生土基材料改性及其梯度结构体系物理力学性能研究

探索和发掘蕴含在传统民居中的绿色生态建筑经验，有效利用自然资源和节约能源，是农村建筑材料协调发展的重要途径。为有效利用我国大量存在的劣质土资源，进一步发挥传统生土建筑的优势，弥补生土基材料的不足，大幅度提高生土基材料的强度、耐水抗水性及其结构体系的力学稳定性与耐久性，本课题拟在详细研究生土基材料及其结构体系的微、细观结构与宏观力学性能、体积稳定性、耐久性能之间的联系，弄清生土基材料多孔介质的力学传输机制与热量传导机制的基础上，进行生土基材料增强、耐水的改性及其改性机理研究，设计出具有复合功能和良好稳定性的生土基材料及其梯度结构体系并弄清其本构关系、应力传输机制、热量传导机制及其力学稳定性，同时探讨生土基梯度结构体系的结构演变与性能退化规律，其目标是实现生土基材料的性能优化和劣质土的资源化利用。一旦成功，既可以使具有悠久历史的传统生土建筑获得新生，又可以推动社会主义新农村建设的可持续发展。

本项目针对传统生土基材料的缺点与不足，同时我国又存在大量劣质土资源没有得到治理与利用的问题，以黄河河道淤泥、天津滨海盐渍土等劣质粘土为原料，研究了以其制备的生土基材料微观结构与物理、力学性能、耐水性能，并对生土基材料进行了增强和耐水改性及其改性机理研究，同时设计了具有复合功能的梯度结构生土墙体，初步分析了生土梯度结构墙体的力学性能。研究结果表明：传统生土基材料力学性能较低，软化系数几乎为零；在无机、有机-无机改性材料的作用下，改性生土基材料的力学性能和耐水性有了很大程度的提高，其改性机理主要涉及劣质土中的硅、铝物质基团表面悬空键的形成和胶凝材料强度网络体系的形成；与层状结构生土墙体相比，梯度结构生土墙体不仅具有复合功能，而且降低层间界面应力，稳定性提高。本项目研究，生土基材料与生土建筑的优化改性提供了有益借鉴，也为劣质土的资源化利用提供了一条途径。