УЛУЧШЕНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТОВ МЕТОДАМИ ДОБАВОК

Классификация методов. Эти методы предназначены для песчаных или глинистых грунтов и дают возможность сохранять или даже улучшать их свойства за счет упрочнения структуры и ее защиты от воздействия воды. Работу проводят в такой последовательности:

  • 1) в грунты вводят добавки в виде минерального или органического вещества; количество вводимых добавок определяется нормами или лабораторным экспериментом;
  • 2) грунты смешивают с добавками при Уот, укладывают на дороге слоями, каждый из которых уплотняют до оптимальной величины.

В автодорожных работах применяют следующие добавки: 1) гранулометрические; 2) органические; 3) минеральные; 4) комплексные. В табл. 11 приведены добавки, которыми можно улучшать свойства многих дисперсных грунтов.

Добавки для различных видов грунтов

Таблица 11

Добавки

Грунты

Гранулометрические — щебень, гравий, дресва, песок, глинистые грунты

Пески, суглинки, глины

Органические — битумы, мазут, дегти

Пески, супеси, суглинки

Минеральные — цементы, известь

Пески, супеси, суглинки, глины

Химические — СаС12, М§С12, №С1

Супеси, суглинки

Комплексные:

гранулометрические + органика гранулометрические + минеральные гранулометрические + соли органические + минеральные

Супеси, суглинки, глины

Метод гранулометрических добавок. Грунты, предназначенные для насыпей и дорожных одежд, должны иметь оптимальный гранулометрический состав. После укрепления такие грунты имеют, во-первых, оптимальную плотность и, во-вторых, способны оказывать сопротивление нагрузкам в условиях переменной влажности.

Оптимальные по гранулометрическому составу пески и глинистые грунты можно создавать:

  • 1) смешением двух или трех разных грунтов, что формирует грунтовую смесь;
  • 2) введением в улучшаемый грунт определенной гранулометрической добавки.

Грунтовые смеси составляют для конкретных климатических условий, т. е. определенного режима влажности. В природных условиях только супеси в какой-то мере имеют оптимальный гранулометрический состав.

Оптимальную грунтовую смесь составляют, смешивая два (реже три) грунта различного гранулометрического состава. В этой смеси должно быть определенное соотношение песчаных (скелет смеси, оказывающий сопротивление нагрузкам), глинистых (связывающих песчаные частицы друг с другом) и пылеватых (заполняющих поры, что повышает плотность смеси) частиц.

Оптимальные по гранулометрическому составу грунтовые смеси должны иметь определенную пластичность. В районах с избыточным увлажнением она должна быть меньше, в засушливой местности — больше. Из этого следует, что в условиях влажного климата в оптимальных смесях должно быть больше песчаных частиц, а количество глинистых всего 3—10 %. При сухом климате количество глинистых частиц увеличивают (до 15 %).

Гранулометрические добавки используют в целях придания грунтам более высоких механических свойств. Для этого в песок вводят глинистые добавки, а в глинистые грунты — щебень, гравий или песок. Количество вводимых добавок определяют расчетом или по нормативам.

Грунтовые смеси и грунты после ввода гранулометрических добавок тщательно перемешивают, укладывают на дорогу и уплотняют до оптимального значения с помощью специальных дорожных машин.

Метод органических добавок. Грунты, улучшенные органическими добавками, используют в качестве оснований дорожных покрытий и в виде покрытий дорог низших категорий, что наиболее типично для степных районов, где отсутствуют каменные материалы. Органическими добавками можно улучшать свойства песков, суглинков и супесей. Для определения количества добавок, которые необходимо в них вводить, следует изучить гранулометрический и химико-минеральный состав, определить наличие гумуса. В пески вводят добавки в количестве 2—5 % (к весу грунта), в супеси — 6—9 % и в суглинки — 7—10 %.

В качестве добавок используют нефтяные битумы и каменноугольные дегти (последние — редко). До введения добавок грунты измельчают до комочков (агрегатов) размером 2—3 мм и увлажняют до Уот. После введения добавки грунт перемешивают, укладывают на дорогу и уплотняют до оптимальной плотности машинами.

Органические добавки в грунты вводят в жидком (подогретом) состоянии или в виде водных эмульсий. Органика смачивает поверхность частиц и образует пленки. Поверхность частиц при этом адсорбирует составные части битума (асфальтены) и дегтя (свободный углерод).

При обработке некоторых грунтов наблюдается недостаточное прилипание органики к поверхности частиц минералов, особенно таких как кварц и полевые шпаты. Для повышения активности поверхности частиц в грунт предварительно вводят (2—3 % по весу) «активатор» в виде извести. После этого прилипание органики значительно улучшается, и грунт получает необходимую прочность и водостойкость.

Метод минеральных добавок. Свойства грунтов можно улучшать с помощью добавления в них извести и цемента.

