Примечание: Укрепление грунтов битумной эмульсией или жидкими битумами для устройства верхних или нижних слоев оснований допускается при стадийном строительстве с обеспечением временного движения автомобильного транспорта по слою укрепленного грунта.
Проектирование оснований и покрытий из грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими материалами (цементом, известью)
Укрепление грунтов цементами
Конструктивные требования. Грунты, укрепленные цементом, рекомендуется применять в конструктивных слоях дорожных одежд, руководствуясь данными табл. 14.
Применение грунтоцемента в покрытиях допускается с обязательным устройством защитного слоя износа в виде двойной поверхностной обработки с обеспечением шероховатой поверхности.
Усовершенствованные облегченные покрытия с применением щебеночных и гравийных материалов, обработанных жидкими битумами или дегтями, допускается укладывать на цементогрунтовое основание в один слой.
При устройстве цементобетонного (монолитного или сборного) покрытия на цементогрунтовом основании должно предусматриваться для выравнивания устройство прослойки из черного или крупнозернистого песка толщиной 3 - 5 см.
Оптимальные дозировки цемента и добавок, обеспечивающие требуемую прочность и водоустойчивость конструктивных слоев дорожных одежд, устанавливаются лабораторным путем, по результатам испытания образцов с различными составами смесей.
Прочность цементогрунтовых образцов, приготовленных в лаборатории, после твердения во влажных условиях, а также другие показатели физико-механических свойств должны удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 15.
При укреплении грунтов цементом с различными добавками грунта (известью, силикатом натрия, хлорным железом, хлористым кальцием и др.) или же с соответствующими для данного вида гранулометрическими добавками технические требования к показателям физико-механических свойств укрепленных грунтов полностью сохраняются и ими руководствуются в зависимости от категории лесовозной дороги и принятого расчетного модуля деформации.
Таблица 15
Требования к образцам из грунтоцемента
|
Наименование испытаний |
Единица измерения |
Значение показателей |
||
|
|
|
для магистралей I и II категории |
для магистралей III категории |
для веток и усов |
|
Модуль деформации водонасыщенных образцов |
кг/см2 |
Не менее 1500 |
Не менее 1000 |
Не менее 500 |
|
Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов: |
|
|
|
|
|
в возрасте 28 сут. |
« |
Не менее 40 |
Не менее 20 |
|
|
в возрасте 7 сут. |
« |
Не менее 20 |
Не менее 12 |
Не менее 6 |
|
Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов после испытания на замораживание-оттаивание (для образцов в возрасте 28 сут.) |
« |
Не менее 30 |
Не менее 15 |
Не менее 3 |
|
Водонасыщение после испытания на замораживание-оттаивание в % по весу (сверх оптимальной влажности) |
% |
Не более 2 |
Не более 4 |
Не испытывается |
|
Коэффициент уплотнения, определяемый по отношению к оптимальной плотности |
|
Не менее 0,98 |
Не менее 0,98 |
Не менее 0,95 |
|
Влажность смеси при перемешивании и уплотнении |
Не должна отличаться от оптимальной влажности больше чем на ± 2 % |
При этом учитывают, что при рациональном выборе добавок оптимальная дозировка цемента в некоторых случаях может быть снижена на 25 - 40 % от дозировки, применяемой без внесения перечисленных выше активных веществ.
Цементогрунтовые основания и покрытия устраивают в один или два слоя в зависимости от расчетной толщины, учитывая, что толщина каждого слоя должна быть не менее 10 см и не более 20 см в плотном теле.
Требования к материалам. Грунты. Помимо общих требований, изложенных в начале главы, грунты, укрепляемые цементом, должны отвечать следующим дополнительным требованиям:
а) иметь влажность на границе текучести не более 45 %;
б) глины с числом пластичности от 17 до 27 допускается укреплять цементом только в случае применения комплексных методов с введением химических добавок (извести, поверхностно-активных веществ и т.д.).
Карбонатные разновидности глин с числом пластичности до 22 можно укреплять цементом после введения добавок песка, гравия или отходов камнедробления.
Чистые пески или мелкозернистые гравийные или щебенистые смеси, не содержащие глинисто-пылеватых фракций, допускается укреплять цементом после предварительного введения в них добавок суглинистых грунтов, отходов камнедробления или же добавок золы-уноса (отходов тепловых электростанций, работающих на буром угле или торфе).
