为什么建土袋房时一定要做泥土测试 / 开普饭

泥土是土袋建筑中最基本的元素。达到最佳的夯土比例大约是30%的粘土和70%的沙土。根据大卫-伊斯顿在《夯土房屋》中的说法，世界上现存最古老的夯土墙都是用这种混合比例的泥土建造的。这就指定了在夯土固化之前，将袋子作为一种临时结构使用，而不是依靠袋子本身的完整性来固定土。

粘土在任何传统土墙建筑混合物的性能中起着主导作用。粘土是来自印欧语基glei的词，意为粘在一起。它被定义为：一种坚固的细粒土，潮湿时可塑，主要由水合硅酸铝矿物组成。它是由岩石的化学分解产生的。

超细颗粒大小的粘土是将所有其他沙子和砾石颗粒粘在一起的胶水，将它们形成一个坚实的砾石基质。粘土对天然土墙的作用就像水泥对混凝土的作用。粘土有一种活跃的动态品质。湿的时候，粘土既粘又滑，干的时候，会被误认为是断裂的岩石。另一方面，沙子和砾石，无论潮湿还是干燥，都保持稳定。

粘土的一个神奇特点是它拥有一种磁性吸引力，使其他成分粘在上面。质量好的粘土可以被认为是有磁性的。粘土的另一个神奇的特性可以在显微镜下看到。在微观层面上，粘土颗粒类似于微小的瓦片，当被操纵时，它们像鱼鳞一样排列，很容易在较粗的沙子和砾石颗粒之间滑动。这有助于在建筑泥土的基质中紧密配合，在微观层面上类似于一个小型的岩石砌筑墙。

然而，并非所有的粘土都是一样的。粘土的品质各不相同，有些粘土比其他粘土更适合建筑。用于筑墙最好的粘土具有相对稳定特性。它们在潮湿时膨胀最小，在干燥时收缩最小。好的建筑粘土可能会膨胀到其干燥体积的一半。非常膨胀的粘土，如膨润土和蒙脱土，在湿的时候可以膨胀到干燥体积的10-20倍。适合造墙的典型粘土是红土质(含铁氧化物和铁氢氧化物)和高岭石。膨胀粘土，如膨润土，被用来衬砌池塘和挡土墙，或者用来密封屋顶。

土袋没有必要知道各种粘土的技术名称。可以通过弄湿粘土并在手中玩弄它来很好地感觉到粘土的质量。合适的粘土会有粘性，会粘在你的手上。高膨胀性的粘土通常有一种粘稠的、几乎是胶状的感觉，而不是感觉光滑而粘稠。合适的粘土也会有塑料感，并且容易成型而不开裂。建造土袋墙，需寻找粘土含量在5%到30%之间的泥土，其余部分由细到粗的沙子和砾石组成——沙土。一般来说，粘土含量超过30%的泥土可能是不稳定的，所以只有对建筑泥土进行实地测试，才能知道它是否适合于建墙。

淤泥被定义为粉碎的岩粉，虽然其颗粒大小比粘土大，比细沙小。但淤泥通常在一定程度上与粘土一起存在。它在使用上与粘土有很大的不同，因为它在结构上是惰性的。它模仿粘土干燥时的粉状感觉，但没有粘土的活性反应。它在潮湿时不会膨胀或变得超级粘稠。淤泥的比例太高会削弱土袋泥土。

在显微镜下，淤泥看起来更像轴承小滚珠，而不是像粘土那样的平板瓦片。它有一种很好的圆滚滚感觉，常沿着河岸沉积下来。自然界的一切都有一个目的。淤泥只是更适合种植花园而不是建墙。淤泥含量过高的土壤应避免使用，或在使用它们建造之前仔细地用粘土和沙子进行配比。用柔软的粉质土壤建造房屋就像用滑石粉建造房屋一样。在某些情况下，添加水泥和石灰作为稳定剂有助于增加粘结和抗压强度。

沙子是由各种类型的岩石分解成松散的砂砾颗粒形成的，颗粒大小不一。沙子是自然形成的，是海岸、河床和沙漠上暴露在地壳上长年侵蚀的结果。碎石场的巨型研磨机也可以人工生产沙子。沙子(和碎石)提供了土墙体积的抗压强度和稳定性。

沙子有不同的品质，其中一些更适合于建墙。粗的，锯齿状的沙子为粘土粘合剂提供更稳定的表面。锯齿状的沙粒更像一个拼图，帮助它们相互锁定。来自花岗岩的沙子通常是尖锐和有棱角的，而来自崩解的砂岩沙子通常是圆形光滑的。

砾石和沙子是由同样的岩石组成的，只是更大一些。它由大小不等的粗糙锯齿状岩石组成，从1 / 4英寸(0.6厘米)到2 - 3英寸(5-7.5厘米)不等。等级良好的土壤含有各种大小的沙子和砾石，最高可达一英寸(2.5厘米)，有助于土袋的结构完整性。沙和砾石是土袋混合料中的骨料，与混凝土混合料中的骨料基本相同。在一个完美的泥土建造里，泥土应该是25- 30%稳定的粘土和70- 75%分级良好的沙土的最佳组合。

罐子试验是一种简单的方法，用于确定泥土混合料中的粘土与沙的比例。从一铲子深度取样，避免任何腐殖质或有机碎屑。(适合土工建筑的泥土必须不含有机物的表土和树叶、树枝、草等碎屑，才能完全夯实。有机物无法与土壤正常结合，随着碎片继续分解，就会形成空洞。)用罐子装满一半的泥土，剩下的装满水。摇晃均匀后让它静置一夜或直到清净。粗糙的沙子会沉到底部，然后是较小的细沙子，最后是淤泥和粘土会在上面。这将显示大约的比率。为了给出一个粗略的估计，大约三分之一到四分之一厚的表层可以被认为是一个合适的泥土混合物。如果泥土之间几乎没有圈定，例如全是沙子/没有粘土或只有一团浑浊的土块，可能需要另找粘土或粗沙来配比泥土，或用一定比例的水泥和石灰来帮助稳定泥土。

一旦我们从罐子测试中知道了泥土比例，就可以做一个土袋样品来观察泥土干燥时的样子，并测试其固化后的强度。观察和感觉可以帮助我们确定是否要用另一种更高的泥土来修正土壤中可能缺少的物质。如果土袋测试后对结构来说是不可用的，也不用害怕。即使是最坏的泥土也可以作为非承重墙填充物。

水在泥土的夯实过程中扮演着重要的角色，泥土将成为结构的基石。在制作样品袋之前，需要确定泥土的理想水分含量。所有的泥土都是独一无二的，它们也各不相同。当使用不同数量的水时，每种泥土的表现也不同。

夯土的含水量传统上是百分之十到十二左右。在一般合适的建筑泥土中，这个百分比的水分感觉相当干燥。它足够潮湿，可以用手捏成一个球，并粘在一起而不出现任何裂缝。一个简单的测试是湿润泥土，让它均匀地渗入整个泥土样本。用手捏住一个土样。接下来，将土球与肩同高，让它掉到地上。如果它碎了，这就近似于10%的含水量。

长期以来，这一直被认为是夯实土墙和压实土砖的最佳水分含量。10%的水分含量可以使典型的夯土泥土混合物被夯实成坚硬的岩石基质，因此被认为是最佳水分含量。在我们的大多数项目中，也遵循了最佳含水率的做法。

以下是一个新发现。可以取一个由17%的粘土、15%的沙土和68%的沙石均匀混合成土样，然后比传统夯土规定10%的含水量多加大约10%的水。其结果是产生了一个干燥后更强但夯时不太压实的成品土块。（去年在天津也曾做过这个测试）

夯土是在低湿度和高压实度下生产的。当混合料中的水分过多时，土就会 "结块"，而不是压实。通常是低水分、高压实度会使砖块更硬。更硬等于更强等等。但使用同样的土壤，几乎是理想含水量的两倍，放在模板里，然后震动（或者用土袋的方式，从上面用夯锤夯实），产生的成品砖的压缩强度比含水量为10%的夯土压缩强度要高。其结论是，所谓的最佳含水率不一定会导致最大的抗压强度。相反，可操作性和结合力是决定性的参数。

制作一些样品测试土袋，是为了最好地了解土壤类型和含水量，在测试条件下观察结果是很好的。在制作测试袋时，从百分之十的标准作为最低参考点开始，尝试改变水的百分比。对于某些泥土来说，百分之十可能仍然是最好的选择。

土是一种简单而又复杂的物质，当你熟悉了它的优点后，就可以凭直觉进行工作。实验是土质建筑的重要组成部分。一旦测试的土袋干了，并且选择了合适的土袋混合物和适合的含水量，土袋建筑就可以开始了。