方法测试地球块的抗压强度

文摘

新地球的高效设计结构和旧结构的恢复都需要一个可靠的评估地球材料的抗压强度。然而,仍有许多争论最好的方法来精确测量地球块的抗压强度。解决问题的测量地球块的抗压强度、立方体试样,半个街区堆放标本,和全尺寸的块标本是用来测量模制adobe和撞击adobe的抗压强度,分别考虑样品制备过程的影响,加载方向,限制,和其他因素。通过比较和分析应力状态,失效模式,和抗压强度的试件在不同测试方法,确定地球块的抗压强度测试方法,操作简单,易于标准化,尽可能块的实力。结果表明,沿块厚度方向尺寸的块压缩试验方法应首选测试地球块的抗压强度。将获得的标准样品全尺寸块不适合地球块的抗压强度的考验;它可以有效地解决这个问题,地球小厚度块的抗压强度不能直接测量通过削减一半的全尺寸的块和叠加,但不推荐使用粘结剂两half-blocks债券。当比较地球块的抗压强度时,相关的转换系数height-to-thickness比率的标本不能用于转换抗压强度。不过,应该考虑材料强度的各向异性。

1。介绍

工业文明以来,建筑行业引起了高水平的污染由于开采,加工和运输建筑材料(1]。特别是在发展中国家,人口的持续快速增长需要更多的建筑和工业建筑材料的使用(2]。使用当地材料建造房屋是一个重要的战略来应对我们的全球环境问题的恶化3]。地球材料是最古老的当地材料,广泛应用于住宅建筑遍布世界各地。事实上,世界三分之一的人口仍然生活在瓦住宅(4,5]。在过去的20年中,这种原始材料已经发现新的注意力从建筑行业由于其低能耗和优秀的能力来调节室内温度和湿度(6]。

新地球的高效设计结构和恢复的老建筑需要可靠的接地材料的机械性能评估。抗压强度是材料的重要力学参数(7,8]。然而,并没有公认的测试方法来测量地球块的抗压强度。由于监禁和承载板之间的摩擦产生的压缩表面样品在测试过程中,长宽比、压缩区,和压缩的方法用于治疗表面都可以显著影响抗压强度的测量(9,10]。样品用小比例和大型压缩区更容易受到强烈的限制强加的加载板。这个约束限制样本的横向应变,从而人为地提高了抗压强度。

如水泥、混凝土和其他传统建筑材料、装载钢板也限制了地球块压缩试验过程。然而,由于地球的塑料性能材料(这不能被视为脆性材料),地球上的约束效应材料是更重要的,特别是对于传统adobe小厚度。因此,测试方法显著影响测量地球块的抗压强度。超高抗压强度值可能在某些情况下测量(地球块小height-to-thickness比率)。解决问题的测量地球块的抗压强度、立方体试样,半个街区堆放标本,和全尺寸的块标本是用来测量模制adobe和撞击adobe的抗压强度,分别考虑样品制备过程的影响,加载方向,限制,和其他因素。通过比较和分析应力状态,失效模式,和抗压强度的试件在不同测试方法,确定地球块的抗压强度测试方法,操作简单,易于标准化,尽可能块的实力。

2。地球块规范性审查强度测试方法

大量研究解决抗压强度测试问题对地球块压缩表面通过减少摩擦,提高样品的长宽比。甚至在一个策略,一个层间插入样品的表面和板之间的试验机,以减少摩擦。Ciancio和Gibbings11)研究了不同夹层的影响塑造地球块的抗压强度。圆柱样品的长宽比2和稳定地球的材料制成的水泥(石灰土和10%)受到简单的压缩测试。两种夹层的10毫米厚软块胶合板和5毫米厚层的牙科石膏的能力进行测试,以减少摩擦表面上的压缩。他们发现,这两个夹层用于研究并减少摩擦,但没有显著影响样品的抗压强度。他们还测试了不同长宽比的圆柱体抗压强度与聚四氟乙烯板样品结束后,发现聚四氟乙烯板的存在降低了长宽比在抗压强度的影响。对峙et al。12)使用限制灰浆把压缩的不同样品表面钻从地球块。他们发现这个过程减少了样品的形状对抗压强度的影响最小化的治疗。然而,《et al。13)进行一个简单的抗压测试5×5×5厘米³立方体有或没有聚四氟乙烯覆盖并认为聚四氟乙烯限制在样品结束没有显著影响抗压强度及其变化。

