第40卷第3期 非会矿 Vol 40 No 3 2017年5月 Non-Metallic Mines May.2017 改性生土砌块配合比试验研究 李志强袁康王玉山白宏思 (石河子大学水利建筑工程学院，新福石河子832003) 摘要道过单因素试脸对改性生土的工程特性进行武险研完从而确定防、粉煤灰、水泥、生石灰的合理取值区同。利用正变武险方法 考察各因言对微性生土杭压任度，就折任度的影响，并对试验婚深进行了极差、方差和因煮指标分析。结果表明，各鸭素对救性生土块8杭压 强度的彩响顺序为：水光C>草筋A>粉煤灰B>生石灰D。各因素对微性生土岛块8d抗斯强度的影响顺序为：草脑A>水泥C>生石灰D> 粉煤灰B。综合分新各因素对改性生土附块抗压预度、杭斯强度的影响，最终确定改性生土响块的最优配合比。 关键词武性生土：战压孩度：三交试胎：最优配合比 中图分类号：TB302.1文献标识码：A文章编号：1000-80982017)03-0047-03 Experimental Study on Mixture Ratio of Modified Raw-soil Blocks Li Zhigiane Yuan Kane wane Yushan Bai Honusi (College of Water Conservancy Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi,Xinjiang 832003) Abstract The rea able values range of grass,fly ash,cement and lime were determined by single factor exp tal study on the engincering propertics of modificd raw-soil specimens.Then.orthoeonal test was applied to study the compressive streneth and bendine strength of modified raw oil blocks.meanwhile.the test results were analyzed according to range analysis,variance analysis and factor index analysis.The test results showed that,the order of the influence of factors on the 28 d compressive strength of modified raw-soil blocks was cement C>grass A>fly ash B>quick lime D.and the order of the of fctorsthed bending strenghof mdiedwsoilblocks wasgssmquick lime Dfly .inally,he opt l mixture ratio of modihied raw-soal blocks was obtained by analyzing the infuence of all factors on the compressive strength and ending strength of modified raw-soil blocks key words odified raw-soil;compressive strength;orthogonal test.optimal mixture ratic 生土结构房屋具有因地制宜、就地取林、施工简 度小于等于50mm。粉煤灰：新天富热电工贸有限 便、造价低廉、冬暖夏凉等优点，成为我国农村地区应 公司1级粉煤灰。水：自来水。 用最为广泛的结构形式。但是，传统生土材料强度较 12单因素试玲及分析粉煤灰掾量、水泥掺量、生 低、耐水性差，因此，一些学者专注于改性生土材料的 石灰渗量分别为0-20%，草筋渗量为0-1%，与黏土进 研究。目前，国内外学者对生土结构的研究已经取得 行单因素试验分析，以试块的抗压强度为指标，确定 定成果 研究表明，生 中掺入草筋可提高 各因素与黏土的最优掺量区间。 土砌块的抗折强度；掺入少量粉煤灰可提高生土砌块 试验选取100mm×100mm×100mm立方体试 的长期强度；掺入水泥可提高生土砌块的抗压强度； 块，人工搅拌后一次性浇注入摸。养护28d后进行抗 渗入生石灰提高生土砌块时水性。本实验拟选取石 压试验，各因素对28d抗压强度试验影响，见表1。 河子团场的生土，通过在生土中掺入草筋、粉煤灰、水 表1单因素试验结果 泥和生石灰，对改性生土试块的工程特性进行试验矿 项日排量%抗压度M项日排量%压强度M 究，为提高生土砌块的抗压，抗折和时久性等综合性 能提供理论依据。 1实验部分 11 原料黏土：石河子150团黏土。水泥：新疆石 河子青松天业水泥有限公司32.5R复合硅酸盐水泥 生石灰：石河子151团振兴石灰厂。草筋：麦秸秆，长 17 水泥 105 生石灰 10 116 1 145 收格日期，2017041 20 30m 0 175 装会项目，国家科技支建计划项目(2015BL03B02为 -47 4-2017China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
- 47 - 第40卷第3期 非金属矿 Vol.40 No.3 2017年5月 Non-Metallic Mines May, 2017 生土结构房屋具有因地制宜、就地取材、施工简 便、造价低廉、冬暖夏凉等优点，成为我国农村地区应 用最为广泛的结构形式。但是，传统生土材料强度较 低、耐水性差，因此，一些学者专注于改性生土材料的 研究。目前，国内外学者对生土结构的研究已经取得 一定成果 [1-16]。研究表明，生土中掺入草筋可提高生 土砌块的抗折强度；掺入少量粉煤灰可提高生土砌块 的长期强度；掺入水泥可提高生土砌块的抗压强度； 掺入生石灰提高生土砌块耐水性。本实验拟选取石 河子团场的生土，通过在生土中掺入草筋、粉煤灰、水 泥和生石灰，对改性生土试块的工程特性进行试验研 究，为提高生土砌块的抗压、抗折和耐久性等综合性 能提供理论依据。 1 实验部分 1.1 原料 黏土：石河子 150 团黏土。水泥：新疆石 河子青松天业水泥有限公司 32.5R 复合硅酸盐水泥。 生石灰：石河子 151 团振兴石灰厂。草筋：麦秸秆，长 改性生土砌块配合比试验研究 李志强 袁 康 王玉山 白宏思 （石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003） 摘 要 通过单因素试验对改性生土的工程特性进行试验研究，从而确定草筋、粉煤灰、水泥、生石灰的合理取值区间。利用正交试验方法 考察各因素对改性生土抗压强度、抗折强度的影响，并对试验结果进行了极差、方差和因素指标分析。结果表明，各因素对改性生土砌块 28 d 抗压 强度的影响顺序为：水泥 C > 草筋 A > 粉煤灰 B > 生石灰 D。各因素对改性生土砌块 28 d 抗折强度的影响顺序为：草筋 A > 水泥 C > 生石灰 D > 粉煤灰 B。综合分析各因素对改性生土砌块抗压强度、抗折强度的影响，最终确定改性生土砌块的最优配合比。 关键词 改性生土；抗压强度；正交试验；最优配合比 中图分类号：TB302.1 文献标识码：A 文章编号：1000-8098(2017)03-0047-03 Experimental Study on Mixture Ratio of Modified Raw-soil Blocks Li Zhiqiang Yuan Kang Wang Yushan Bai Hongsi (College of Water Conservancy & Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832003) Abstract The reasonable values range of grass, fly ash, cement and lime were determined by single factor experimental study on the engineering properties of modified raw-soil specimens. Then, orthogonal test was applied to study the compressive strength and bending strength of modified rawsoil blocks, meanwhile, the test results were analyzed according to range analysis, variance analysis and factor index analysis. The test results showed that, the order of the influence of factors on the 28 d compressive strength of modified raw-soil blocks was cement C > grass A > fly ash B > quick lime D, and the order of the influence of factors on the 28 d bending strength of modified raw-soil blocks was grass A > cement C > quick lime D > fly ash B. Finally, the optimal mixture ratio of modified raw-soil blocks was obtained by analyzing the influence of all factors on the compressive strength and bending strength of modified raw-soil blocks. Key words modified raw-soil; compressive strength; orthogonal test; optimal mixture ratio 度小于等于 50 mm。粉煤灰：新疆天富热电工贸有限 公司 I 级粉煤灰。水：自来水。 1.2 单因素试验及分析 粉煤灰掺量、水泥掺量、生 石灰掺量分别为 0~20%，草筋掺量为 0~1%，与黏土进 行单因素试验分析，以试块的抗压强度为指标，确定 各因素与黏土的最优掺量区间。 试验选取 100 mm×100 mm×100 mm 立方体试 块，人工搅拌后一次性浇注入摸。养护 28 d 后进行抗 压试验，各因素对 28 d 抗压强度试验影响，见表 1。 表 1 单因素试验结果 项目 掺量 /% 抗压强度 /MPa 项目 掺量 /% 抗压强度 /MPa 草筋 0 1.10 粉煤灰 0 1.10 0.25 1.49 5 1.22 0.50 1.06 10 0.97 0.75 1.19 15 1.14 1.0 1.06 20 1.06 水泥 0 1.10 生石灰 0 1.10 5 0.72 5 1.37 10 1.05 10 1.16 15 1.45 15 1.48 20 3.09 20 1.75 收稿日期：2017-04-16 基金项目：国家科技支撑计划项目（2015BAL03B02）
第40卷第3期 非金属矿 2017年5月 由表1可看出，当草筋掺量为0025%，粉煤 对表3正交试验结果进行极差分析，结果见表4 灰掺量为05%，水泥推量为15 20%,生石灰 表4正交试验极差分析 量为05%，生土砌块抗压强度增加较显著。因此 A 可分别确定各影响因素的合理掺量区间，即草筋 k 4.403 3.557 270 3.967 掺量为0-025%，粉煤灰橡量为0-5%，水泥擒量为 28d抗 15%20%，生石灰掺量为0-5%。 387 3.940 3913 350 压强度 结果与讨论 MPa 3297 4060 46 2.1正交试验设计以单因素试验所得各因素最优 R1.06 0.503 2083 0.450 掺量值为基础，细化各参数的区间。采用正交试验 k0.680 0.953 0887 0.93 设计法安排试验，确定4个考察因素：草筋擒量（因素 A)、粉煤灰渗量（因素B),水泥掺量（因素C),生石灰 28d抗 1.020 0.9m 0.837 新强度 掺量（因素D),每个因素各取3个水平，采用正交表 1.093 0.910 1020 1.003 MPa 1(3),试验安排见表2。 R 0.430 0.110 0.133 0.116 表2正交试哈因素水平表 由表4可看出，各因素对改性生土砌块28d抗 压强度的影响顺序为：水泥C>草筋A>粉煤灰B >生石灰D。各因素对改性生土砌块28d抗折强度 1 0(A1) 0B1) 15C1) 0D1) 的影响顺序为：草筋A>水泥C>生石灰D>粉煤 2 0 25B2 25D2 灰B。 5B3 20C3) 抗压强度因素指标分析 根据正交试验极差分 析，绘制各因素在不同水平下的28抗压强度值，见 0.15(A2) 0 17.3 图1。 