Известь в качестве добавок применяется в виде пушонки или известкового теста. Наибольший эффект улучшения свойств дает негашеная известь — кипелка. Известкованием улучшают глины, суглинки и пылеватые супеси. Норма извести составляет 6—12 %. Точное количество устанавливается в лаборатории.

Известь агрегирует разрозненные глинистые частицы, укрепляет старые и создает новые структурные связи, что повышает прочность грунтов, снижает их способность к набуханию и липкости. Пески укреплять известью нецелесообразно, так как в них не образуется никаких структурных связей между частицами.

Способ известкования в целом повышает механическую прочность грунтов незначительно. Морозоустойчивость грунтов остается низкой. В связи с этим при улучшении грунтов на дорогах низших категорий в районах степей и полупустынь известь чаще всего используют в качестве активатора.

Цементы применяют в качестве добавок в целях улучшения свойств песков и глинистых грунтов, которые используют в основаниях дорожных покрытий и в качестве покрытия на дорогах низших категорий обязательно с укладкой на них слоев износа (в виде щебня, обработанного битумом). Лучший эффект дает портландцемент. Для песков его расход составляет 8—10 % по весу, для суглинков — 10—14%. Глины требуют большого расхода цемента.

Цемент вводят в песок (или размельченный глинистый грунт) при Уот, перемешивают, укладывают на дорогу и уплотняют до оптимальной плотности машинами. В грунтах образуются новые кристаллические структурные связи. Процесс твердения цемента проходит довольно медленно, поэтому прочность цементогрунта через 7 сут не превышает 60 % максимальной величины. Этот процесс можно ускорить, если грунты до введения цемента предварительно обработать

СаСЬ-

Цементные добавки повышают прочность грунтов, снижают восприимчивость к переменной влажности, уменьшают набухание, пластичность и способность к размоканию.

Лучшие результаты цементации получают в грунтах оптимального гранулометрического состава, супесях, глинистых грунтах, в которых преобладает поглощенный Са, отсутствует монтмориллонит, количество легкорастворимых солей не превышает 3 % и гумуса — 1 %. Плохо цементируются глины и глинистые грунты, насыщенные обменными катионами, например № и Н.

Метод химических добавок. При улучшении свойств глинистых грунтов различными добавками необходимо, чтобы грунты имели влажность на уровне Уот. Во время дорожных работ сохранить такую влажность в грунтах довольно трудно, особенно в летнее время и в период дождей. В связи с этим для поддержания влажности грунтов на уровне от в летнее время грунты предварительно обрабатывают гигроскопическими солями, которые притягивают к себе пары воды из воздуха и имеют слабую испаряющую способность. Так, например, СаС12, притягивая воду, увеличивает свой вес в 4—5 раз.

Внесение в грунты хлористого кальция или хлористого магния обеспечивает в течение продолжительного времени наиболее благоприятные условия для максимального уплотнения грунтовых смесей, в частности, в результате движения автотранспорта. В таких грунтах в сухое время года практически не происходит пылеобразование.

Метод комплексных добавок. Введение в грунты какой-либо одной добавки (минеральной, органической и т. д.) не всегда дает положительный эффект. Так, цементогрунты — хрупкие, имеют недостаточную морозостойкость и истираемость, битумогрунты — недостаточно прочные, излишне пластичные. Недостатков того или иного метода можно избежать, если одновременно применять несколько методов, или, иначе говоря, комплекс добавок. При этом какая-либо одна добавка является основной, а другие — дополнительными, восполняющими недостатки основной добавки.

Грунты можно активизировать добавками в виде химических веществ (0,5— 1 % веса грунта). После введения их в грунты поверхность минеральных частиц начинает активно взаимодействовать с основными добавками. Это связано с концентрацией этих веществ на поверхности частиц грунта в виде тончайших адсорбционных слоев, которые меняют свойства поверхностей в отношении взаимодействия с водой. Такие химические вещества (едкий натр, углекислый натрий, хлористый кальций, сернокислый магний и др.) получили название поверхностно-активных веществ.

При комплексном укреплении грунтов можно использовать одновременно несколько второстепенных добавок. Так, например, при улучшении свойств песков и глин кроме основной добавки в виде битума можно вводить цемент, известь и поверхностно-активные химические вещества. Каждая дополнительная добавка обеспечивает грунту какое-то свое свойство. После введения основной добавки грунты в целом получают необходимые высокие строительные качества (прочность, водостойкость, морозостойкость и т. д.).

В заключение следует отметить, что современные методы технической мелиорации могут коренным образом изменять и укреплять природные грунты и придавать им необходимые для строительства качества. Многолетние наблюдения за автодорогами и территориями аэродромов, построенных с применением улучшенных грунтов, подтверждают их достаточно высокие эксплуатационные качества.

В дальнейшем более широкое использование улучшенных грунтов в автодорожном и аэродромном строительстве будет зависеть от совершенствования технологий производства работ и от разработок новой высокопроизводительной дорожной техники.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >