МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ (СОЮЗДОРНИИ)

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МЕСТНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ИЗВЕСТНЯКОВ), ОБРАБОТАННЫХ ЦЕМЕНТОМ, В ОСНОВАНИЯХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ МОЛДАВСКОЙ ССР

Одобрены Минавтодором Молдавской ССР

 

 

Москва 1980

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ МЕСТНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ (ИЗВЕСТНЯКОВ), ОБРАБОТАННЫХ ЦЕМЕНТОМ, В ОСНОВАНИЯХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ МОЛДАВСКОЙ ССР. Союздорнии. М., 1980.

Приведены формулы, выражающие зависимость предела прочности при сжатии щебеночных и песчаных смесей от расхода цемента, а также формулы, выражающие связь между пределом прочности при сжатии и пределами прочности при расколе и изгибе, модулем упругости морозостойкостью. На основе этих данных разработаны требования к каменному материалу и к смесям из него.

Дана методика подбора оптимального зернового состава каменных материалов, расхода цемента, определения оптимального количества воды.

Приведены основные положения технологии приготовления смесей, способы устройства оснований и контроля качества производства работ.

Табл. 2.

Предисловие

«Методические рекомендации по применению местных каменных материалов (известняков), обработанных цементом, в основаниях дорожных одежд автомобильных дорог Молдавской ССР», разработанные Союздорнии на основе анализа предшествующих работ, а также экспериментальных исследований смесей из известняков Молдавии, обработанных цементом, и определения физико-механических показателей этих смесей, направлены на развитие действующих нормативных документов.

В настоящих «Методических рекомендациях» приведены методы расчета оптимального зернового состава каменного материала и оптимальной влажности смеси. В результате проведенной работы установлены ориентировочные зависимости прочности материала при сжатии от расхода цемента, зависимости между прочностью материала при сжатии и прочностью при изгибе (расколе), зависимость между прочностью материала при сжатии и модулем упругости. Показаны основные факторы, влияющие на повышение качества строительства оснований дорожных одежд из местных известняков, обработанных цементом.

Данные «Методические рекомендации» позволят более обоснованно подходить к устройству таких оснований дорожных одежд.

«Методические рекомендации» составили инж. Т.А. Ямашева и канд. техн. наук В.С. Исаев.

Отзывы о данной работе просьба направлять по адресу: 143900 Московская обл., Балашиха-6, Союздорнии.

1. Общие положения

1.1. Настоящие «Методические рекомендации» дополняют и развивают отдельные положения ГОСТ 23558-79 «Материалы щебеночные, гравийные и песчаные, обработанные неорганическими вяжущими. Технические условия», СНиП II-Д.5-72 «Автомобильные дороги. Нормы проектирования», СНиП III-40-78 «Автомобильные дороги», «Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа» ВСН 46-72, «Технических условий по устройству оснований дорожных одежд из каменных материалов, не укрепленных и укрепленных неорганическими вяжущими» ВСН 184-75, «Технических указаний по устройству дорожных оснований из обломочных материалов, укрепленных цементом» ВСН 164-69.

1.2. «Методические рекомендации» предназначены для использования при устройстве оснований из известняков Молдавской ССР и других материалов с идентичными характеристиками, обработанных цементом.

1.3. Основанием для проектирования обработанного цементом материала должно быть задание, включающее требования к этому материалу согласно ГОСТ 23558-79, ВСН 46-72 и ВСН 184-75.

2. Требования к материалам, входящим в состав смеси

2.1. Каменные материалы, применяемые при строительстве автомобильных дорог в условиях Молдавской ССР, по зерновому составу должны соответствовать требованиям ГОСТ 23558-79 и ВСН 184-75.

2.2. В качестве крупного заполнителя рекомендуется применять известняковый щебень, отвечающий требованиям ГОСТ 8267-75 «Щебень из естественного камня для строительных работ». Возможность применения щебня, не отвечающего указанным требованиям, определяется лабораторными испытаниями этого материала в обработанных неорганическими вяжущими смесях и на основе технико-экономических обоснований. Испытуемый каменный материал можно использовать, если после обработки вяжущими он будет отвечать требованиям настоящих «Методических рекомендаций».