在另一种方法,监禁的影响是通过标准化的样本大小。制造标准尺寸样品的方法通常分为两类:从地球块锯的样本和样本符合相同的成分作为地球块。样品从地球上锯街区,锯切过程可能会导致损伤样本可以增加变化。例如,Illampas et al。14)生产标准缸、立方体和棱镜样本被削减和空心地球从样本块。这些样品的抗压强度没有任何限制被简单的压缩试验测量。结果显示显著的变化,在最坏的情况下(立方体),变异系数(CV)的四个样品的抗压强度为76.8%。同样,《et al。13)使用了一个简单的压缩试验来测量多维数据集和棱镜的样本块的抗压强度,发现27%的最大的简历。很难获得标准样本块的切割、取心,或锯,这些方法可能会导致相当大的标准样品的大小的变化。标准样品准备分开,而不是削减从块可以有效地减少切割造成的损害或锯。然而,比较抗压强度测试结果的标准样品和块相同的材料往往没有显著相关性(15]。

宽高比的增加样品的几项研究报告削减一半的块和叠加或胶合在一起的16- - - - - -18]。1994年,CEB RILEM技术委员会16419]提出了一种测试方法(RILEM过程)来测量地球压缩块的抗压强度(CEB)样本。在这种方法中,CEBs减半,堆叠,并使用臼床接缝粘合。CEB的真实应力状态在砌筑可以以这种方式模拟,和地球砂浆有助于均匀压力堆积块之间的转移。在一些测试19],CEBs的抗压强度是衡量RILEM过程并与获得的优势从简单的圆柱形压缩测试样品的长宽比为1.5。结果表明,抗压强度来衡量RILEM过程是圆柱形的低于样品(约15%)。因为砂浆的强度和刚度是低于CEB,联合削弱了样本的完整性。基于RILEM过程,法国标准XP p13 - 901 (20.)使用传统的水泥砂浆(砂和水泥)砂浆粘接材料,而不是地球。RILEM程序地址前面的问题和允许精确测量地球块的抗压强度,尤其是那些有大量压缩区和小的宽高比。然而,灰缝的类型有很大影响砂浆的抗压强度和质量联合实验之间可能会有所不同,这将增加结果的可变性。

三点弯曲试验是使材料没有实验室检测设备的现场质量控制测试(21]。这种方法可以不执行复杂的设备,因为所需的负载引起样品失败是远低于所需的简单的压缩试验。然而,剪切的影响、尺寸效应和拱效应被忽视的这个策略,从而导致重大变化的结果22]。尽管一些研究[23,24)建立了地球块的抗压强度和抗弯强度之间的关系,重要的留在这个计算错误。

现有的研究主要探讨了适合的抗压强度的测试方法从以下四个方向:地球块(1)标准样品:块切成标准的形状和大小的样品,或与标准样品的形状和大小是由相同的制造工艺和原材料。这种方法类似于水泥材料的抗压强度测试。(2)全尺寸的块:全尺寸的块的抗压强度是直接测试。(3)半个街区堆叠标本:块切成相等的两half-blocks大小,和两个half-blocks堆积增加height-to-thickness比率。(4)间接测试:三点弯曲试验进行了全尺寸的块,或分裂标准圆柱试样进行测试。

目前,大部分的测试方法来测试地球块的抗压强度是指现有水泥基块的强度测试方法和发射块或改进测试方法基于他们(25- - - - - -27]。然而,这些测试方法的适用性为地球尚未得到系统的证明材料。同时,与发射块或混凝土砌块相比,地球的nonbrittle属性块导致箍效应的更重要的影响在压缩试验。当height-to-thickness块太小了,比地球块的抗压强度可能不是测量。虽然现有的研究已经提出了许多想法来解决这个问题,仍然存在各种缺陷的各种测试方法(13),到目前为止,没有标准的测试方法来指导地球块的抗压强度测试。因此,它具有重要意义确定现有测试方法的适用性及特点,然后提出了最佳地球块抗压强度的测试方法。

3所示。材料和方法

3.1。材料

地球材料从陕西的南部和中部地区,中国,被用作压块的原料。组成,界限含水量,最佳含水量、最大干密度两个地区的土壤测量根据中国标准sl237 - 1999 (28),如表所示1。

