂土的强度特性及微观机制试验研究

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作者：路广远中原工学院

学位级别：硕士

中原地区土遗址多为粉土或粉砂土夯筑。由于遗址粉土或粉砂土等具有较强的水敏性,长期暴露在自然条件下的遗址本体极易产生劣化、裂缝和坍塌等病害,有的遗址甚至岌岌可危,土遗址预防性保护显得十分紧迫。而保护土遗址的关键在于加固材... 详细信息

中原地区土遗址多为粉土或粉砂土夯筑。由于遗址粉土或粉砂土等具有较强的水敏性,长期暴露在自然条件下的遗址本体极易产生劣化、裂缝和坍塌等病害,有的遗址甚至岌岌可危,土遗址预防性保护显得十分紧迫。而保护土遗址的关键在于加固材料是否应用得当,因此开展土遗址修复材料的研发工作具有重要的理论和现实意义。本文为研发水硬性石灰替代材料,提高传统石灰土在土遗址修复中的改良效果,以河南地区典型粉砂土为研究对象,制备4种石灰及4种偏高岭土掺量下的改性土试样,养护至预定龄期后进行无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验,并与水硬性石灰土进行对比分析。同时对部分土样进行SEM与XRD等微观测试,明晰其强度特性的内在微观机制。研究可为土遗址预防性保护提供理论与技术支撑。主要研究内容及结论如下:(1)对不同掺量下的石灰-偏高岭土以及水硬性石灰土进行了击实试验。结果表明随着偏高岭土掺量的增加,最优含水率逐渐增大,最大干密度逐渐减小;从击实曲线可以看出,偏高岭土的掺入有效抑制了石灰土的水敏性,且相较于水硬性石灰,石灰-偏高岭土材料抑制土体的水敏性效果更好,更加有利于现场施工。(2)通过无侧限抗压强度试验绘制轴向应力-应变曲线并对其进行分析,发现改性土应力-应变曲线均属于软化型,且均呈现应变硬化和应变软化两个阶段;当养护龄期及石灰掺量一定时,随着偏高岭土掺量的增加,破坏应变逐渐增大且明显大于石灰土。表明了石灰-偏高岭土改性土具有良好的“韧性”。与水硬性石灰对比分析发现,在养护龄期为28天时,掺入6%石灰+4%偏高岭土和8%石灰+4%偏高岭土时,L-MK改良土的破坏应变分别与8%以及10%水硬性石灰破坏应变相当。(3)对试样破坏特征进行分析可知,无侧限抗压强度试样破坏特征主要表现为:锥形破坏、圆弧形破坏、单一剪切面破坏以及劈裂脆性破坏。随着偏高岭土掺量从0%增加至12%时,其破坏特征从圆锥形破坏逐渐演化为劈裂脆性破坏。此外,石灰土以及水硬性石灰改性土土均呈现圆锥形破坏形式。而劈裂抗拉强度试样破坏特征均呈现典型的劈裂破坏特征,主要表现为试样产生一条近似于90°的主裂缝,破坏后试样从中间断裂成两半,破坏表面呈现凹凸不平现象。(4)通过分析力学强度结果发现,劈裂抗拉强度随着偏高岭土掺入量和龄期的增加而逐渐增大,且高于石灰土的强度。与水硬性石灰比较,在养护28d龄期后,掺入6%石灰+4%偏高岭土和8%石灰+4%偏高岭土时,达到了8%和10%的水硬性石灰强度值;改性土的抗压强度同样呈现随着龄期以及掺入量的增加而增大的变化规律,符合规范《Building lime》(EN459-1/2010)对水硬性石灰NHL2的强度等级要求;对比分析抗压强度与抗拉强度之间的关系得出,石灰-偏高岭土的无侧限抗压强度约是抗拉强度的7.63倍;水硬性石灰的抗压强度约是抗拉强度的6.91倍。(5)分析强度增长率得出,掺入4%偏高岭土时,劈裂抗拉强度与无侧限抗压强度均出现了明显的“分段性”,即随着石灰和偏高岭土的掺量增加强度增长率呈现先增加后减小的趋势。因此,从强度值和强度增长率角度考虑,建议选用6%%的石灰和4%的偏高岭土。(6)根据XRD试验结果得出,石灰-偏高岭土反应产生了一系列水化物,包括氢氧化钙和水化铝酸四钙等胶凝物质。通过SEM试验对改性土进行定性和定量分析,发现随着掺量的增加土体结构越来越密实,土体强度也逐渐增强;对SEM图像进一步定量分析得出,土颗粒间孔隙含量及平均等效直径均随着掺量的增加呈逐渐减小的趋势,且孔隙呈现出非定向排列。这亦与掺入偏高岭土后的石灰土的抗压强度及抗拉强度变化规律相呼应。(7)综合分析试样破坏应变、无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、强度增长率及规范《Building lime》(EN459-1/2010)对NHL2的强度要求,建议采用6%L+4%MK和8%L+4%MK分别替代8%NHL和10%NHL用于土遗址修复。

关键词：土遗址石灰-偏高岭土水硬性石灰强度特性微观机制

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