1820

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ПРОЧНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

МАТЕРИАЛОВ, УКРЕПЛЁННЫХ

НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЯЖУЩИМИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по

дисциплине «Технология и организация работ по строительству дорожной

одежды»

Омск – 2011

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального

образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)»

Кафедра строительства и эксплуатации дорог

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ПРОЧНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

МАТЕРИАЛОВ, УКРЕПЛЁННЫХ

НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЯЖУЩИМИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Технология и организация работ по

строительству дорожной одежды»

Составитель: М.В. Исаенко

Омск

СибАДИ

2011

УДК 625.731

ББК 39.311-043

Рецензент канд. техн. наук, доц. Г.И. Надыкто

Работа одобрена научно-методическим советом специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы»,

направления 270100 «Строительство», 270800 «Строительство». Методические указания могут использоваться в учебном процессе для студентов специальностей 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», 271101 «Строительство уникальных зданий и сооружений», 270100 «Строительство» профиль «Проектирование,

строительство и эксплуатация автомобильных дорог и аэродромов», 270800 «Строительство» профиль

«Автомобильные дороги».

Определение прочностных показателей материалов, укрепленных неорганическими вяжущими:

методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Технология и организация работ по строительству дорожной одежды » / сост. М.В. Исаенко. – Омск: СибАДИ, 2011 - 13 с.

В методических указаниях рассмотрен вопрос определения прочностных характеристик грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими (цементогрунтов). Изложены общие понятия и положения, порядок выполнения работы.

Даны характеристики используемых приборов и оборудования. В конце работы приведены контрольные вопросы.

Табл. 4. Ил. 4. Библиогр.: 6 назв.

© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2011

Содержание

Общие сведения и понятия…………..………………………………….4

Определение предела прочности образцов на растяжение при изгибе…….………………………………………………………………..9

Порядок выполнения работы …………………………………………..10 Определение предела прочности на сжатие…………………………...11 Порядок выполнения работы ……………………………………...…...12

Контрольные вопросы…………………………………………………..14

Библиографический список…………………………………………….14

Общие сведения и понятия

Обработанный материал – искусственный материал, получаемый смешением в карьерных смесительных установках песчано-щебёночных, песчано-гравийных, песчано-щебёночно-гравийных смесей, золошлаковых смесей и песка с цементом или другим неорганическим вяжущим и водой и отвечающий в проектные или промежуточные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

Укреплённый грунт – искусственный материал, получаемый преимущественно смешением непосредственно на дороге (с использованием фрез) грунта с цементом или другим неорганическим вяжущим и водой и отвечающий в проектные и промежуточные сроки нормируемым показателям качества по прочности и морозостойкости.

Прочность – свойство материала оказывать в определенных условиях и пределах сопротивление разрушению от различных внешних физических воздействий, сопровождающихся возникновением в нём напряжений. Под действием статических и динамических нагрузок материал разрушается. Условное напряжение при испытаниях на одноосное растяжение (сжатие), равное отношению наибольшей нагрузки Р, предшествовавшей разрушению образца, к первоначальной площади его сечения F, называется пределом прочности.

Прочность обработанного материала и укреплённого грунта в проектном возрасте характеризуют маркой. Соотношение между маркой по прочности и прочностью на сжатие и растяжением при изгибе должно

среднемесячной температурой наиболее холодного месяца – 10 оС и ниже, перед испытанием погружают в воду для водонасыщения на 48 ч. Вначале образцы заливают водой на 1/3 высоты, а через 6 ч – полностью и выдерживают 42 ч.

Прочность образцов обработанного материала или укреплённого грунта в зависимости от вида вяжущего, применяемого для обработки, определяют в следующие проектные сроки:

–28 сут – при использовании портландцемента и шлакопортландцемента, сульфатостойкого и пуццоланового цемента, а также цемента для строительных растворов марок не ниже 400 для покрытий и 300 для оснований;

–90 сут – при использовании комплексных вяжущих марок по прочности в 90-суточном возрасте не менее 100. Комплексное вяжущее состоит из основного компонента и активатора твердения. В качестве основного компонента следует использовать молотые слабоактивные и активные шлаки чёрной металлургии и шлаки фосфорные, основные золы-уноса, бокситовые и нефелиновые шламы;

–180 сут – при использовании активных материалов с удельной поверхностью не менее 150 м2/кг марок по прочности в 180-суточном возрасте не менее 50 (молотые высокоактивные и активные шлаки, фосфорные шлаки; бокситовые и нефелиновые шламы; золы-уноса).

