Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Укрепление грунтов в дорожном строительстве. Учебное пособие
.pdf
Совмещённые структуры – взаимопроникаюшие
структуры, в микрообъёмах они прерывистые, сменяют
друг друга в небольших объёмах укреплённого грунта.
При небольшом количестве вяжущего возможно образование прерывистой структуры: часть частиц грунта
остаётся неукреплённой, и это снижает прочность слоя
укреплённого грунта. В совмещённых структурах этого не
наблюдается, образуются смешанные структуры.
При добавке в грунт портландцемента и битумной
эмульсии, но с преобладанием портландцемента грунт
приобретает меньшую влагоёмкость, повышенную морозостойкость, меньшую жёсткость, чем цементогрунт. При
большем количестве эмульсии, чем цемента, образуется
кристаллизационно-коагуляционная структура с большей
прочностью, чем коагуляционная.
При комплексном укреплении грунтов жидким битумом и добавками извести или цемента грунт предварительно обрабатывают этими минеральными вяжущими при
соответствующей добавке воды. Раствор образующейся
гидроокиси кальция обеспечивает коагуляцию глинистых
частиц, на поверхности которых создаётся слой, состоящий из катионов кальция и молекул Са(ОН)2. В этих условиях при добавлении битума адгезия в зоне контакта битумной плёнки с частицами или микроагрегатами грунта
проявляется максимально. Имеет место взаимодействие
асфальтогеновых и нафтеновых кислот битума с катионами кальция и образование водонерастворимых кальциевых
солей.
Такой способ дает значительные преимущества, основными из которых являются:
- возможность использования для укрепления мало-
пригодных грунтов (кислых, гумусированных, засолённых,
переувлажнённых);
- снижение расхода основного вяжущего;
51
- повышение структурно-механических свойств укреп-
ленных грунтов;
- уменьшение трудозатрат при измельчении грунта и
перемешивании его с вяжущим.
- удлинение строительного сезона при укреплении
грунта (повышение морозо- и водоустойчивости)
Комплексные методы позволяют направленно регулировать процессы структурообразования с целью повышения прочности и других свойств укреплённых грунтов.
При укреплении грунта цементом в качестве добавок можно использовать известь гашеную или молотую
негашеную, хлористый кальций, гипс и ряд поверхностноактивных гидрофобных веществ (полиакриломид, абиетовую смолу, ферромылонафт и др.). Известь добавляют при
укреплении кислых или солонцовых супесей, суглинков и
глин, имеющих рН ниже 6 с влажностью на 4…6% больше
оптимальной (1…3% по массе).
Хлористый кальций (0,4…0,8% по массе) применяют
при пониженной или отрицательной температуре воздуха,
чтобы ускорить процессы твердения.
Силикат натрия (0,5…2,0% по массе) применяют для
повышения прочности цементогрунта, ускорения его твердения и снижения расхода цемента при супесчаных и суглинистых карбонатных грунтах.
При добавке (0,05% от массы грунта) пиридина в виде водного раствора появляется возможность снизить в 1,5
раза расход цемента. Пиридин и его производные являются
отходами нефтехимической промышленности.
Эффективно применение сырых, в том числе и высокосмолистых нефтей или жидких битумов, 2…3 %.
При укреплении грунтов известью в смесь вводят
силикат натрия или золу уноса, получаемую от сжигания
бурого угля, торфа и каменного угля, в соотношении от 1:2
до 1:5 (золо-известковое вяжущее).
52
При укреплении органическими вяжущими
для улучшения технических и технологических свойств
грунтов, укрепленных:
- жидкими битумами, следует применять портланд-
цемент, шлакопортландцемент, известь, сланцевую золу, золы уноса сухого отбора, золошлаковые смеси
гидроудаления с добавками или без добавок извести,
молотый известняк, молотую опоку с известью;
- битумными эмульсиями, сланцевыми битумами,
каменноугольными вяжущими, — известь, известко-
вую пыль, цемент, золы-уноса;
- другими органическими вяжущими (кроме смолы
карбамидоформальдегидной), — катионактивные и
анионактивные вещества (типа Э-1, кубовые остатки
СЖК, второй жировой гудрон, госсиполовую смолу и
др.).
