1、兰州大学学报（自然科学版），2 0 2 3，59(3）6 月Journal of Lanzhou University(Natural Sciences),2023,59(3)/June不同改性方式下夯筑土的兼容性崔凯12，陈瑞，张国军，于翔鹏，葛诚瑞1.兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，兰州7 30 0 502.兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点试验室，兰州7 30 0 0 03.中铁西北科学研究院有限公司，兰州7 30 0 0 0摘要：以纯水、质量浓度1.5%的改性聚乙烯醇（SH)溶液、生石灰与遗址土的不同组合形成的4 种不同类型改性夯筑土为研究对象，根据不同龄期内改性
2、夯筑土的物理指标和力学指标，确定改性夯筑土的最佳养护龄期.采用层次分析法与逼近理想解排序法相结合的方法，对改性夯筑土与遗址夯土进行物理、力学和水热性能的兼容性研究，确定与遗址土最兼容的改性土类型.结果表明，试样的物理、力学性质在养护35d时已基本稳定；4 种类型改性夯筑土中SH-(C+CaO)与遗址夯土的各项性质指标更加接近，改性效果较好，兼容度极高，是机械压实、物理黏结、化学胶结作用叠加导致的。关键词：掏蚀区；夯筑土；改性；硬化过程；兼容度中图分类号：TU411文献标识码：A文章编号：0 4 55-2 0 59(2 0 2 3)0 3-0 351-0 7D01:10.13885/j.issn
3、.0455-2059.2023.03.009The compatibility of rammed soil under different modification methodsCUI Kai2,CHEN Rui,ZHANG Guo-jun,YU Xiang-peng,GE Cheng-rui1.Western Center for Disaster Mitigation in Civil Engineering with the Ministry of Education,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China2.Key
4、 Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China with theMinistry of Education,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China3.Northwest Research Institute Co.,Ltd.,China Railway Engineering Corporation,Lanzhou 730000,ChinaAbstract:Taking four different types of modified rammed soil fo
5、rmed by different combinations of purewater,modified polyvinyl alcohol(SH)solution with mass concentration of 1.5%and quicklime and sitesoil as the research objects,the optimal curing age of modified rammed soil was determined through atest of the physical and mechanical indexes in different age per
6、iods,and the analysis method was com-bined with the analytic hierarchy process and approximate ideal solution ranking method to analyze thephysical and mechanical properties of modified rammed soil and site rammed soil comprehensive compat-ibility.The mechanical and hydrothermal properties were stud
7、ied to determine the type of modified soilmost compatible with site soil.The results showed that the physical and mechanical properties of the sam-ple were basically stable after 35 days of curing.For the four types of modified rammed soil,SH-(C+CaO)was closer to the rammed soil of the site,with a g
8、ood modification effect and high compatibility,which was the result of a combination and superposition of mechanical compaction,physical bonding andchemical cementation.Key words:erosion area;rammed soil;modification;hardening process;compatibility收稿日期：2 0 2 2-0 4-10修回日期：2 0 2 2-0 6-0 7基金项目：国家自然科学基金