3.2。样品制备

代表塑造地球块和压实地球块被用于实验。这些块生产的熟练工人。塑造adobe(图1(一))是由含水率的土壤(EM-1) 24±2%,形成一个模具,如图2(一个)。压紧块(图1 (b))是由使用土壤(EM-2)含水率接近最优含水率(19.5%)放入模具中,然后撞击没有分层,如图2 (b)。自然土壤的压实块由没有任何外加剂。塑造adobe是混合着草的质量比约为1%,稻草长度是7 - 10厘米。的压实方向撞击adobe如图1 (b)。多维数据集样本(模制和压缩)的长度100毫米准备独立没有全尺寸的切割块(图1)。全尺寸的块和多维数据集样本治愈之前在实验室的质量块是常数。两个街区的密度测量根据中国标准GBT 2542 - 2012 (29日),展示在表2。

堆叠half-blocks得到后锯切尺寸的块根据中国标准GBT 2542 - 2012 (29日]。在这项研究中,粘结剂的抗压强度的影响没有考虑堆放half-blocks,和half-blocks只是堆放没有任何粘结剂(图1)。

3.3。测试过程

样品的几何尺寸和加载方向为每个测试表中列出3。因为长宽比的变化和不同的生产工艺(压缩)的方向,地球块的抗压强度强烈地依赖于加载方向(13]。因此,必须考虑的荷载方向尺寸的块和多维数据集样本和考虑x -,y -,z -方向(图1)。

堆叠half-blocks,加载方向平行z方向。每组10个样本的准备。进行单轴压缩试验使用的液压机300 kN的能力。在所有情况下,测试以恒定速率0.2 kN /分钟。块之间的接触表面的治疗和承载板可以有很强的抗压强度的影响。因此,为了保证测试结果的可比性,没有具体的限制用于块和样本。

4所示。结果

4.1。全尺寸直接压缩测试块

表4显示模制的抗压强度和直接撞击土坯测量全尺寸块在三个方向:x,y,z。为每个系列的结果,最大、最小值,平均值。反映结果的可变性变异系数用%表示。两种类型的块上的结果表明,加载方向对样品抗压强度有显著影响。这种影响可能直接关系到样品的长宽比与加载方向变化。正如所料,宽高比的增加导致了抗压强度下降由于约束效应。中提供的数据表4表明,模制的砖坯的平均抗压强度介于0.51 MPa (y方向)到1.28 MPa (z方向),撞击的土坯范围从1.41 MPa (x -方向)到1.62 MPa (y方向)。的抗压强度撞击的砖坯的加载方向时无法衡量z方向,之前报道的《et al。13],提出与小样本高度和大的部分区域显示一个增强的约束效果。样品可以逐渐压实下垂直荷载和水平约束,但它是不可能达到击穿点的样本。

中提供的数据表4显示高可变性的抗压强度。两种类型的块,抗压强度增加的可变性与长宽比。与加载y方向,十模制的砖坯的抗压强度测量范围从0.37到0.67 MPa,和十撞击土坯范围从0.82到2.01 MPa。这巨大的变化在地球块的抗压强度是由于这一事实宽高比的增加导致了不稳定的一些样品(数据的失败3 (b)和3 (c))。总的来说,抗压强度的变异性撞击的砖坯是塑造高于砖坯。这可以解释为人工压实导致每个块的密度差异显著。撞击土坯的密度的变异系数为5.3%,高于塑造的土坯(3.7%)。

块压缩试验会导致三种失效模式之一:轴向压缩破坏、剪切破坏、局部破坏,如图3。只在发生剪切破坏和地方失败x -和y加载方向。为z加载方向,所有样本显示轴向压缩失败。

在轴向压缩破坏模式中,轻微的垂直裂缝出现在弱者的一部分样本,然后裂缝扩大。压缩区域分为两个或两个以上的独立承压表面裂缝。由于地球材料的不均匀性,每个承压表面的强度是不同的。一个巨大的裂缝形成沿失败后表面的破坏一些脆弱的承压面,然后样本碾碎或部分不稳定。

与剪切破坏样品,斜裂缝出现,或在扩张过程中垂直裂缝逐渐倾斜。产生的剪切应力开裂表面促进了裂缝的进一步扩张。最后,裂缝渗透导致样品的剪切破坏。裂缝与剪切破坏样品的数量还不到,在轴向压缩样本,一般来说,有明显的剪切破坏。