a15 25 0 6 0.15 025A3) 0 20 025 2.5 9 025 175 0 2.2正交试验结果依据GB/T4111-2013《混凝土 砌块和砖试验方法》进行试验，可得生土砌块的抗压 强度和抗折强度 见表 表3正交试验结果 C. 沈脸号 28d抗压强度AMP 28d折强度MP 14人因与拉压是的关系 3.5 0.63 由图1可看出，当草筋掺量为0-025%时，生士 427 0.68 砌块的抗压强度逐渐减小，因此，不建议掺入草筋。 579 当粉煤灰掺量为0%时，生土砌块的抗压强度 逐浙增加，粉煤灰渗量为2.5%5%时，生土断块的抗 压强度增幅较小，趋于稳定，因此，粉煤灰的最优配比 50 9 为25% 2.71 0 当水泥掺量为15%~20%时，生土到块的抗压强 1.07 度逐渐增加，因此，水泥的最优配比为20%。 当生石灰橡量为025%时，生土砌块的抗压爵 248 1.09 深渐降低.当生石灰检量为25%一5%时.生十 3.68 1.12 的抗压强度逐渐增加，考虑到生石灰对生土耐水性的 48 94-017China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
- 48 - 第40卷第3期 非金属矿 2017年5月 由表 1 可看出，当草筋掺量为 0~0.25%，粉煤 灰掺量为 0~5%，水泥掺量为 15%~20%，生石灰掺 量为 0~5%，生土砌块抗压强度增加较显著。因此， 可分别确定各影响因素的合理掺量区间，即草筋 掺量为 0~0.25%，粉煤灰掺量为 0~5%，水泥掺量为 15%~20%，生石灰掺量为 0~5%。 2 结果与讨论 2.1 正交试验设计 以单因素试验所得各因素最优 掺量值为基础，细化各参数的区间。采用正交试验 设计法安排试验，确定 4 个考察因素：草筋掺量（因素 A）、粉煤灰掺量（因素 B），水泥掺量（因素 C），生石灰 掺量（因素 D），每个因素各取 3 个水平，采用正交表 L9(34 )，试验安排见表 2。 表 2 正交试验因素水平表 试验号 草筋掺量 A/% 粉煤灰掺量 B/% 水泥掺量 C/% 生石灰掺量 D/% 1 0(A1) 0(B1) 15(C1) 0(D1) 2 0 2.5(B2) 17.5(C2) 2.5(D2) 3 0 5(B3) 20(C3) 5(D3) 4 0.15(A2) 0 17.5 5 5 0.15 2.5 20 0 6 0.15 5 15 2.5 7 0.25(A3) 0 20 2.5 8 0.25 2.5 15 5 9 0.25 5 17.5 0 2.2 正交试验结果 依据 GB/T 4111-2013《混凝土 砌块和砖试验方法》进行试验，可得生土砌块的抗压 强度和抗折强度，见表 3。 表 3 正交试验结果 试验号 28 d 抗压强度 /MPa 28 d 抗折强度 /MPa 1 3.15 0.63 2 4.27 0.68 3 5.79 0.73 4 3.79 1.16 5 5.07 1.29 6 2.71 0.91 7 3.73 1.07 8 2.48 1.09 9 3.68 1.12 对表 3 正交试验结果进行极差分析，结果见表 4。 表 4 正交试验极差分析 类别 A B C D 28d 抗 压强度 / MPa k1 4.403 3.557 2.780 3.967 k2 3.857 3.940 3.913 3.570 k3 3.297 4.060 4.863 4.020 R 1.106 0.503 2.083 0.450 28d 抗 折强度 / MPa k1 0.680 0.953 0.887 0.993 k2 1.110 1.020 0.977 0.887 k3 1.093 0.910 1.020 1.003 R 0.430 0.110 0.133 0.116 由表 4 可看出，各因素对改性生土砌块 28 d 抗 压强度的影响顺序为：水泥 C ＞草筋 A ＞粉煤灰 B ＞生石灰 D。各因素对改性生土砌块 28 d 抗折强度 的影响顺序为：草筋 A ＞水泥 C ＞生石灰 D ＞粉煤 灰 B。 2.3 抗压强度因素指标分析 根据正交试验极差分 析，绘制各因素在不同水平下的 28 d 抗压强度值，见 图 1。 图1 4个因素与抗压强度的关系 由图 1 可看出，当草筋掺量为 0~0.25% 时，生土 砌块的抗压强度逐渐减小，因此，不建议掺入草筋。 当粉煤灰掺量为 0~5% 时，生土砌块的抗压强度 逐渐增加，粉煤灰掺量为 2.5%~5% 时，生土砌块的抗 压强度增幅较小，趋于稳定，因此，粉煤灰的最优配比 为 2.5%。 当水泥掺量为 15%~20% 时，生土砌块的抗压强 度逐渐增加，因此，水泥的最优配比为 20%。 当生石灰掺量为 0~2.5% 时，生土砌块的抗压强 度逐渐降低，当生石灰掺量为 2.5%~5% 时，生土砌块 的抗压强度逐渐增加，考虑到生石灰对生土耐水性的
