【正文】 義 。 發(fā) 展 綠 色 高 性 能 建 筑 材料 是 當(dāng) 今 建 筑 行 業(yè) 的 研 究 主 題 ， 其 最 重 要 的 特 征 就 是 最 大 限 度 地 利 用 工 業(yè) 廢 棄 物 ，這 對(duì) 環(huán) 境 保 護(hù) 、 節(jié) 約 有 限 的 礦 產(chǎn) 資 源 和 能 源 具 有 特 殊 的 意 義 。 近 年 來 ， 礦 渣 和 脫這 兩 大 工 業(yè) 廢 棄 物 的 排 放 量 呈 現(xiàn) 繼 續(xù) 增 加 的 趨 勢(shì) 。 生 土 墻 體 材 料 的 改 性 可 以 大 量利 用 礦 渣 和 脫 硫 石 膏 等 工 業(yè) 廢 棄 物 。 發(fā) 展 生 土 墻 體 材 料 不 僅 利 用 了 固 體 廢 棄 物 ， 還降 低 了 房 屋 建 設(shè) 成 本 ， 這 對(duì) 于 我 國(guó) 這 樣 的 人 口 大 國(guó) 具 有 非 常 深 遠(yuǎn) 的 意 義 。 課題研究的內(nèi)容及目的① 根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)資料，利用脫硫石膏、礦渣、石灰等各種外加劑對(duì)生土材料進(jìn)行改性研究；通過正交實(shí)驗(yàn)分析各因素對(duì)生土墻體材料力學(xué)性能的影響，并確定其配合比及最佳成型方式；② 結(jié)合 XRD、SEM 微觀形貌分析方法分析生土墻體材料的物相組成以及固化機(jī)理，從而進(jìn)一步確定生土改性的工藝流程。③ 通過測(cè)試改性生土墻材的 PH 值及耐水性，分析改性材料對(duì)生土試樣的耐水性和堿度影響的作用。④ 綜合各性能指標(biāo)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)配方，提出符合環(huán)境要求的經(jīng)濟(jì)、可行的實(shí)驗(yàn)配方。 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)采用脫硫石膏、礦渣、石灰等常見礦物摻合料，對(duì)生土材 料 進(jìn) 行 改 性 ， 抗 壓 強(qiáng) 度有 了 非 常 大 的 突 破 。 與 國(guó) 內(nèi) 外 相 關(guān) 研 究 相 比 ， 在 沒 有 加 入 水 玻 璃 的 情 況 下 ， 生 土墻 材 具 備 了 較 高 強(qiáng) 度 ， 耐 水 性 能 得 到 了 很 大 的 提 高 。2 實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)述 生土的成因與分類 生土是覆蓋在地表上散碎的、沒有膠結(jié)或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。地球表面的整體巖石（主要由鋁硅酸鹽類巖石）在大氣中經(jīng)受長(zhǎng)期的風(fēng)化作用或熱液蝕變作用而破碎后，形成形狀不同、大小不一的顆粒，這些顆粒受各種自然力的作用，在各種不同的自然環(huán)境下堆積下來，形成通常所說的土。 生土是自然地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，它的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是千變?nèi)f化的。為了能大致地判斷土的基本性質(zhì)、合理地選擇研究?jī)?nèi)容和方法，以及在科學(xué)技術(shù)交流中有共同的語言，有必要對(duì)土進(jìn)行科學(xué)的分類。人們對(duì)生土已提出過不少分類系統(tǒng)，如地質(zhì)分類、土壤分類、粒徑分類、結(jié)構(gòu)分類等，每一種分類系統(tǒng)，各反映了生土某方面的特征。在分類中最常用的指標(biāo)是粒度成分和反映塑性的指標(biāo)。生土常見的分類方法見表 。表 常見的幾種生土分類方法原生生土 母巖風(fēng)化殘留在原地而形成，質(zhì)地純，顆粒稍粗按生土的成因 分類 次生生土 風(fēng)化形成的粘土受風(fēng)雨作用遷移到其他地點(diǎn)沉積而形成的粘土層高塑性生土 又稱軟質(zhì)生土、球土或結(jié)合生土，分散度大，成板狀按生土可塑性分類 低塑性生土 又稱硬質(zhì)生土，分散度小，成致密塊或石狀，如瓷石高嶺石類 蘇州土、紫木節(jié)土蒙脫石類 遼寧黑山和福建連成膨潤(rùn)土伊利石類 河北章村土按生土主要礦物類型分類水鋁石類 唐山 A、B、C 級(jí)礬土碎石土 粒徑大于的 2mm 顆粒含量超過全重的土 50%。砂土砂類土是指粒徑大于 2mm 的顆粒含量不超過全重 50%、粒徑大于 的顆粒超過全重 50%的土。按顆粒級(jí)配或塑性指數(shù)分類粉土粒徑大于 的顆粒含量不超過全重 50%，塑性指數(shù)Ip 小于或等于 10 的土。 生土組成 化學(xué)組成 生土通常含有未風(fēng)化的巖石碎屑、石英砂、黃鐵礦、有機(jī)物等雜質(zhì)，無一定熔點(diǎn)，也沒有固定的化學(xué)組成。生土的主要化學(xué)成分為 SiOAl 2O3和結(jié)晶水，還有少量堿金屬氧化物（K 2O、Na 2O）,堿生土金屬氧化物（CaO、MgO） ，著色氧化物（Fe 2OTiO 3 ）等。 礦物組成 生土中固體顆粒的主要成分是礦物，且含有少量有機(jī)雜質(zhì)。顆粒的礦物成分可以分為原生礦物和次生礦物。一般粗顆粒的礫石、砂等都是由原生礦物構(gòu)成。成分與母巖相同，性質(zhì)比較穩(wěn)定，由其性質(zhì)表現(xiàn)為無粘性、透水性較大、壓縮性較低，常見的如石英、長(zhǎng)石和云母等。次生礦物主要是粘土礦物，其成分與母巖完全不同，其性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的親水性，遇水易膨脹。常見的粘土礦物有高嶺石（Al 2O32SiO22H2O） 、蒙脫石（Al2O34SiO2nH2O，n﹥2） 、伊利石。 . 摻合料的品種及作用 用于土體的改性材料，包括石膏、石灰和礦渣等摻合料，它們可單獨(dú)使用，也可按一定的比例復(fù)合使用。改性材料可在常溫下能夠直接膠結(jié)土體中的土壤顆粒并能夠與粘土礦物反應(yīng)生成膠凝物質(zhì) [4]。在土體中摻入適當(dāng)?shù)母男圆牧?，不但能改善土體的性能，而且可以就地取材、方便施工，節(jié)省工程造價(jià)和施工時(shí)間，有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。 石灰 石灰（lime）是人類使用較早的無機(jī)膠凝材料之一。石灰的原料（石灰石）分布很廣，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，所以在建筑上一直應(yīng)用較廣。根據(jù)加工方法不同，可將石灰分為：塊狀生石灰，生石灰粉，消石灰粉，石灰漿(石灰乳)。（1）石灰的生產(chǎn) 石灰是由以碳酸鈣為主的原料的石灰石、白云石等，經(jīng)適當(dāng)燃燒，釋放出 CO2后所得的成品，其主要成分是 CaO。經(jīng)水化反應(yīng)消化成熟石灰。其反應(yīng)式如下: CaCO3 → CaO + CO2 ↑ CaO + H2O → Ca(OH)2 + （2）石灰的品種 石灰的分類方法很多，根據(jù)石灰加工方法不同，可分為塊狀生石灰，磨細(xì)生石灰，消石灰，石灰漿，石灰乳，石灰水。根據(jù)石灰中含量不同，可分為低鎂石灰(MgO 含量小于 5%)，鎂質(zhì)石灰（MgO 含量 5%～20%） ，白云質(zhì)石灰即高鎂石灰(MgO 含量 20%～40%)。根據(jù)石灰消化速度不同，可分為快速消化石灰（消化速度在 10 分鐘之內(nèi)） ，中速消化石灰消化（速度在 10～30 分鐘之間） ，慢速消化石灰（消化速度在 30 分鐘以上） 。消化速度是指一定量的生石灰粉在標(biāo)準(zhǔn)條件下與一定量水混和時(shí)，到達(dá)最高溫度所需要的時(shí)間。根據(jù)石灰消化達(dá)到的溫度指標(biāo)不同，可分為高熱石灰(高于 70℃)，低熱石灰(低于 70℃) 。（3）石灰的應(yīng)用 石灰的應(yīng)用非常廣泛，在建筑、鋼鐵和化工等行業(yè)都有較多用途。在建筑中，可用于拌制石灰土和石灰三合土?；彝粒合曳?粘土；三合土：消石灰粉+粘土+砂（或碎石、爐渣等） ?；彝梁腿贤猎趶?qiáng)力夯打之下，生成了不溶于水的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，將粘土顆粒粘結(jié)起來，因而提高了粘土的強(qiáng)度和耐水性，大量用于建筑的基礎(chǔ)、地面、道路及堤壩等 [17]。 石灰類改性土強(qiáng)度形成過程中，以托勃莫來石族礦物為代表的水化硅酸鹽具有最大的生成趨勢(shì)，當(dāng)改性土中與的比值處于 ～ 時(shí)，石灰類穩(wěn)定土強(qiáng)度形成與發(fā)展中是以火山灰反應(yīng)推動(dòng)力最大，較好地解釋了石灰類改性土要求的最佳石灰劑量。