Совершенствование методов контроля удобоукладываемости грунтов, укрепленных минеральными вяжущими
В настоящее время удобоукладываемость укрепленных грунтов и материалов различных типов микроструктур косвенно оценивается оптимальной влажностью. Однако, если для укрепленных грунтов коагуляционной микроструктуры этот метод справедлив на протяжении всего технологического периода устройства из них конструктивных слоев дорожных одежд, то использование данного метода для оценки удобоукладываемости грунтов укрепленных цементом (с кристаллизационной структурой), не всегда оправдан и не позволяет проследить изменение подвижности смеси во времени.
По плотности укрепленных грунтов во времени, определяемой с помощью методов стандартного уплотнения, проследить кинетику перехода одной структуры в другую также не представляется возможным. Так, в период времени от начала ввода воды в пескоцементную смесь до начала схватывания цемента плотность образцов, уплотненных на приборе стандартного уплотнения, снижается всего на 0,5 %. Такое же снижение плотности имеет место и при анализе образцов, уплотненных в момент начала и конца схватывания цемента. Плотность же суглинка, укрепленного 10 % цемента, постоянная, в независимости от времени уплотнения образцов с момента введения в смесь воды до конца схватывания цемента, т.е. метод стандартного уплотнения позволяет достичь одинаковую плотность образцов укрепленных грунтов как в момент коагуляционной структуры, так и при формировании кристаллизационной структуры минерального вяжущего. Это обстоятельство не дает возможности (тем более оперативно) проследить с помощью данного метода переход коагуляционной структуры в конденсационную (кристаллизационную) анализируемых материалов, а следовательно, их фактическую удобоукладываемость во времени, позволяющую назначать класс катка по линейной нагрузке при определенной степени уплотнения. Зачастую при выходе катка на основание из укрепленного грунта оптимальной влажности (в соответствии с технологическим регламентом) он «тонет» в смеси, а методов, оценивающих время начала уплотнения и необходимую линейную нагрузку, не существует.
Характеризовать во времени удобоукладываемость укрепленных грунтов, в силу особенностей их структурно-механических свойств, по подвижности (жесткости) с помощью конуса (прибора Вебе) по ГОСТ 10181-2000 не представляется возможным по следующим причинам:
- рекомендуемые стандартом нагрузки на диск прибора Вебе недостаточны, чтобы раздавить агрегаты глинистых грунтов и обеспечить появление в отверстиях диска цементного молока;
- для смесей из песчаных грунтов сложность оценки жесткости состоит в том, что в отверстия диска прибора Вебе при вибрации поступает не цементное молоко, а пескоцементная смесь.
Оперативно контролировать удобоукладываемость (подвижность) и проследить кинетику нарастания кристаллизационной структуры песчаных и глинистых грунтов, укрепленных минеральными вяжущими, во времени можно с помощью конического пластометра.
Подвижность укрепленных грунтов (при допустимых СНиП 3.06.03-85 влажностях, обеспечивающих плотность не менее 0,98 от стандартной), оцененная с помощью стандартного конуса (рис. 31) по ГОСТ 5802-86, соответствует подвижности растворной смеси марки ПК 1 (рис. 32).
Рис. 31. Стандартный конус для определения подвижности растворной смеси
Подвижность пескоцементной смеси по истечении времени от начала затворения водой до начала схватывания цемента (3 ч) снижается в 1,5 раза, а к концу схватывания цемента (6 ч) - в 2,5 раза (рис. 33).
До момента начала схватывания цементного теста смесь характеризуется коагуляционной структурой и с помощью конуса определяется предельное напряжение сдвига. В коагуляционно-кристаллизационных структурах, какими можно характеризовать грунты, укрепленные минеральными вяжущими, в период времени от начала до конца схватывания при погружении конуса возникают также явления смятия, что в значительной степени повышает пластическую прочность, рассчитываемую по формуле П.А. Ребиндера
| Pm = K·F/h | (2) |
где К - константа, зависящая от угла конуса при вершине (при угле, равном 30°, К = 0,955);
F - нагрузка, действующая на конус, кгс;
h - глубина погружения конуса, см.
Рис. 32. Зависимость глубины погружения конуса от влажности грунта (в долях от Wопт): 1 - песок + 5 % цемента; 2 -то же, + 10 % цемента; 3 - то же + 15 % цемента; 4 - песок
Так, пластическая прочность анализируемой смеси к моменту начала схватывания увеличивается в 1,9 раза по отношению к пластической прочности пескоцемента сразу после введения воды, а к концу схватывания цементного теста - в 6 раз.
По глубине погружения конуса (пластической прочности) можно характеризовать степень уплотнения основания (рис. 34). Являясь функцией плотности укрепленных грунтов, глубина погружения конуса в данном случае - критерий оценки коэффициента уплотнения.
Таким образом, анализируя результаты проведенных исследований, удобоукладываемость (пластичность) укрепленных грунтов, двухкомпонентная структура которых состоит из песчаных и (или) глинистых частиц и цементного теста, следует оценивать с помощью стандартного конуса. По глубине погружения конуса (пластической прочности) можно подбирать требуемую пластичность (удобоукладываемость) смеси, судить о начале и окончании ее уплотнения, а также определять фактическую плотность конструктивного слоя из укрепленного грунта.
Рис. 33. Временная зависимость глубины погружения конуса:
1 - песок + 5 % цемента; 2 - то же, + 10 % цемента; 3 - то же, + 15 % цемента
Рис. 34. Зависимость глубины погружения конуса от плотности пескоцемента
Помимо определения удобоукладываемости с помощью стандартного конуса можно оперативно назначать количество осушающей добавки в переувлажненные грунты (рис. 35). В данном случае за требуемое количество добавки (извести, цемента и т.п.) принимают то, которое снижает погружение конуса в переувлажненный грунт до значений подвижности смеси марки ПК1.
Рис. 35. Зависимость глубины погружения конуса от количества осушающей добавки в переувлажненном грунте: