CN106830847B

CN106830847B - 一种可用于修复加固既有土墙的改性土

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Publication number: CN106830847B
Application number: CN201710138400.2A
Authority: CN
Inventors: 杨兴据; 鲍安红; 王森佩; 唐诗宇
Original assignee: Southwest University
Current assignee: Southwest University
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2019-05-10
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: CN106830847A

Abstract

本发明涉及一种可用于修复加固既有土墙的改性土，属于建筑材料技术领域，将该改性土按质量百分比计，由以下组份组成：水泥5％，料姜石10％，环氧树脂0‑10％，粘性土75‑100％。该改性土具有良好的耐水性能、抗冲刷性能、耐盐腐蚀性能、粘接性能及耐候性，将其用于川渝地区土墙的修复，不仅克服了目前用于修复土墙裂缝、坑洞材料收缩率大的缺点，还可以保证加固后墙体颜色与原生土墙一致，很好地保持原有建筑的外观完整性与一致性，在自然外力作用下不变色、不脱落，紫外线持续照射状态下颜色不发生明显变化，做到“修旧如旧”，同时，在墙体经水浸泡及冲刷和Na₂SO₄腐蚀后仍具有足够的强度和优良的力学性能。

Description

一种可用于修复加固既有土墙的改性土

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种可用于修复加固既有土墙的改性土。

背景技术

川渝地区留存有大量生土建筑文化遗产，如红岩历史革命文化遗址沿线，这些生土建筑文化遗产承载着大量珍贵的历史信息，具有较高的保护价值，但病害普遍发育，部分结构墙体出现较为明显的裂缝，同时伴有侵蚀剥落破坏现象，对结构自身的安全及整体美观造成了很大程度影响。然而，现阶段研究较多的修复材料主要是针对西北地区长期干燥环境下的土遗址，材料主要具有抗风蚀和耐盐性能，但川渝地区雨量较大，雨水偏酸性，常年潮湿，耐久性、耐水性、耐酸要求较高，这些保护材料较不适宜用于该地区。

因此，研制一种适用于类似川渝地区雨量较大，常年潮湿，耐久性、耐水性、耐酸要求较高的修复加固用无机-有机改性土，对保护该地区生土建筑文化遗产具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可用于修复加固既有土墙的改性土

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种可用于修复加固既有土墙的改性土，按质量百分比计，由以下组份组成：水泥5％，料姜石10％，环氧树脂0-10％，粘性土75-100％。

进一步，按质量百分比计，由以下组份组成：水泥5％，料姜石10％，环氧树脂3％，粘性土82％。

进一步，所述水泥为粉煤灰硅酸盐水泥，强度等级为32.5。

进一步，所述料姜石粒径≤3mm。

进一步，所述环氧树脂中含有固化剂，环氧树脂与所述固化剂的质量比为4:1，所述环氧树脂为E-51，所述固化剂为T-31。

进一步，所述粘性土含水率为17.55％。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种可用于修复加固既有土墙的改性土，将该改性土用于川渝地区土墙的修复，不仅克服了目前用于修复土墙裂缝、坑洞材料收缩率大的缺点，还可以保证加固后墙体颜色与原生土墙一致，很好地保持原有建筑的外观完整性与一致性，在自然外力作用下不变色、不脱落，紫外线持续照射状态下颜色不发生明显变化，做到“修旧如旧”；通过添加环氧树脂，使改性土具有优异的耐水性能、抗冲刷性能及耐盐腐蚀性能，用于墙体修复后，使墙体经水浸泡及冲刷后仍具有足够的强度，经Na₂SO₄腐蚀后仍然具有优良的力学性能；通过添加水泥，与土体矿物发生物理化学反应，生成胶凝物质，该物质能够封闭团粒之间的孔隙，从而形成较封闭的改性土体结构，有效阻止水分及无机盐溶液进入改性土体内部；通过添加料姜石起到一定骨架作用，在土体空隙中形成少量类似混凝土的高强度团粒，提高改性土的耐老化性和耐候性；改性土与既有生土墙具有良好的粘接性能，在一定程度上可以提高既有生土墙的抗压承载力，延长其使用寿命。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为耐水性试验中试件浸水后抗压测试结果图；

图2为耐盐腐蚀试验中试件被腐蚀后抗压测试结果图；

图3为耐盐腐蚀试验中试件被腐蚀前后峰值荷载对比图；

图4为力学性能试验中试件抗压测试结果图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

将水泥，料姜石，环氧树脂，粘性土按表2中不同配比进行混合，制得原料配比不同的改性土，其中，水泥为粉煤灰硅酸盐水泥，强度等级为32.5，料姜石粒径≤3mm，均无机外加剂；环氧树脂为有机外加剂，环氧树脂中含有固化剂，环氧树脂与固化剂的质量比为4:1，环氧树脂为E-51，固化剂为T-31；粘性土的含水量见表1。并将各改性土制成150mm×150mm×150mm立方体土坯经养护后进行收缩率、颜色观察、耐水性、耐紫外线、耐盐腐蚀、力学性能、抗冲刷性能测试。

1、收缩率试验

已知土坯的收缩期为一个月，所以28天后，对A1-3～F1-3共18组试件进了行长、宽、高三维的收缩率测定，结果见表3。由试验结果可知，加入料姜石后可降低其收缩率，但在料姜石与环氧树脂混加的条件下，其效果更佳，最低至1.55％。

2、颜色观察试验

对A4-6～F4-6共18个试件进行色差测试，采用SC-10色差分析仪进行测量，色差分析结果用国际通用的色域空间对应的指标表示。测试结果见表4-1～4-5，由试验结果可知，环氧树脂添加量为3％的实验组与单加无机外加剂(环氧树脂添加量为0)的改性土，与素土样的平均色差值均在6以内，一般来说，色差≤6时，正常人的肉眼观察不到。据土遗址修复原则，将单加无机外加剂(环氧树脂添加量为0)的改性土与环氧树脂添加量为3％的改性土用于修复既有生土墙，能满足修复既有生土墙对色差的要求。

3、耐水性试验

耐水性对于既有生土墙加固而言是一个很重要的技术性能，往往既有生土墙的破坏就发生在土体受水侵蚀，流水沿着土体的孔隙深入内部，以至于在外界自然环境影响下发生冻胀、消融使土体内部结构遭到破坏，从而加剧土体的破坏。取编号A7-9～F7-9共18块样块，放入盛有清水的桶中，计时并观察现象，结果如表5所示。

由表5可知，单加无机外加剂(环氧树脂添加量为0)的改性土虽在一定程度上改善了改性土的耐水能力，但提高幅度不大，加入环氧树脂后大幅度提高了改性土的耐水能力。由于加入环氧树脂后的试件放入水中的现象相类似，为进一步反映其耐水能力，本试验采用微机控制电液伺服万能试验机，对30min后从水中取出的试件进行了抗压测试(试验力速率控制为0.5KN/s，位移匀速控制位移速率为1mm/s)，结果见表6及图1。

由图1可知，在加入5％水泥和10％料姜石的基础上，加入环氧树脂后的试件在浸水45min后仍然具有较大的强度，且其强度与环氧树脂的添加量密切相关，在一定配比范围内，随着环氧树脂占比的增加，其浸水后的强度也逐渐增大。由此可以反映出该无机-有机改性土样具有良好的耐水性能，适合用于全年降水量较大的川渝地区的历史文化建筑的修复。

4、耐紫外线试验

土体的外观颜色与组成有复杂的相关性，土体呈现黯淡的土状光泽的原因有：(1)成分复杂，对可见光的吸收没有明显的特征吸收；(2)粗糙表面对光的漫反射；(3)存在宏观的孔隙、裂缝等，影响对可见光的反射。

对A10-12～F10-12共18个试件进行那紫外线试验，对比各个试件加固前后表面颜色变化情况，加固后的试件经养护后未经任何处理。试验时，将试件放入1kW高压汞灯下照射，试件表面距离光源距离为6-10cm，持续照射200h，试验结束后进行色差分析，色差分析结果通过国际通用CIE的lab色域空间对应的指标表示，测试仪为SC-10全自动测色色差仪。实验结果见表7-1～7-5。

试验表明，在紫外线照射200h后，试件颜色发生一定程度的变化。一般来说，色差≤6时，正常人的肉眼观察不到。通过以上数据分析可知，经紫外线照射后，仅有环氧树脂添加量为3％的试件经紫外线照射后与生土试件的色差为4.6，小于6，满足要求。因此，通过试验可知，仅有环氧树脂添加量为3％的试件具有较好的耐紫外线能力。

5、耐盐腐蚀试验

由既有生土墙病害分析可知，可溶性盐对既有生土墙的损害尤为常见，以Na₂SO₄为例，其在土体中会发生溶解收缩-结晶膨胀-再溶解收缩，导致土体结构出现疏松、掉渣、开裂等现象，直至最终破坏土体结构。本次试验模拟实际腐蚀环境：在A13-14～F13-14共12个试件下垫薄毛巾放于容器中，缓慢注入预先配置好质量分数为5％的硫酸钠溶液，使溶液液面略低于薄毛巾表面，以保证溶液通过薄毛巾与试件底部良好接触，每隔24h添加适量盐溶液以维持液面基本不变，10d后将试件从容器中取出，在潮湿环境下放置一个月后观察腐蚀现象试验结果见表8，经肉眼观察，单加无机外加剂的改性土试件表面仍有不同程度的腐蚀现象，加入环氧树脂后，试件表面仅有极少量泛白，满足耐盐腐蚀要求；进行抗压测试，测试结果见图2，由图2可知，单加无机外加剂，环氧树脂添加量为3％、5％试验组腐蚀后的抗压能力与素土相差不大，满足修补填料与既有生土墙共同协调工作的要求。

测试试件腐蚀前后的峰值荷载，结果如图3所示，由图3可知，单加无机外加剂(环氧树脂添加量为0)的改性土能在一定程度上提高土样的耐盐腐蚀能力，但腐蚀后抗压承载力降低程度仍较大，低于素土腐蚀前抗压承载力；加入环氧树脂后，耐盐腐蚀能力显著提高，腐蚀后均较素土腐蚀前抗压承载力高。因此，对于既有生土墙的修复而言，加3％的环氧树脂较为合适，基本能满足改性土体对耐盐腐蚀的要求。

6、力学性能试验

强度是既有生土墙的加固修复的主要评价指标，因既有生土墙的夯筑情况与现有混凝土墙体的受压情况类似，抗压强度试验以GB50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》为依据，采用微机控制电液伺服万能实验机，对A15-17～F15-17共18个试件进行了抗压强度的测试(试验力P速率：0.5KN/s，位移速率：1mm/s)，抗压测试结果见图4。

由图4可知，单加无机外加剂(环氧树脂添加量为0)的改性土与环氧树脂添加量为5％～10％的改性土的延性均较素土有较大的提高，单加无机外加剂(环氧树脂添加量为0)的改性土和环氧树脂添加量为3％的改性土强度略有增强。在加载时发现，随着环氧树脂掺入量的增加，试件破坏前的裂缝开展宽度有所减小，但仍较素土试件的大，说明环氧树脂添加量≤10％时，改性土的塑性仍较素土的好；环氧树脂添加量≤3％时，在改善土体承载力方面与仅掺入无机外加剂相比优势不大，为使后修补填料与既有生土墙具有良好的协同工作性能，修补填料与既有土墙强度相差不宜过大；故可选用单加无机外加剂和环氧树脂添加量为3％的改性土来作为修补填料。

7、抗冲刷试验

雨水冲刷会对生土墙体造成土体腐蚀、表面酥化、稀疏等影响。本试验分别将A18-19～F18-19共12个试件置于坡度为30°的自制斜坡上，将喷洒装置垂直置于试件上方1m处冲刷30min，定时观察试件的损伤情况并记录，结果见表9。

由表9可知，由素土制成的试件损坏最为严重，即抗冲刷能力最弱；单加无机外加剂(环氧树脂添加量为0)时，抗冲刷能力有所提高，但随着试件被冲刷时间的延长，其破损依旧较为严重。在单加无机外加剂的基础上掺入一定量环氧树脂后，试件抗冲刷能力增强，且提高程度与环氧树脂掺入量有关，当环氧树脂添加量为3％时，试件C18(表面存在既有小坑洞)在3min时出现表面破坏的现象，随着冲刷过程的进行，试件出现轻微破坏，但最终趋于稳定状态，其余的试件无明显变化；这表明随着前期薄弱颗粒被冲刷后，试件处于一个稳定的抗冲刷状态。

对于既有生土墙修复，为达到同既有建筑的协同作用，就长期强度而言，改性土抗冲刷性能保持良好即可，不宜过强，避免因新旧无法协同造成既有建筑的二次破坏。从试件破损情况及经济效益初步确定环氧树脂添加量3％～5％为修复用土的最适含量。

表1实验用土含水率测定结果

表4-1 A、B两组色差分析对照

表4-2 A、C两组色差分析对照

表4-3 A、D两组色差分析对照

表4-4 A、E两组色差分析对照

表4-5 A、F两组色差分析对照

表6浸水30min后峰值荷载测试结果

表7-1 A、B两组色差分析对照表

表7-2 A、C两组色差分析对照表

表7-3 A、D两组色差分析对照表

表7-4 A、E两组色差分析对照表

表7-5 A、F两组色差分析对照表

表8耐盐腐蚀试验记录

表9抗冲刷试验记录

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种可用于修复加固既有土墙的改性土，其特征在于，按质量百分比计，由以下组份组成：水泥5%，料姜石10%，环氧树脂3-10%，粘性土75-100%，各组分质量百分比之和为100%。

2.如权利要求1所述的一种可用于修复加固既有土墙的改性土，其特征在于，按质量百分比计，由以下组份组成：水泥5%，料姜石10%，环氧树脂3%，粘性土82%。

3.如权利要求1或2所述的一种可用于修复加固既有土墙的改性土，其特征在于，所述水泥为粉煤灰硅酸盐水泥，强度等级为32.5。

4.如权利要求1或2所述的一种可用于修复加固既有土墙的改性土，其特征在于，所述料姜石粒径≤3mm。

5.如权利要求1或2所述的一种可用于修复加固既有土墙的改性土，其特征在于，所述环氧树脂中含有固化剂，环氧树脂与所述固化剂的质量比为4:1，所述环氧树脂为E-51，所述固化剂为T-31。

6.如权利要求1或2所述的一种可用于修复加固既有土墙的改性土，其特征在于，所述粘性土含水率为17.55%。