Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Укрепление грунтов в дорожном строительстве. Учебное пособие
.pdf
Гумусовые горизонты дерново-подзолистых и полуболотных почв укреплять органическими вяжущими не
допускается.
С целью снижения расхода вяжущего, повышения
показателей физико-механических свойств укреплённых
грунтов вводят гранулометрические добавки: отходы камнедробления, золы-уноса, золошлаковые смеси, естественные грунты, материалы дробления и фрезерования старых
дорожных одежд.
3.3. Требования к вяжущим материалам и добавкам
Для приготовления смесей применяют:
- нефтяные дорожные вязкие битумы (в том числе и
вспененные);
- жидкие дорожные битумы;
- битумные дорожные эмульсии.
Для приготовления укреплённых грунтов применяют:
- битумы нефтяные дорожные жидкие с вязкостью
не более 100 с;
- битумные дорожные эмульсии;
- допускается применение других органических вя-
жущих: вспененные битумы, карбамидоформальдегидные
смолы, битумные пасты, высокосмолистые нефти, полимерные эмульсии.
Для устройства несущих слоёв оснований использование жидких битумов без активных добавок не допускается.
В качестве активных минеральных добавок для смесей и укреплённых грунтов применяют портландцемент и
шлакопортландцемент, золу-уноса, известь.
41
В качестве активных добавок к битуму применяют
Вид грунта
Ориентировочный расход вяжущего,
(% массы смеси/кг)
жидкого
нефтяного
битума
битумной эмульсии
(по содержанию би-
тума), вспененного
битума
Крупнообломочные оп-
тимального состава, пески
крупные и средние
3-5
66-110
3-5
66-110
Крупнообломочные не-
оптимального состава,
пески мелкие, пылеватые
4-6
88-130
4-6
88-130
Супеси тяжёлые, су-
глинки лёгкие
5-8
110-180
5-7
110-160
Суглинки тяжёлые,
Глины песчаные и пы-
леватые
8-10
180-220
-
поверхностно-активные вещества (ПАВ) или продукты,
содержащие ПАВ,
Таблица 3.5
Оптимальное содержание вяжущего и воды в составе
укреплённых грунтов устанавливают методом подбора.
Ориентировочные значения дозировок основного вяжущего материала для укрепления некоторых видов грунтов
приведены в табл. 3.5.
3.4. Область применения грунтов, укреплённых
органическими вяжущими
Грунты, укреплённые органическими вяжущими, в
основном применяются при строительстве дорог IV-V категорий и зависимости от интенсивности движения. В основном эти материалы используются в слоях основания
дорожной одежды:
42
- при интенсивности движения 2000 и менее авт/сут
Вид материала
До-
рожноклима-
тиче-
ская
зона
Интенсив-
ность воз-
действия
расчетной
нагрузки,
ед./сут
Конструктивный слой
Покры
тие
Основание
Не-
су-
щая
часть
Дополни
тельные
слои
Смеси органоминеральные:
- с жидкими органи-
ческими вяжущими
II-V
350 и менее
+ + +
- с жидкими органи-
ческими вяжущими
совместно с минеральными
II-V
1000 и менее
350 и менее
- + - + +
+
- с вязкими, в том
числе эмульгированными органическими
вяжущими
II-V
2000 и менее
1000 и ме-
нее
500 и менее
-
-
+
+
+
+
+
+
– для дополнительного (морозозащитного) слоя основания с использованием органических вяжущих с минеральными добавками и без них; При такой интенсивности
движения для несущего слоя основания можно использовать органоминеральные смеси или грунт на вязких битумах с добавкой минерального вяжущего;
- при интенсивности движения 1000 и менее авт/сут
смеси и укреплённый грунт можно применять для несущего слоя основания; для устройства несущих слоёв осно-
ваний использование жидких битумов без активных добавок не допускается.
Для устройства покрытия эти материалы применяют
при малой интенсивности движения – менее 500 авт/сут,
на вязких битумах, менее 350 авт/сут – на жидких битумах; в всех случаях - с добавлением минерального вяжущего вещества.
Таблица 3.6
43
Продолжение таблицы 3.6
- с вязкими, в том
числе эмульгированными органическими
вяжущими совместно с минеральными
II-V
2000 и ме-
нее
500 и менее
-
+
+
+
+
+
Укреплённые грунты:
Грунт, укрепленный
жидким, вспененным
или эмульгированным битумом
IV, V
1000 и менее
- + +
Грунт, укрепленный
жидким, вспененным
или эмульгированным битумом с добавкой минерального вяжущего,
I-V
II-V
Св. 2000
350 и менее
- + + + +
+
Примечание - Применение укрепленных грунтов для аэродромов устанавливают в соответствии с нормативными документами*.
Подробнее область применения смесей и укреплен-
ных грунтов смотрите в табл. 3.6.