Для повышения водостойкости укрепляемого грунта
эффективна добавка в битум веществ, способствующих
образованию хемосорбиционных соединений на поверхности грунтовых частиц, насыщенных ионами кальция (или
железа).
Наиболее высокие прочность, водо- и морозостойкость грунтов, укреплённых битумом, получают при добавке в него анионоактивных веществ органических кислот или фенолов, а в грунты – извести.
Назначение и выбор веществ для комплексного
укрепления грунтов при органическом вяжущем проводят
после детального исследования свойств веществ и образцов из битумогрунтовой смеси с добавкой испытуемого
вещества.
Для укрепления грунтов находят применение карбамидно-формальдегидные и другие синтетические смолы с
расходом вяжущего 3…7 % массы грунта.
53
2
4
5, 6, 7
7; 8
1
4
5, 6, 7
7; 8
3
5, 6, 7
7; 8
Схемы дорожных и аэродромных покрытий с кон-
структивными слоями из укреплённых грунтов
а) Для дорог I и II категорий
1 - двухслойное асфальтобетонное покрытие;
2 - однослойное асфальтобетонное покрытие;
3 – цементобетонное покрытие; 4 – чёрный щебень;
5 - основание из цементогрунта;
6 - основание из грунта, укреплённого карбамидофор-
мальдегидной смолой или комплексными методами;
7 - основание из грунтов, укреплённых цементом, карба-
мидоформальдегидной смолой и комплексными методами; 8 – морозозащитный слой из укреплённого грунта
Рис. 4.2 а. Рекомендуемые конструкции дорожных одежд
со слоями из укреплённых грунтов
для дорог I и I категорий
54
б) Для дорог III категории
2
4
5, 6, 7
7; 8
1
4
5, 6, 7
7; 8
2
6
7
8
1; 2
5
8
9
4
5; 6
7; 8
1 - двухслойное асфальтобетонное покрытие;
2 - однослойное асфальтобетонное покрытие;
4 – чёрный щебень; 5 - основание из цементогрунта;
6 - основание из грунта, укреплённого карбамидофор-
мальдегидной смолой или комплексными методами; 7 основание из грунтов, укреплённых цементом, карбамидоформальдегидной смолой и комплексными методами; 8
– морозозащитный слой из укреплённого грунта; 9 –
двойная поверхностная обработка
Рис. 4.2 б. Рекомендуемые конструкции дорожных одежд
со слоями из укреплённых грунтов
для дорог III категории
55
в) Для дорог IV и V категорий дорог
1;2
5
8
9
4
5; 6
7; 8
4
6
7; 8
9
6
7; 8
1 - двухслойное асфальтобетонное покрытие;
2 - однослойное асфальтобетонное покрытие; 4 – чёрный
щебень; 5 - основание из цементогрунта; 6 - основание из
грунта, укреплённого карбамидоформальдегидной смолой
или комплексными методами 7 - основание из грунтов,
укреплённых цементом, карбамидоформальдегидной смолой и комплексными методами,
8 – морозозащитный слой из укреплённого грунта;
9 – двойная поверхностная обработка
Рис. 4.2 в. Рекомендуемые конструкции дорожных
одежд со слоями из укреплённых грунтов для дорог
IV и V категорий
56
4.2. Стабилизация грунтов
В настоящее время в практике дорожного строитель-
ства четко разграничивают две параллельно существующие технологии:
- технологию укрепления грунтов и
- технологию стабилизации грунтов.
Укрепление грунтов и других местных материа-
лов: совокупность мероприятий (внесение вяжущих и дру-
гих веществ, последовательное выполнение всех предусмотренных технологических операций), обеспечивающих
в конечном итоге коренное изменение свойств укрепляемых материалов с приданием им требуемой прочности,
водо- и морозостойкости.
Стабилизация грунтов: технологический процесс
обработки глинистых грунтов стабилизаторами, обеспе-
чивающий улучшение их водно-физических свойств (при-
обретение гидрофобных свойств).
Вопросами укрепления грунтов неорганическими вя-
жущими (цемент, известь, зола-уноса и др.) и органическим (битумы, битумные эмульсии, дёгти, полимерные
смолы и др.) занимались многое научные школы начиная с
20-х годов прошлого столетия. Во всём мире построены и
эксплуатируются дороги, укреплённые вяжущими материалами (в большей части цементом). При безусловных преимуществах этих технологий, анализ результатов их работы показал, что составы на основе цемента отличаются высокой жёсткостью и, соответственно, трещинообразованием. Кроме этого цементогрунты имеют повышенную истираемость, что требует устройства защитного слоя износа.