2.3. В качестве мелкого заполнителя для обработанных смесей необходимо применять пески природные, соответствующие требованиям ГОСТ 23558-79, ВСН 184-75, или пески из отсевов (отходы дробления осадочных карбонатных пород). Содержание в песке из отсевов дробления зерен, проходящих через сито с размером отверстий 0,14 мм, допускается по 40 % по массе. Количество частиц, определяемых отмучиванием, не регламентируется. В песке из отсевов дробления не должно быть комков глины, суглинков и других загрязняющих примесей.

2.4. Для обработки каменных материалов рекомендуется применять портландцемент марки 400 и выше (ГОСТ 10178-78 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия»). Учитывая повышенную водопотребность известняков, рекомендуется использовать пластифицированные цементы или вводить пластификаторы (ССБ) в воду затворения.

2.5. При обработке материалов цементом и для ухода за готовым основанием применяют питьевую воду.

3. Требования к смесям, обработанным цементом

3.1. Согласно ГОСТ 23558-79 и ВСН 184-75, за основной нормативный прочностной параметр обработанных цементом материалов следует принимать предел прочности при сжатии. На основе экспериментальных исследований известняков Молдавии, обработанных цементом, связь между пределом прочности при сжатии Rсж и пределами прочности при изгибе Rри и расколе Rp, модулем упругости Е и пределом прочности после испытания на морозостойкость Rмрз, МПа, рекомендуется определять по следующим зависимостям:

Е = 16(Rсж + 2,87);

Rри = 0,014(Rсж - 2,5);

Rр = 0,014(Rсж - 1,8);

Rмрз = Rсж - 0,46n.

при Rсж = 3 ÷ 10 МПа, n = 0 ÷ 50,

где n - количество циклов замораживания-оттаивания.

3.2. Смеси, обработанные цементом, по прочностным характеристикам должны удовлетворять требованиям табл. 1.

Таблица 1

Марка смеси

Предел прочности образца, МПа, не менее

Модуль упругости образца, МПа, не менее

при сжатии

при изгибе

при расколе

фактический

расчётный

фактический

расчетный

20

2,0

0,2 - 0,5

0,2 - 0,3

0,1 - 0,3

800

400

40

4,0

0,3 - 0,6

0,3 - 0,4

0,2 - 0,5

1100

500

60

6,0

0,4 - 0,8

0,4 - 0,5

0,3 - 0,6

1400

700

75

7,5

0,5 - 0,9

0,5 - 0,6

0,4 - 0,7

1600

800

Примечания: 1. Фактические характеристики определяют по результатам экспериментов.

2. Фактический модуль упругости определен при испытании образца сжатием.

3. Расчетные параметры привезены применительно к расчету по ВСН 46-72.

3.3. Смеси, обработанные цементом, должны быть морозостойкими. Требуемую марку по морозостойкости определяют в зависимости от назначения в конструктивном слое дорожной одежды (верхний или нижний слой основания) и категории автомобильной дороги по ВСН 184-75.

4. Проектирование составов смеси

4.1. Подбор составов смеси с требуемыми параметрами включает:

расчет оптимального зернового состава каменных материалов;

подбор оптимального количества цемента для обеспечения заданной прочности и морозостойкости материала;

подбор оптимального количества воды при заданном количестве цемента для обеспечения максимальной плотности;

расчет производственного расхода материалов, составляющих смесь.

4.2. Для лабораторного подбора состава смеси пробы исходных каменных материалов и вяжущих следует отбирать по методикам соответствующих нормативных документов (ГОСТ 8269-76 «Щебень из естественного камня, гравий и щебень из гравия для строительных работ. Методы испытаний», ГОСТ 8735-75 «Песок для строительных работ. Методы испытаний», ГОСТ 310.1-76 - ГОСТ 310.4-76 «Цементы. Методы испытаний»).

4.3. В случае необходимости (при отсутствии паспорта на исходные материалы или при особых условиях) перед подбором состава смеси необходимо определить физико-механические характеристики исходных каменных материалов и вяжущих в соответствии с действующими нормативными документами. Для этих испытаний необходимо иметь пробу каменных материалов максимальной крупностью 70 мм - не менее 700 кг, крупностью 40 мм - не менее 380 кг, 20 мм - не менее 200 кг, 10 мм - не менее 130 кг; песка - 100 - 200 кг; цемента - не менее 50 кг.

4.4. Для подбора составов смеси и определения ее физико-механических характеристик необходимо иметь каменных материалов с максимальной крупностью 70 мм - не менее 240 кг; крупностью 40 мм - не менее 120 кг; крупностью 20 мм - не менее 30 кг; крупностью 10 мм - не менее 30 кг; песчаных материалов - не менее 3 кг; вяжущего (цемента) - 10 - 20 % массы каменных материалов.