Добавка в несвязные грунты (пески, гравий) тонких фракций, играющих роль мелкого заполнителя, существенно снижает добавку цемента.
Укреплять цементом мелкие одномерные пески (дюнные, барханные и др.) без введения гранулометрических добавок допускается в тех случаях, когда земляное полотно также возводится из песчаных грунтов.
В этом случае дозировка цемента потребуется несколько большая, чем для укрепления грунта оптимального состава.
Наибольшая прочность и погодоустойчивость при наименьшем расходе цемента достигается при обработке грунта оптимального гранулометрического состава.
Искусственное улучшение грунта до оптимального состава добавлением гравийных и песчаных или пылевато-глинистых фракций должно быть обосновано технико-экономическим расчетом.
При обработке грунтов цементом предпочтение отдается карбонатным грунтам, которые приобретают после укрепления более высокую прочность по сравнению с некарбонатными разновидностями.
Гумусовые горизонты дерново-подзолистых и полуболотных почв укреплять цементом не разрешается. При проведении земляных работ гумусовые горизонты почв указанных типов следует удалять или отсыпать в нижние слои насыпей.
Нижние безгумусовые горизонты дерново-подзолистых и полуболотных почв, имеющих кислую реакцию (pH ниже 5,5), допускается укреплять цементом после предварительной нейтрализации их добавкой извести, каустической соды или других щелочных соединений.
Не разрешается укреплять цементом гумусовые горизонты черноземов, содержащих более 6 % по весу гумусовых веществ.
При укреплении цементом бескарбонатных суглинков, глин и гумусированных грунтов с емкостью поглощения более 25 мг-экв на 100 г грунта обязательно вводится добавка извести с целью повышения прочности и долговечности цементогрунта.
Цементы. Портландцементы, шлакопортландцементы и другие их разновидности, применяемые для укрепления грунтов, должны удовлетворять требованиям ГОСТ 10178-62.
При использовании цементогрунта в основании или покрытии во II - III дорожно-климатических зонах следует применять нормальные или алитовые портландцементы марок 400 - 500 и выше со сроком схватывания не менее двух часов. При использовании цементогрунта в нижних слоях оснований, а также в IV и V дорожно-климатических зонах допускается применять портландцементы марки 300 и выше.
В целях повышения механической прочности цементогрунта и уменьшения расхода цемента желательно применять тонкомолотые портландцементы с большой удельной поверхностью, в том числе пластифицированные и гидрофобные цементы.
Потери при прокаливании цементов, применяемых при укреплении грунтов, не должны превышать 2 %. Содержание свободной извести в цементе, применяемом для укрепления грунтов, является желательным и не нормируется.
Активные (химические) добавки применяют:
- при укреплении грунтов, малопригодных или непригодных для укрепления одним цементом;
- при укреплении переувлажненных грунтов;
- при пониженных или отрицательных температурах воздуха (от +5 до -5 °С). Для указанных целей рекомендуются следующие добавки: известь гашеная или молотая негашеная, хлористый кальций, силикат натрия (стекло жидкое), гипс, каустическая сода, а также поверхностно-активные вещества.
Известь гашеную Ca(OH)2 или молотую негашеную CaO используют:
- при обработке грунтов, не рекомендуемых к обработке одним цементом (кислые глины и тяжелые суглинки, а также супеси и пески, имеющие рН менее 6);
- при укреплении солонцов, солончаков и солонцеватых грунтов;
- для обеспечения нормальных условий твердения цемента и повышения прочности и долговечности цементогрунта;
- при укреплении переувлажнённых грунтов с влажностью на 4 - 6 % больше оптимальной; в этом случае вводят негашеную молотую известь, химически связывающую воду.
Применяемая известь должна отвечать требованиям ГОСТ 9179-59 «Известь строительная».
Хлористый кальций рекомендуется применять:
- для проведения работ по укреплению грунтов при пониженной или отрицательной температуре в целях обеспечения возможности размельчения и перемешивания грунта и предотвращения смерзания цементогрунта после уплотнения;
- при устройстве цементогрунтового основания или покрытия в засушливых условиях;
- для обеспечения ухода за цементогрунтом, поскольку хлористый кальций обеспечивает сохранение оптимальной влажности в слое укрепленного грунта;
- при укреплении солонцеватых глин или тяжёлых суглинков в целях микроагрегирования и уменьшения их гидрофильности, а также улучшения условий твердения цементогрунта;
- при укреплении кислых или гумусированных песчаных грунтов.
Кристаллический хлористый кальций должен отвечать требованиям ГОСТ 4141-48, а технический хлористый кальций - ГОСТ 450-58.
Силикат натрия (жидкое стекло) применяют для повышения прочности цементогрунта, ускорения твердения и снижения расхода цемента при укреплении супесчаных и суглинистых грунтов, преимущественно карбонатных разновидностей.
Силикат натрия используется в виде водного раствора, имеющего удельный вес 1,4 - 1,45 г/см3. (ГОСТ 962-41. «Стекло жидкое»).
Гипс строительный применяют при укреплении переувлажненных грунтов (с влажностью на 4 - 6 % больше оптимальной), солонцов и сильно солонцеватых тяжелых суглинков и глин, поскольку гипс при этом улучшает физико-химические свойства названных грунтов и способствует созданию благоприятных условий для твердения цементогрунта.
Гипс должен удовлетворять требованиям ГОСТ 125-57 «Гипс строительный».
Водорастворимые соли - сернокислый магний (MgSO4), сернокислый или углекислый натрий (Na2SO4, Na2CO3) применяют для ускорения процессов твердения, повышения прочности цементогрунта и снижения расхода цемента.
Названные соли должны отвечать требованиям соответствующих ГОСТов:
- ГОСТ 4523-48 «Магний сернокислый»;
- ГОСТ 4166-48 «Натрий сернокислый безводный»;
- ГОСТ 83-63 «Натрий углекислый безводный, каустическая сода»;
- ГОСТ 2263-59 «Натр едкий технический».
Для уменьшения гидрофильности и глинистости жирных грунтов (глин, суглинков) и при укреплении гумусированных грунтов, в целях улучшения их свойств и создания благоприятных условий для твердения цемента, применяют хлорное или сернокислое железо. Хлорное железо в кристаллическом виде должно отвечать требованиям ГОСТ 4147-48, а сернокислое железо - ГОСТ 8148-48 и ГОСТ 9485-60.
В качестве пластифицирующей добавки, способствующей повышению плотности цементогрунта, при уплотнении используют сульфитно-спиртовую барду, отвечающую требованиям ГОСТ 8518-57 «Концентраты сульфитно-спиртовой барды».
Вода. Для приготовления цементогрунта и ухода за ним применяется вода, химически пригодная для питья.
Промышленные, сточные и болотные воды для приготовления и поливки цементогрунта применять не допускается.
Минерализованные природные воды из соленых озер, заливов и водоемов можно применять для приготовления и поливки цементогрунта, если показатели химического состава воды следующие:
общее содержание солей в мг/л - не более 30000;
содержание ионов SO4 в мг/л - не более 5000;
водородный показатель pH - не менее 4.
Проектирование составов смесей из грунтов укрепленных цементом (известью). При проектировании составов смесей в лаборатории, помимо назначения оптимальной дозировки цемента, устанавливают необходимость и целесообразность введения добавок различных химических веществ, а также гранулометрических добавок.
Обязательными лабораторными испытаниями при подборе состава смесей являются:
а) определение физических и механических свойств цемента, а также тонкости его помола по ГОСТ 310-60;
б) определение физических свойств грунта.
Для глинистых грунтов определяют число пластичности и содержание песчаных частиц и по этим показателям классифицируют грунты по приложению 15 «Технических указаний»;
Для несцементированных обломочных грунтов определяют зерновой (гранулометрический) состав ситовым методом и классифицируют эти грунты по разделу Б приложения 15 «Технических указаний»;
в) определение химических свойств грунта - содержание гумуса, карбонатов, гипса, легкорастворимых солей, pH;
г) определение свойств цементогрунтовой смеси - оптимальной влажности и максимальной плотности методом стандартного уплотнения.
Обязательными лабораторными испытаниями цементогрунта (после 28 суточного твердения) являются: плотность при сжатии водонасыщенных образцов, модуль деформации водонасыщенных образцов и морозостойкость (характеризуемая по изменению объема образца и абсолютным значениям величины прочности при сжатии после прохождения заданного числа циклов замораживания-оттаивания).