Таблица 1

Примечание. Допускается определять прочность в установленные промежуточные сроки. При этом прочность в промежуточные сроки должна быть не менее 0,5 от нормируемого значения прочности в проектном возрасте.

Допускается прочность образцов обработанного материала или укреплённого грунта определять в следующие промежуточные сроки: 7 сут – для вяжущих I вида, 28 и 90 сут – соответственно для вяжущего III и II видов. Допускается при переходе от одного вида испытания к другому рассчитывать прочность на растяжение при раскалывании RP по формуле

RP 0,5RИЗГК,

где RИЗГ – предел прочности на растяжение при изгибе, МПа (кгс/см2); К = 0,8 – 1,2 – коэффициент, уточняемый при подборе состава на конкретных материалах и зависящий от технических характеристик применяемых материалов и грунтов.

Для определения прочностных показателей материалов, укрепленных неорганическими вяжущими, обычно используют образцы – балочки и цилиндры, сформованные заранее в специальных формах, доводя их до разрушения. Образцы предварительно подвергаются полному или капиллярному водонасыщению в возрасте 28 сут при укреплении грунтов минеральными вяжущими и в возрасте 90 сут при укреплении грунтов золой-уноса с добавкой цемента или извести. Образцы изготавливают точно установленной формы и определенных размеров (табл. 2). Таблица 2

Размеры образцов, используемых при испытании материалов, укрепленных неорганическими вяжущими

В рассматриваемой лабораторной работе испытания проводятся на определение предела прочности на растяжение при изгибе Rизг и на определение предела прочности на сжатие RСЖ цементогрунтовых

Область применения обработанных материалов и укреплённых материалов в слоях дорожной конструкции

В районах, где отсутствуют местные каменные материалы, зачастую используют грунты, укреплённые минеральными вяжущими, в частности, цементом. Перемешивание компонентов выполняют в смесительных установках или на строящемся участке с использованием дорожной фрезы.

После перемешивания смеси в ней происходят реакции гидролиза и гидратации. На 28-е сутки материал, твердеющей при температуре 18 – 20 оС набирает прочность, называемую марочной прочностью. При более низких температурах увеличивается срок набора марочной прочности, а соответственно при более высоких температурах время набора марочной прочности сокращается.

Как правило, нарастание прочности грунта, укреплённого цементом, более интенсивно проходит в первые 5 – 7 сут (порядка 75 – 80 % от марочной прочности) (рис.1). По достижению этого возраста материал набирает прочность, называемую критической прочностью. По достижению этой прочности разрешается движение построечного транспорта. Следовательно, в зависимости от температуры воздуха, набор прочности цементогрунта происходит в разные сроки. Поэтому рекомендуется в 5 – 7 - суточном возрасте проверять значение его прочности.

Рис.1. Схема к определению приведенного возраста материала 20 (t): 100% R28 – марка цементогрунта;

– R28 – заданный процент от значения марочной прочности материала, %

Цель работы: получение практических навыков определения прочностных показателей материалов грунтов, укреплённых цементом.

Используемые приборы и оборудование: испытательная машина для определения предела прочности цемента при изгибе МИИ-100, гидравлический пресс ПСУ-50, электронные весы, линейка.

Определение предела прочности образцов на растяжение при изгибе

Схема испытания образца-балочки на растяжение при изгибе приведена на рис.2, 3.

Рис. 2. Общий вид испытательной машины для определения предела прочности при изгибе МИИ-100

Величина предела прочности при изгибе Rизг (МПа) рассчитывается:

3 Р l

Rизг=2 b h2 ,

где P – нагрузка, предшествующая разрушению образца, МПа; l – расстояние между опорами, см; b – ширина балочки, см; h – высота балочки, см.