Известкование грунтов не придаёт им морозостойкость.
Органические вяжущие способствуют развитию колееобразования.
57
Для того чтобы иметь возможность использовать,
например, наиболее распространенные в РФ глинистые
грунты, как известно, обладающие высокой связностью и
прочностью в сухом и ничтожно малой в водонасыщенном
состоянии и являющиеся пучинистыми, требуется обеспечение их долговечности и устойчивости, вне зависимости
от изменения влажности, погодных условий и переменных
нагрузок при движении транспорта. Этого можно достичь
лишь при условии коренного качественного изменения
природных свойств таких грунтов, что достигается использованием стабилизаторов.
Стабилизаторы – это многокомпонентные системы,
содержащие в своем составе вещества (ПАВ, наночастицы,
вяжущие), обладающие свойствами гидрофобизаторов, суперпластификаторов, полимеров и структурообразователей
и применяемые в дорожном строительстве для обработки
грунтов с целью изменения их водно-физических и физико-механических свойств.
Стабилизаторы могут быть различного происхождения, отличаясь по свойствам, но всех их объединяет то, что
они увеличивают плотность, влагостойкость и морозостойкость грунтов, снижая их пучинистость.
Современные стабилизаторы имеют сложные, многокомпонентные составы, включающие:
- кислые органические продукты, суперпластифика-
торы и другие вещества;
- жидкие силикатно-, акрилово-, винил-ацетатные,
стиро-бутадиеновые и полимерные эмульсии;
-низкомолекулярные органические комплексы.
Стабилизаторы могут быть катионо-, анионоактивные и неионогенные.
Каждый конкретный стабилизатор имеет свое индивидуальное название, отражающее специфику страныпроизводителя и особенности применения. Известны ста-
58
билизаторы глинистых грунтов: Ecoroads-DS, ЕН–1
(США), RRP-235 Special (Германия), «Дорзин» (Украина),
«Дортех» (РФ), М10+50 (США).
Технология стабилизации отличается тем, что гли-
нистые грунты обрабатываются только теми видами стабилизаторов, которые не содержат вяжущих как структурообразующих элементов.
Отличительной особенностью стабилизаторов является изменение гидрофильной природы глинистого грунта
на гидрофобную.
Гидрофобизация – изменение природы поверхности
минеральных частиц воздействием на грунт небольшими
дозами поверхностно-активных веществ. Физическая её
сущность заключается в том, что смачиваемость или несмачиваемость грунта находится в зависимости от кристаллической структуры его минералов. Основной причиной смачивания является наличие на поверхности минералов нескомпенсированных энергетически активных центров.
В молекулах ПАВ содержится полярная (гидрофильная) группа и углеводородный (гидрофобный) радикал. Адсорбция ПАВ на поверхности минеральных частиц
приводит к полному или частичному устранению смачивания минералов грунта водой.
Адсорбция разных ПАВ на поверхности одного и то-
го же минерала протекает по-разному. По сорбционной
активности их можно поставить в следующий ряд:
- катионактивные ПАВ (КПАВ,
- неионногенные ПАВ (НПАВ),
- анионактивные ПАВ (АПАВ).
Общая классификация стабилизаторов с уче-
том изложенного имеет вид, представленный на рисунке
4.3, где все производимые в настоящее время стабилизаторы разделены по следующим основным уровням.
59
Рис. 4.3. Общая классификация стабилизаторов
С помощью технологии стабилизации изменяется в
положительную сторону практически весь комплекс водно-физических свойств глинистого грунта. При этом увеличивается его гидрофобность. За счет уменьшения коэффициента фильтрации снижается его водопроницаемость.
Также снижаются, вплоть до полного исключения, пучинистость и набухаемость грунтов. Уменьшается высота капиллярного поднятия и оптимальная их влажность с одновременным ростом максимальной плотности.
Технологию стабилизации следует рекомендовать к
применению для грунтов, укладываемых в рабочем слое
земляного полотна, так как наиболее интенсивно процессы
водно-теплового режима и влагопереноса затрагивают,
главным образом, верхнюю часть земляного плотна до-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]