李志强，表康，玉玉山，等 改性生土砌块配合比试验研完 影响，生石灰的最优配比定为5%， 由表5可看出，水泥渗量C对改性生土砌块抗 2.4抗折强度因煮指标分析 根据正交试验极差分 压强度的影响最显著，其次是草筋A、粉煤灰掺量 析结果，绘制各因素在不同水平下的28d抗折强度 和石灰接量D:草筋A对改性生土砌块抗折强度的影 值，见图2。 响最显著，共次是水泥推量C,石灰掺量D和粉煤灰 参量B。 由23节和2.4节因素指标分析可知，抗压强度 的最优配合比为A,B,C,D,抗折强度的最优配合比为 A,B,CD,因此，B,CD可作为定量。由于草筋A对 A A 改性生土砌块抗折强度的影响显著，但是对改性生士 砌块抗压强度的影响不显著，因此草筋橡量A,为最 优配合比。 综上所述，确定改性生士砌块的最优配合比为 ABC,D,即草筋为0.15%，粉煤灰为2.5%，水泥为 0 20%,生石灰为5%。 3结论 图24个因素与抗折强度的关系 从图2可看出，当点篇掺量为0025%时，生十 由单因素试验可知，各影响因素的合理掺 砌块的抗折强度逐渐增加，草筋掺量为0.15%~025 量区间分别为：草筋00.25%，粉煤灰05%，水泥 时，生土砌块的抗折强度增加幅度不大，趋于稳定，因 15%20%,生石灰05% 此，草筋渗量的最优配比为0.15%。 2.各因素影响改性生土材料抗压强度的顺序为： 水泥C>草筋A>粉煤灰B>生石灰D:影响改性 当粉煤灰掺量为02.5%时，生土砌块的抗折程 度深渐增加，粉煤灰梭量为25%5%时，生土块的 生土材料抗折强度的顺序为：草筋A>水泥C>生 抗折强度则逐渐降低，因此，粉煤灰渗量的最优配此 石灰D>粉煤灰B 3.改性生土砌块的最优配合比为A,BC,D,即 为2.5% 当水泥惨量为15%20%时，生土砌块的抗折据 草筋为0.15%，粉煤灰为25%，水泥为20%，生石灰为 5% 度逐渐增加，因此，水泥掺量的最优配比为20% 当生石灰接量为025%时，生土砌块的抗折西 度逐渐降低，当生石灰掺量为2.5%5%时，生土砌块 参考文献： 的抗折强度逐渐增加，考虑到生石灰对生土耐水性的 影响，生石灰的最优配比为5%。 2.5方差分析正交试验方差分析结果，见表5 表5正交试验方差分析 王般红梁张项英，等.我国生上结狗所究综速土木工学 指素编差平方和自由度F比 F路界值养性 间张文是，王服红，件雪雷，等掺水泥和砂的机制生土砖力学性能孩 A 1837 0.965 验研究几建筑老的学报.2015.3m1k434-439. 0.415 0218 ⑤种整清，王靓红，刘奇估，等，或性生土块材玩前性能试验研完门 度C 652 e 建构，2016.4611106-109 D0363 2 0.191 ]王就红，刻奇他，仲起清，等.机制生土砖斯体变形模量及油松比试 A0365 23274 研完门建流神，2016461267-7 28d 0016 0.14 F-865 春莫，李先顺，等。生土老 For-44 200 2673 0.037 20332 度 Fox-3.11 D0.028 20.251 宇.200626( 网例王般红，王汉伟，高航字，等镇生土站房培体局部承压说 研完川建筑科净，2011.27su23235 .49 1994-2017 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.hup://www.cnki.ne