为当地的失效模式,当地毁灭性的失败发生在之前的承压面由于承载力不足垂直裂缝的全面发展。在破碎过程中,减少活动支承面积迅速减少样本的承载力。因为它是具有挑战性的,紧凑的角落块制造期间,这个失效模式主要出现在adobe撞击。

表5显示的数量分布失效模式的两个街区计算三个垂直加载方向(x,y,z)。加载方向对块的失效模式具有重要的影响:加载中x -和y更容易的方向导致块剪切破坏和地方损坏。加载的z方向可以确保样品的轴向压缩破坏。

4.2。压缩测试数据集样本

多维数据集样本在不同加载方向显示轴向压缩失败。多维数据集的初始裂纹出现在角落。立方体的角落了,许多表面垂直裂缝出现故障发生时(图4)。

表6显示模制的抗压强度和压缩数据集样本测量在三个方向:x,y,z。为每个系列的结果,最大、最小值,平均值。反映结果的可变性变异系数用%表示。

塑造的结果数据集在不同加载方向显示较低的平均抗压强度为多维数据集样本比块水平。抗压强度的减少主要是由于宽高比的增加从0.67(块铺设水平)到1(立方体)。对压缩数据集样本,样品的抗压强度测定随着宽高比的增加从0.25(块铺设水平)到1(立方体)。表6显示压缩的立方体抗压强度的依赖于加载方向,但是加载方向上没有显著的模制立方体抗压强度的影响。型数据集,抗压强度三个加载方向之间的差异很小,和三个加载方向的抗压强度比x:y:z= 1.06:0.98:1。的变异系数为塑造立方体抗压强度测量样品在不同加载方向范围从9.1%到10.2%,低于塑造土坯的水平(11.4%)。压缩数据集样品的抗压强度测量的x -和y方向都不到的测量z方向,三个加载方向的抗压强度比x:y:z= 0.87:0.89:1。抗压强度的变化来衡量的x -和y方向也更大的比z方向。

4.3。压缩测试Half-Blocks不利

两种堆叠half-blocks都表现出轴向压缩失败。的初始裂缝出现在接触表面两个街区,紧随其后的是角落的标本。最后,垂直裂缝穿透了样本,样本的表面剥落(图5)。

表7显示模制的抗压强度和压缩堆叠half-blocks测量的z -方向。为每个系列的结果,最大、最小值,平均值。反映结果的可变性变异系数用%表示。

样品的长宽比显著增加了半个街区叠加,塑造土坯的值和撞击土坯增加了0.67和0.4,分别与块的水平。塑造adobe,宽高比的增加降低了抗压强度从1.28 MPa到0.76 MPa。有趣的是,无法测量的抗压强度撞击adobe成功缓解了半个街区堆积。此外,在堆叠型half-blocks测试,抗压强度的变化相比略有增加,全尺寸测量块水平。这可能是由于不同程度的受损块由于锯。

5。讨论

表8展示了各种类型的平均抗压强度测量样本。获得的结果有显著差异的实验进行全尺寸块在不同加载方向。对于塑造adobe,抗压强度测量之间的比率z方向的测量x -和y分别方向分别为1.7和2.5。这种显著的各向异性的全尺寸成型adobe是由于长宽比的变化和故障模式与加载方向。失效模式的不确定性导致了各向异性系数难以确定准确。撞击adobe,因为全尺寸的长宽比块铺设水平很小(0.25),抗压强度无法衡量。加载方向的变化也会影响之间的相对关系(平行或垂直)加载方向和捣打方向,使各向异性因子的确定更加困难。因此,全尺寸的压缩试验阻塞只适合高纵横比,并确保轴向压缩失败的块,加载方向应平行于厚度方向的街区。

对多维数据集样本,抗压强度的各向异性是削弱。抗压强度的比值来衡量不同的方向接近1。这表明高宽比影响抗压强度可以避免通过测试数据集大小一致的样品,可以比较不同类型的地球块的抗压强度(成型、压缩、挤压)。虽然消除了统一数据集样本大小影响砌块的抗压强度,抗压强度不能分开以来大小的块大小是由生产流程。例如,撞击adobe的最小厚度是用来确定压实的程度,和大量的厚度是用来防止塑造adobe的过度变形。在这个实验中使用的试件都由同一像adobe制造工艺和原材料。在三轴抗压强度的变化方向是相似的。然而,它通常是不可能对现有的传统adobe使用相同的流程和原材料作为块的标本了。《的研究成果13)表明,很难完整的标准尺寸试样块。此外,切割过程中产生的振动会导致损坏块,提高测试结果的离散性。试样的抗压强度与统一的形状和大小是用来代表adobe的强度,这似乎确保测试数据的可比性,但它不是adobe的实力。因此,这个强度试验方法只能用于地球的力量对比材料,不能代表地球块的实力。