9、项目(52 0 6 8 0 50,4 156 2 0 15)；教育部长江学者创新团队支持计划项目(2 0 17 1IRT13068)作者简介：崔凯(19 8 0-)，男，山西宁武人，教授，博士，博士研究生导师，e-mail:，研究方向为岩土工程、地质工程、文物保护。352兰州大学学报(自然科学版)，2 0 2 3，59(3)夯土在中国的建筑领域一直有着大量应用，在气候干旱的西北地区广泛分布着历代遗留的夯土建筑遗址.夯土遗址由于长期受到降雨、降雪、冻融、盐害、地下水、风沙侵蚀等因素的影响，绝大多数存在根部掏蚀病害-2 1,根部掏蚀也会诱发土遗址滑移、塌和整体倾覆，严重威胁夯土遗址的整体稳定性，对
10、遗址的长期保存带来极大影响.夯筑砌补是夯土遗址底部掏蚀病害最有效和应用最广泛的救治措施，夯筑土的兼容性研究是其中的重要课题.学者在夯筑土兼容性方面开展了大量研究，刘庆3通过无机材料单掺改性试验，对比分析多种无机材料改性土的压缩性能，发现含6%天然水硬性石灰的改性土压缩性最小，与遗址土最接近，与遗址的兼容性好，适合作为主要修复材料.李黎等 4-5 将烧料石和水硬石灰分别掺加石英砂，发现二者的物理、力学性质基本相同，均适用于岩土质文物的加固，与石质及土质文物之间有较好的兼容性.任晓茹为寻求与土遗址更兼容的锚固灌浆材料，以烧料疆石为掺料制备不同类型浆液的结石体，发现结石体的渗透系数及密度与遗址土相近
11、，能够保证结石体与遗址土体的兼容性。MAZAR等7 在硫酸钙中掺人熟石灰作为古建筑的墙体抹灰材料，采用砌补方式修复墙体表面，发现这种合成材料与古建筑表面抹灰材料性能相似，兼容性较好。对于保护材料在物理、力学、水理和热学性质方面的兼容性，杨建新等8 测定了多种相变储能材料的热性能参数、热稳定性、化学稳定性和化学兼容性，通过对比试验发现聚乙二醇在高温下不易分解，在2 0 0 时基本无质量损失且未发生化学变化，达到热、化学性质的兼容.崔凯等9 研究了以生石灰为掺料的土遗址裂隙注浆浆液结石体的力学兼容性，对试样的破坏模式、应力-应变关系以及抗剪强度特性进行对比分析，发现浆液结石体和重塑遗址土的弹性模量
12、及抗剪强度接近，力学行为一致，具有较好的力学兼容性.杜延军等以高岭土/膨润土混合土以及沸石改性的高岭土/膨润土混合土作为竖向隔离墙材料，通过压缩固结试验，探讨其压缩及渗透特性.通过对数据进行归一化处理，发现添加沸石后作为隔离墙主要设计参数的压缩指数和渗透系数变化不明显，二者之间存在力学、水理参数的兼容性.张明源构建了1:2 0 的城墙夯土缩尺模型，基于红外线热成像仪及水分/温度探测仪，对改性生土墙体进行抗渗性、抗剥蚀特性、抗裂性能、传热性能研究，发现三合土和三七灰土的温度梯度受外界影响变化范围最小，保温(散热)性能最好，说明这两种改性土体有较好的热学兼容性：随着土遗址保护技术的不断发展，如何定
13、量评价土遗址与夯筑土的兼容性，尚未形成统一的方法与标准，对于保护材料在物理、力学、水热兼容方面的系统研究还比较匮乏。本研究以纯水、质量浓度1.5%的改性聚乙烯醇(SH)溶液、生石灰与遗址土以不同比例组合为4种不同类型的改性夯筑土，通过不同养护龄期的物理指标和力学指标，确定改性夯筑土的最佳养护龄期.采用层次分析法与逼近理想解排序法相结合的方法(AHP-TOPSIS),将取自中国西北地区的遗址夯土与养护至最佳龄期的改性夯筑土的物理、力学、水热性质指标进行对比计算，定量化评价改性夯筑土的兼容性，确定与遗址土兼容性最好的改性土类型1最佳养护龄期1.1试验材料SH溶液w(SH)=5%,使用时稀释至w(S
14、H)=1.5%.生石灰购自兰州市永登县天玉精细化工有限责任公司，纯度9 3.6%.遗址土取自永登玉山城址塌土，经室内土工试验测定，其含水率w=3.11%，干密度p.=1.49g/cm，相对密度G=2.53，孔隙率n=43%，液限w=25.14,塑限w=16.47.1.2试验设计与方法试验设置4 种不同类型改性夯筑土，掺人纯水的夯筑土为空白组，通过机械压实，控制试验样品与遗址夯土制备工艺的误差，使试样具有代表性；预设分别掺人SH溶液、生石灰、SH溶液+生石灰的3种改性夯筑土为对照组，通过SH溶液的水稳定性、生石灰的黏结和膨胀性(12-14)解决改性土耐久性差、收缩变形较大的问题(表1).表1试验
15、方案Table1Test scheme灰土质试样夯筑土类型W(SH)/%量比W-C遗址土+水SH-C遗址土+SH1.5W-(C+CaO)遗址土+石灰+水1:9SH-(C+CaO)遗址土+石灰+SH1:91.5353崔凯，等：不同改性方式夯筑土的兼容性通过击实试验确定4 种改性夯筑土的最优含水率和最大干密度根据试验结果，将遗址土、生石灰+遗址土按照各自最优含水率加入纯水或SH溶液拌合，于保湿器中焖土2 4 h.按照最大干密度将焖好的不同类型试样在边长为7.0 7 cm的立方体模具中压制成型，最后将试样置于室内通风处干燥养护.对养护至1、3、5、7、14、2 1、2 8、35、48、6 0、9 0
16、 d 的试样进行波速、体积收缩率测定，对养护至7、14、2 1、2 8、35、4 8、6 0、9 0 d的试样进行抗压、抗拉强度测定，声波仪型号为中科智创岩土技术有限公司出产的RSM-SY6型.体积收缩率采用高精度数字显示游标卡尺对试样的长、宽、高进行测量，求得各试样的体积.抗压强度、抗拉强度(劈裂法)采用WHY-3000微机控制压力试验机测试，位移速率0.8 mm/min.1.3试验结果由试样波速随养护龄期的变化（图la)可知，随着养护时间的延长，试样波速均表现出先升高再下降再升高并最终在养护2 8 d保持稳定的趋势.养护初期试样的波速基本一致，随着龄期的增加，波速逐渐增大，在养护7 d后波速曲线开始分离不再重合.未掺人石灰的试样波速增加明显，而掺人石灰的试样波速增加缓慢，掺人石灰后试样内部结构变化很小.由图1b可知，随着养护时间的延长，4 种类型改性夯筑土的体积变化基本一致，总体表现为养护前3d，体积快速下降，养护5d后转缓，最终在养护2 8 d后保持稳定，占总收缩体积的9 0%以上。各组试样中，W-C的体积收缩率为1.9 3%SH-C、W-(C+CaO)和SH-(C+CaO)的收