Порядок выполнения работы

1.Извлечь балочки из влажной камеры, вытереть мягкой тканью.

2.Уточнить размеры балочек с помощью линейки с точностью до 1 мм и определить массу m балочек, взвесив на весах.

3.Вычислить плотность материала каждой балочки ( m/V ).

4.Установить балочки на опоры прибора МИИ-100 таким образом, чтобы концы балочек выступали от опор на одинаковое расстояние (рис. 3).

Рис. 3. Схема испытания образца - балочки на растяжение при изгибе RИЗГ

5.С помощью зажимного винта (маховичка) прибора МИИ-100 произвести обжатие балочек так, чтобы движущаяся часть прибора отклонилась от нулевого положения не более чем на 1,5 деления.

6.Включить тумблер прибора МИИ-100, при этом начнется нагружение балочки с постоянной скоростью

нарастания нагрузки 5 кгс/с. При нагружении образца в каждый момент на счётчике фиксируется напряжение изгиба в кгс/см2. Довести образец до разрушения. При разрушении балочки прибор автоматически отключается. Если предел прочности образца превышает предельную нагрузку, то перемещение груза автоматически прекращается.

7.Снять показания счетчика, которые соответствуют пределу прочности балочки на изгиб в кг/см2 и занести в журнал измерений (табл. 4).

8.Извлечь разрушенную балочку.

9.Переключением тумблера возвратить движущуюся часть прибора в исходное положение.

10.Установить новую балочку и выполнить операции по пунктам 5 – 9. Испытания производить на 3

балочках.

11.Определить предел прочности на растяжение при изгибе Rизг.

12.Полученные после испытаний на изгиб шесть половинок балочек испытывают затем на сжатие.

Определение предела прочности на сжатие

Схема испытания балочки на сжатие приведена на рис.3. Величина предела прочности при сжатии RСЖ (МПа) определяется:

При испытании образцов на сжатие предполагается, что напряжение равномерно распределено по всей площади поперечного сечения образца. Поэтому, важно обеспечить полное прилегание поверхности образцов к поверхности испытательной машины, через которую передаётся воздействие внешней нагрузки. Поверхности образцов, соприкасающиеся с поверхностью пресса, должны быть ровными и чистыми.

Порядок выполнения работы

1.Половинку балочки поместить между двумя пластинками (рис. 4) таким образом, чтобы боковые грани находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцовой гладкой поверхности образца.

2.Образец вместе с пластинками установить на нижнюю плиту пресса ПСУ-50 в центре.

3.Вращением махового колеса пресса опустить верхнюю плиту пресса так, чтобы зазор между плитой и

4.Установить скорость движения поршня 3 мм/мин и закрыть запорный вентиль. Контрольную стрелку на шкале пресса установить в нулевое положение.

5.Включить электромотор пресса и произвести нагружение образца до разрушения. Отключить пресс.

Рис. 4. Схема испытания образца-балочки на сжатие RСЖ

6.Снять показания контрольной стрелки после разрушения образа и результат записать в табл. 4.

7.Открыть запорный вентиль и привести пресс в исходное положение.

9.Убрать рабочее место.

10.Определить марку образца по прочности при сжатии RСЖ , используя табл. 1 и 2.

Таблица 4

ЖУРНАЛ определения физико-механических характеристик материалов,

укрепленных неорганическими вяжущими

Состав материала ____________________________________________

____________________________________________

Дата изготовления ___________________________________________

Дата испытания ______________________________________________

Контрольные вопросы

1.Что такое обработанный материал?

2.Что такое укреплённый грунт?

3.Что такое прочность материала?

4.Чем характеризуется прочность материала в проектном возрасте?

5.Какие материалы могут использоваться в качестве минерального вяжущего?

6.Какие прочностные характеристики укреплённого грунта определяются в данной работе?

Библиографический список

1.СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 56 с.

2.СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 112 с.

3.ГОСТ 25603-94. Смеси щебёночно-гравийно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия. – М.: 1995. – 13 с.

4.ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности на контрольных образцах. – М., 1990. – 45 с.

5.ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация. – М., 1996. – 30 с.

6.Смеси щебёночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.