3.5. Процессы, происходящие при укреплении
грунтов органическими вяжущими
При укреплении грунтов органическими вяжущими
формируется структура, возникающая при соприкосновении агрегатов частиц между собой через тонкие прослойки
жидкости – дисперсные среды, обладающая относительно
малой прочностью, ярко выраженной пластичностью, предельной тиксотропностью. Грунты, укреплённые органическими вяжущими, характеризуются достаточно высокой
водо-и морозостойкостью.
44
При укреплении грунтов битумами на разделе твёрдой и жидкой фаз протекают сложные процессы, зависящие от состава и свойств грунта и битума:
- адсорбция высокомолекулярных компонентов орга-
нического вяжущего поверхностью тонкодисперсных частиц грунта;
- фильтрация низкомолекулярных компонентов вя-
жущего вглубь тонкопористых частиц грунта;
- склеивание отдельных частиц и агрегатов грунта
вяжущими;
- заполнение пустот между частицами объёмным
(свободным) вяжущим.
Грунты, обработанные битумом имеют агрегатнопористое строение, образующееся вследствие неравномерного распределения вяжущего в массе грунта, а также
наличия замкнутых макропор, наполненных воздухом. При
химическом взаимодействии поверхностных частиц грунта
с карбоновыми кислотами, входящими в состав битума,
образуется плотный и необходимый гидрофобный слой.
Эта химическая связь необходима при укреплении глинистых видов грунтов: супесей и особенно суглинков и глин.
Обеспечение максимальной прочности и водостойкости достигается при оптимальном количестве органического вяжущего и воды. С увеличением дозировки вяжущего сверх оптимального происходит резкое уменьшение
прочности и теплостойкости укреплённого грунта.
Применение битумных эмульсий позволяет использовать вязкие битумы, производить обработку эмульсией
влажных грунтов без подогрева при температуре воздуха
до 5ОС. Грунты, обработанные эмульсией, обладают более
высокими показателями свойств, чем грунты, обработанные жидкими битумами: большей прочностью, водо- и
теплостойкостью. Применение соответствующей минералогическому составу грунта (кремнезёмистого или карбо-
45
натных материалов) эмульсии (в основном катионную)
обеспечивает прочное сцепление битума с поверхностью
минеральных частиц.
Для укрепления песков различного состава, супесей,
лёгких и тяжёлых суглинков находят применение карбамидоформальдегидные, карбамидные, акриловые синтетические смолы. В этом случае за счёт химических сил сцепления формируются структуры, отличающиеся высокой
прочностью, повышенной водо- и морозостойкостью, но и
хрупкостью, неспособностью к остаточным деформациям
и полным отсутствием тиксотропных свойств.
Контрольные вопросы
1. В чём различие между органоминеральными смесями и
укреплённым грунтом при укреплении грунтов органическими
вяжущими?
2. Какие требования предъявляются к минеральной составля-
ющей при проектировании органоминеральных смесей?
3. Какие требования предъявляются к органоминеральным сме-
сям, предназначенным для оснований дорожных одежд?
4. Какие требования предъявляются к органоминеральным сме-
сям, предназначенным для покрытий дорожных одежд?
5. Какие требования предъявляются к укреплённым грунтам?
6. Какие минеральные материала применяются для органоми-
неральных смесей, и какие требования предъявляются к ним?
7. Какие минеральные материала применяются для укреплён-
ных грунтов, и какие требования предъявляются к ним?
8. Какие вяжущие материала применяются для органомине-
ральных смесей, и какие требования предъявляются к ним?
9. Какие вяжущие материала применяются для органомине-
ральных смесей, и какие требования предъявляются к ним?
10. Для каких слоёв дорожной одежды применяются грунты,
укреплённые органическими вяжущими и от чего это зависит?
11. Какие процессы происходят при укреплении грунтов орга-
ническими вяжущими?
46
4.Комплексное укрепление и стабилизация грунтов
4.1. Комплексное укрепление грунтов
При укреплении грунтов вяжущими происходят физи-
ко-механические, химические и физико-химические процессы, в результате которых формируется прочный и морозостойкий дорожно-строительный материал.
Физико-механические процессы -
размельчение грунтовых структурных агрегатов (в
основном глинистых грунтов) до установленного размера
представляет первую и весьма важную задачу;
удаление из массы укрепляемого грунта крупных
гравийных или щебёночных фракций;
точное дозирование вяжущих и добавок других ве-
ществ;
равномерное распределение и перемешивание грунта
с вяжущими и другими материалами, максимальное
уплотнение укреплённых грунтов.
Химические процессы – гидратация цементных зёрен,
твердение продуктов гидратации и их новообразований,
взаимодействие с различными другими реагентами.
Физико-химические процессы – обменное поглоще-
ние отдельных составных частей продуктов гидратации
цемента (Са2+, Са(ОН)2 и др.) тонкодисперсной частью
грунта или других активных веществ. При этом на поверхности раздела грунт-вяжущее частицы грунта за счёт поверхностных сил формируют ориентированные слои, обладающие повышенной плотностью и прочностью. Возможна также необратимая коагуляция глинистых и коллоидных частиц, их микроагрегирование.
Структура и свойства укреплённых грунтов взаимо-
связаны и взаимообусловлены между собой. В физикохимической механике дисперсных систем (материалов)
47
выделяют три типа пространственных структур: кристаллизационную, конденсационную, коагуаляционную.
Рис. 4.1. Типы контактов:
а – кристаллизацонный;
б – конденсационный; в – коагуляционный
При укреплении грунтов неорганическими вяжущими
формируется наиболее прочная кристаллизационная
структура, возникающая при сращивании кристалликов
новой твёрдой фазы. Кристаллизационные структуры характерны тем, что они вначале развиваются на основе коагуляционных структур путём выкристаллизовывания из
растворов вновь образованных гидратов, срастающихся в
прочный монолит в процессе своего роста и упрочняющихся с увеличением времени твердения.
При укреплении грунтов органическими вяжущими
формируется коагуляционная структура, возникающая
при соприкосновении агрегатов частиц между собой через
тонкие прослойки жидкости – дисперсной среды. Коагуляционные структуры отличаются от кристаллизационных
следующими свойствами: относительно малой прочностью, ярко выраженной пластичностью, предельной тиксотропностью, высокой эластичностью.
При укреплении грунтов синтетическими смолами
(например, карбамидной) в результате химических сил
сцепления формируются конденсационные структуры.
Эти структуры отличаются высокой прочностью,
хрупкостью, упругостью, не способны к остаточным деформациям и характеризуются полным отсутствием тиксотропных свойств.
48
Приведённые выше три типа пространственных
структур охватывают круг самых разнообразных по составу и свойствам дисперсных тел. Однако такое деление в
настоящее время является недостаточным, так как оно не
охватывает структуры, возникающие при комплексном
укреплении грунтов.
Первоначально комплексные способы укрепления
грунтов были основаны на применении, кроме основного
минерального или органического вяжущего, вяжущего
другого вида, а также при необходимости добавок различных поверхностно-активных веществ. В настоящее время
комплексным укреплением грунтов считается применение
вяжущих материалов и стабилизирующей добавки (см.
раздел ниже «Стабилизация грунтов»). Комплексные методы позволяют направленно регулировать процессы
структурообразования с целью повышения прочности и
других свойств укреплённых грунтов.
Поэтому для грунтов, укреплённых комплексными
вяжущими, возникла необходимость в выделении структур
смешанного типа: кристаллизационно-коагуляционной,
конденсационно-коагуляционной и др.
Например, при добавке в грунт портландцемента и
битумной эмульсии, но с преобладанием цемента, формируется коагуляционно-кристаллизационная структура. В
случае превалирования битумной эмульсии над цементом,
формируется кристаллизационно-коагуляционная структура. Свойства таких материалов будут весьма различны.
При комплексном укреплении грунта карбамидной
смолой и битумной эмульсией (в случае преобладания дозировки карбамидной смолы над дозировкой битума) образуется бинарная коагуляционно-конденсационная структура. При добавлении двух указанных вяжущих и преобладании дозировки битума над карбамидной смолой образуется бинарная конденсационно-коагуляционная структура.
49
Проф. В.М. Безрук применительно к укреплённым
Группа
Преобладание
структуры
Тип структуры
I
Преобладание
кристаллизаци-
онной структуры
I1 - кристаллизационная
I2 - коагуляционно-
кристаллизационная
I3 – конденсационно-
кристаллизационная
II
Преобладание
коагуляционной
структуры
II1 - коагуляционная
II2 - кристаллизационно-
коагуляционная
II3 - конденсационно-
коагуляционная
III
Преобладание
конденсационной структуры
III1 - конденсационная
III2 - кристаллизационно-
конденсационная
III3 - коагуляционно -
конденсационная
грунтам разнообразные типы структур объединил в три
группы (табл. 4.1).
В I группу вошли укреплённые грунты с кристаллиза-
ционной моно- и бинарной структурой, но с преобладанием в ней кристаллизационной структуры над коагуляционной или конденсационной.
Во II группу вошли укреплённые грунты с коагуляци-
онной моно- и бинарной структурой, но с преобладанием в
ней коагуляционной структуры над кристаллизационной
или конденсационной.
В III группу вошли укреплённые грунты с конденсаци-
онной моно- и бинарной структурой, но с преобладанием в
ней конденсационной структуры над коагуляционной или
кристаллизационной.
Таблица 4.1
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]