Расчет оптимального зернового состава каменных материалов с непрерывной гранулометрией

4.5. Общий зерновой состав каменных материалов обработанных вяжущими смесей должен вписываться в кривые плотных смесей (см. рис. 1 ВСН 184-75).

4.6. Минимальный размер зерен каменных материалов принимается равным 0,14 мм, максимальный определяется заданием, но не должен превышать 40 мм для обеспечения однородного зернового состава смеси.

4.7. Достаточная плотность смеси достигается при отношении весовых количеств соседних фракций, равном коэффициенту сбега (Kсб = 0,6 ÷ 0,8)

(Отношение размеров зерен соседних фракций равно 2).

В технико-экономическом отношении наилучшие смеси - смеси непрерывного зернового состава с коэффициентом сбега 0,7.

4.8. Для определения общего зернового состава смеси необходимо вычислить зерновые составы ее составляющих. С этой целью каменный материал перед испытанием высушивают до постоянной массы. Из щебня заданной фракции отбирают пробу в соответствии с ГОСТ 8269-76 и просеивают через стандартный набор сит. Аналогично устанавливают зерновой состав песка (высевок).

4.9. После определения зернового состава всех составляющих смеси подбирают процентное содержание щебня и песка в смеси.

По графику (см. рис. 1 ВСН 184-75) выбирают кривую оптимального зернового состава каменного материала (Kсб = 0,7), соответствующую заданной максимальной крупности щебня, и устанавливают количество материала, прошедшего через сито с диаметром отверстий 5 мм, которое будет ориентировочным содержанием песка в смеси; количество материала оставшегося на сите, будет ориентировочным содержанием щебня. Зная ориентировочное процентное содержание щебня и песка в смеси, определяют частные остатки каждого материала (щебня и песка) на каждом сите по формуле:

где Сi - частный остаток щебня (песка) на i-м сите, % массы, в смеси;

ai - то же, в исходном материале;

N - ориентировочное содержание щебня (песка) в смеси, % массы.

Получив частные остатки щебня и песка, суммируют их и получают частные остатки всей смеси.

Подсчитав по частным остаткам полные остатки, определяют полные проходы и строят ориентировочную кривую зернового состава смеси. Затем проверяют соответствие полученной кривой стандартной. При неудовлетворительном совпадении кривых изменяют соотношение между щебнем и песком и повторяют расчет. По результатам проведенного подбора устанавливают требуемый зерновой состав смеси каменных материалов.

Расчет оптимального зернового состава каменных материалов с прерывистой гранулометрией

4.10. Для расчета зернового состава материалов необходимо установить плотность щебня и песка, уплотненных на виброплощадке, а также объем пустот в щебне.

4.11. Для определения плотности щебня в форму-куб со стороной 300 мм для цементобетонных образцов укладывают два слоя (штыкуя каждый слой) испытуемого каменного материала, высушенного до постоянной массы, и уплотняют в течение 1 мин на виброплощадке. Избыток щебня снимают линейкой, после чего форму со щебнем взвешивают.

Насыпную плотность щебня (ρщ, кг/м3) вычисляют по формуле

где q1 - масса формы, кг;

q2 - масса формы со щебнем, кг;

V - объем формы, м3.

Насыпную плотность песка ρп определяют аналогично.

4.12. Объем пустот в щебне определяют в сосуде вместимостью не менее 10 л (объем и масса известны), в который насыпают в два слоя (штыкуя каждый слой) каменный материал, предварительно подвергшийся насыщению водой в течение 2 ч. Затем в течение 1 мин щебень уплотняют на виброплощадке. Избыток материала снимают линейкой. Сосуд с уплотненным щебнем взвешивают (q3), наполняют до краев водой и снова взвешивают (q4). Объем пустот вычисляют по массе налитой воды:

  G = q4 - q5,

где Vпуст - объем пустот, %;

Vв - объем налитой воды, м3;

Vс - объем сосуда, м3;

G - масса налитой воды, кг;

ρ - плотность воды, кг/м3.

Необходимое количество песка для заполнения пустот прямо пропорционально объему этих пустот.

Соотношение между объемом щебня и объемом пустот в процентах определяет требуемое содержание щебня и песка в смеси.

Подбор оптимального количества цемента в смеси для обеспечения заданной прочности и морозостойкости материала