使用堆叠half-blocks有效地允许抗压强度测量长宽比小块。这种方法测得的抗压强度反映了块的尺寸效应,使其抗压强度的最现实的价值。然而,产生的振动锯影响测量块的抗压强度。因此,衡量一块高纵横比,最好直接执行测试全尺寸块水平。德国标准(DIN 18945 2013)建议测量块的抗压强度与厚度大于71毫米的全尺寸块水平。模制的砖坯在这项研究中满足这些指导方针,抗压强度是通过直接压缩尺寸的块。然而,它是不合理的指定的厚度的不考虑压缩区。如果物体的截面尺寸非常大,“临界厚度”应适当增加。

相应的抗压强度之间的关系和height-to-thickness比例不同的标本在这个测试是绘制在图6。测试数据的两种类型的adobe标本安装。从图可以看出6各种标本的抗压强度随height-to-thickness比的增加而减小。height-to-thickness比率的影响试样的抗压强度是至关重要的,有不同的箍效应的标本不同height-to-thickness比率。考虑标本的height-to-thickness比率的影响,学者引用了砖的强度转换方法,提出使用强度转换系数来反映height-to-thickness比率在抗压强度的影响。然而,仍有许多争论使用单一转换因子转换不同height-to-thickness比块。首先,地球的大小块密切相关,其制造过程(尤其是对adobe)。比较是毫无意义的后抗压强度系数转换为代表的力量,这只能代表材料的强度。其次,使用单一的力量转换因子只强调height-to-thickness比率的影响试样的抗压强度。不过,它削弱了材料本身的差异。即使height-to-thickness比率的变化是相同的,不同地球材料的抗压强度可能表现出不同的趋势,这一个固定强度转换因子不能反映。因此,当测试地球块的抗压强度,抗压强度值受height-to-thickness比率可以视为一个块的真正实力的一部分,并且没有必要使用转换因子转换它。

6。结论

提出一种简单、标准化和地球块的实际抗压测试方法,本文运用两种传统adobe做出不同的标本进行抗压强度试验。获得以下主要结论,可以用来参考后续研究和设计人员选择地球块的抗压强度测试方法。(1)直接加载沿厚度方向的尺寸的块优先测试地球块的抗压强度。很容易导致nonaxial压缩失败如剪切压缩或局部破坏时全尺寸测试块沿长度和宽度方向的块。同时,用此方法获得的抗压强度有明显的分散,所以它不适合作为地球的强度测试方法。地球nonbrittleness块和箍效应使得它不可能测量厚度小块的抗压强度以及块厚度的方向。然而,这个测试方法测得的抗压强度接近物体的实际强度。因此,建议测试方法应该优先测试地球块的抗压强度。(2)将获得的标准样品全尺寸块不适合地球块的抗压强度的测试。的方法获得的标准样品全尺寸块通过削减造成损害标本,很难准确控制其大小。试样的抗压强度与统一的形状和大小只能反映了材料的强度,但不能代表地球块的实力。(3)它可以有效地解决这个问题,地球小厚度块的抗压强度不能直接测量通过削减一半的全尺寸的块和叠加,但不推荐使用粘结剂两half-blocks债券。含水率较高的粘结剂会导致地球的软化,和丰满的灰缝大大地影响测试人员。因此,不推荐使用粘结剂两half-blocks债券。简单地叠加两个half-blocks操作方便,适合地球块具有良好的表面平滑。(4)当比较地球块的抗压强度时,相关的转换系数height-to-thickness比率的标本不能用于转换抗压强度。不过,应该考虑材料强度的各向异性。撞击adobe的抗压强度显示明显的各向异性。立方体试件的抗压强度垂直于冲压方向平行于冲压方向的约1.3倍。

数据可用性

原始/处理数据用于支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关这项研究的出版物。

确认

这项研究工作是创造性研究科学基金支持的组织中国国家自然科学基金(批准号51478043)和陕西省自然科学基础研究项目(在中国)(批准号2020年jm - 536)。

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