通過試驗(yàn)研究石灰改性土的早強(qiáng)技術(shù) [18][19]，認(rèn)為采用 Na2SONaOH 等化學(xué)外加劑作為石灰加固土的早強(qiáng)劑在技術(shù)上是有效和可行的。 脫硫石膏 我國(guó)是以煤炭為主要原料發(fā)電的國(guó)家，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭的使用量比例還會(huì)提高。為了控制燃煤產(chǎn)生的二氧化硫（SO 2） 、二氧化碳（CO 2）和 NOx 對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了大量研究來控制燃煤污染排放。除了采取優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)和合理布局，對(duì)燃燒前的燃料進(jìn)行脫硫控制等措施之外，目前最有效的措施是進(jìn)行煙氣脫硫。（1）脫硫石膏的生產(chǎn) 脫硫石膏是火電廠對(duì)排放的煙氣中所含的 SO2進(jìn)行濕法脫硫后產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)物，故又稱煙氣脫硫石膏，其主要成分與天然石膏相同，為二水硫酸鈣晶體。（2）脫硫石膏的應(yīng)用 我們知道采用脫硫石膏改性的生土材料具有易于澆注成型、拆?？焖伲沧⒑?15～30min 可以拆模） 、成型后的試件收縮很?。ㄖ挥屑冋惩猎嚰?1/2～1/10） 、強(qiáng)度明顯提高（為純粘土試件的 2～3 倍，接近水泥摻量為 10%的水泥－土試件）等優(yōu)點(diǎn)。但是脫硫石膏土的耐水性差的問題亟待解決。 礦渣 礦渣又稱?；郀t礦渣，是工業(yè)廢渣之一。它是由高爐煉鐵熔融的礦渣驟冷時(shí)，來不及結(jié)晶而大部分形成的玻璃態(tài)物質(zhì)。它具有較高的潛在活性，在激發(fā)劑的作用下，與水化合可生成具水硬性的膠凝材料。（1）礦渣的化學(xué)組成 礦渣的化學(xué)成分與普通硅酸鹽水泥類似，它的主要成分是 SiOCaO、Al 2O3。等,通常這三種成分之和達(dá)到 90%以上。（2）礦渣的礦物組成 礦渣的礦物組成與生產(chǎn)原料和冷卻方式有關(guān)。堿性高爐礦渣中的主要礦物為鈣鋁黃長(zhǎng)石和鈣鎂黃長(zhǎng)石，其次為硅酸二鈣、假硅灰石、鈣長(zhǎng)石、鈣鎂橄欖石、鎂薔薇石及鎂方柱石等。（3）礦渣的應(yīng)用 研究表明，礦渣加入土中一般要在堿性條件下才能很好發(fā)揮它的作用，礦渣與粘土顆粒中的硫酸鹽，鋁酸鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成針狀晶體，反應(yīng)后體積膨脹，有很好的穩(wěn)定性。礦渣與土的水化產(chǎn)物既增強(qiáng)土體的強(qiáng)度，又能填塞土體的孔隙。經(jīng)過礦渣改性的土體，由于孔隙被填塞，阻斷了水的自由流動(dòng)，增強(qiáng)了土的抗水性和抵抗水中的有害離子的化學(xué)侵蝕。同時(shí)，土體的抗凍性也隨之大大提高。 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 力學(xué)性能測(cè)定 實(shí)驗(yàn)是按照配比制成 40mm40mm160mm 的試件，分別測(cè)其 7d、14d 的后的抗折、抗壓強(qiáng)度。 圖 電動(dòng)抗折測(cè)試儀 圖 抗壓強(qiáng)度測(cè)試機(jī)（1）抗折強(qiáng)度（σ b）的測(cè)定取 3 塊干燥試樣分別在 DKZ5000 型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)上測(cè)抗折強(qiáng)度并計(jì)算其： σb=3 FL/ 2BH2 ()式中：σ b 為抗折強(qiáng)度 MPa； F 為試樣的斷裂載荷 N； L 試樣支承跨距 mm； B、H 分別是試樣的寬和高度，均取 40mm。（2）抗壓強(qiáng)度（σ c）的測(cè)定 用做完抗折試驗(yàn)后的半塊試樣在 YA600 電液式壓力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)抗壓強(qiáng)度，夾具與試件接觸面積為 40mm40mm，表示試樣受壓面積為 1600mm2。抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。 σc =F/S （） 式中：σ c 為抗壓強(qiáng)度 MPa； F 為試