- 49 - 影响，生石灰的最优配比定为 5%。 2.4 抗折强度因素指标分析 根据正交试验极差分 析结果，绘制各因素在不同水平下的 28 d 抗折强度 值，见图 2。 图2 4个因素与抗折强度的关系 从图 2 可看出，当草筋掺量为 0~0.25% 时，生土 砌块的抗折强度逐渐增加，草筋掺量为 0.15%~0.25% 时，生土砌块的抗折强度增加幅度不大，趋于稳定，因 此，草筋掺量的最优配比为 0.15%。 当粉煤灰掺量为 0~2.5% 时，生土砌块的抗折强 度逐渐增加，粉煤灰掺量为 2.5%~5% 时，生土砌块的 抗折强度则逐渐降低，因此，粉煤灰掺量的最优配比 为 2.5%。 当水泥掺量为 15%~20% 时，生土砌块的抗折强 度逐渐增加，因此，水泥掺量的最优配比为 20%。 当生石灰掺量为 0~2.5% 时，生土砌块的抗折强 度逐渐降低，当生石灰掺量为 2.5%~5% 时，生土砌块 的抗折强度逐渐增加，考虑到生石灰对生土耐水性的 影响，生石灰的最优配比为 5%。 2.5 方差分析 正交试验方差分析结果，见表 5。 表 5 正交试验方差分析 指标 因素 偏差平方和 自由度 F 比 F 临界值 显著性 28 d 抗压 强度 A 1.837 2 0.965 F0.01=8.65 F0.05=4.46 F0.10=3.11 -- B 0.415 2 0.218 -- C 6.527 2 3.427 * D 0.363 2 0.191 -- 28 d 抗折 强度 A 0.365 2 3.274 F0.01=8.65 F0.05=4.46 F0.10=3.11 * B 0.016 2 0.143 -- C 0.037 2 0.332 -- D 0.028 2 0.251 -- 注：当F＞F0.01时，该因素具有明显的显著性，标记为***；当F0.01 ＞F＞F0.05时，该因素具有较好的显著性，标记为**；当F0.05＞F＞ F0.10时，该因素的显著性一般，标记为*；当F＜F0.10时，该因素不 具有显著性，标记为“—”。 由表 5 可看出，水泥掺量 C 对改性生土砌块抗 压强度的影响最显著，其次是草筋 A、粉煤灰掺量 B 和石灰掺量 D；草筋 A 对改性生土砌块抗折强度的影 响最显著，其次是水泥掺量 C、石灰掺量 D 和粉煤灰 掺量 B。 由 2.3 节和 2.4 节因素指标分析可知，抗压强度 的最优配合比为 A1B2C3D3，抗折强度的最优配合比为 A2B2C3D3，因此，B2C3D3 可作为定量。由于草筋 A 对 改性生土砌块抗折强度的影响显著，但是对改性生土 砌块抗压强度的影响不显著，因此草筋掺量 A2 为最 优配合比。 综上所述，确定改性生土砌块的最优配合比为 A2B2C3D3，即草筋为 0.15%，粉煤灰为 2.5%，水泥为 20%，生石灰为 5%。 3 结论 1. 由单因素试验可知，各影响因素的合理掺 量区间分别为：草筋 0~0.25%，粉煤灰 0~5%，水泥 15%~20%，生石灰 0~5%。 2. 各因素影响改性生土材料抗压强度的顺序为： 水泥 C ＞草筋 A ＞粉煤灰 B ＞生石灰 D；影响改性 生土材料抗折强度的顺序为：草筋 A ＞水泥 C ＞生 石灰 D ＞粉煤灰 B。 3. 改性生土砌块的最优配合比为 A2B2C3D3，即 草筋为 0.15%，粉煤灰为 2.5%，水泥为 20%，生石灰为 5%。 参考文献： [1] 王毅红，张坤，高耀飞，等 . 生土材料与水泥砂浆黏结界面切向黏 结性能试验研究 [J]. 工业建筑，2016, 46(7): 159-162. [2] 王毅红，马蓬渤，张坤，等 . 改性生土材料最优含水量的试验测定 [J]. 西安科技大学学报，2015, 30(6): 768-773. [3] 王毅红，梁楗，张项英，等 . 我国生土结构研究综述 [J]. 土木工程学 报， 2015, 48(5): 98-107. [4] 张又超，王毅红，侍雪雷，等 . 掺水泥和砂的机制生土砖力学性能试 验研究 [J]. 建筑结构学报， 2015, 37(sup1): 434-439. [5] 仲继清，王毅红，刘奇佶，等 . 改性生土块材抗剪性能试验研究 [J]. 建筑结构，2016, 46(15): 106-109. [6] 王毅红，刘奇佶，仲继清，等 . 机制生土砖砌体变形模量及泊松比试 验研究 [J]. 建筑结构 , 2016, 46(12): 67-72. [7] 王毅红，王春英，李先顺，等 . 生土结构的土料受压及受剪性能试验 研究 [J]. 西安建筑科技大学学报（自然科学版），2006, 26(4): 73-77. [8] 王毅红，苏东君，刘伯权，等 . 生土结构房屋的承重夯土墙体抗震性 能试验研究 [J]. 西安建筑科技大学学报（自然科学版），2006, 26(4): 73-77. [9] 王毅红，王汉伟，高航宇，等 . 村镇生土结构房屋墙体局部承压试验 研究 [J]. 建筑科学， 2011, 27(sup2): 32-35. 李志强， 袁 康 ，王玉山，等 改性生土砌块配合比试验研究