Методика испытания грунтов и материалов на морозоустойчивость

В лабораторных условиях пригодность грунтов и материалов для устройства морозозащитных слоев устанавливают на основании результатов промораживания образцов, в процессе которого измеряют деформации морозного пучения. Показатель пригодности К_пуч, т.е. коэффициент пучения грунта или материалов представляет собой выраженное в процентах отношение вертикальной деформации пучения к первоначальной высоте образца.

Условия испытания, характерные для работы грунтов и материалов в морозозащитных слоях дорожных одежд, установлены, исходя из следующих соображений:

а) средняя скорость промерзания земляного полотна автомобильных дорог колеблется от 1-1,5 см/сут. для II и III дорожно-климатических зон Европейской части территории СССР и до 1,5-2,5 см/сут. для Сибири, а также Северного Казахстана и горных районов IV-V дорожно-климатических зон. Для обеспечения таких скоростей промерзания в лаборатории испытания ведут соответственно при температуре воздуха в камере от минус 3 до минус 5° С или от минус 5 до минус 8° С. При этом более низкие температуры принимаются для районов с более суровым континентальным климатом;

б) влияние давления вышележащих слоев на вспучивание материала при промерзании и влияние глубины расположения грунтовых вод ориентировочно учитывают умножением коэффициента пучения К_пуч.л, получаемого в результате лабораторных испытаний, на коэффициенты К_нагр и К_угв, определяемые по графикам (рис. 18 и 19);

Рис. 18. Зависимость коэффициента К_нагр от глубины h_п промерзания от поверхности покрытия:

1 - супесь тяжелая и пылеватая, суглинок, глина; 2 - песок, супесь

в) испытываемый материал уплотняют до коэффициента уплотнения равного 0,98-1 от максимальной плотности при оптимальной влажности;

г) грунты и материалы, предназначенные для устройства морозозащитных слоев на местности 3-го типа по условиям увлажнения, испытывают при неограниченном подсосе влаги во время промораживания. Для условий 2-го типа местности испытания проводят также при возможности неограниченного подсоса воды, но за коэффициент пучения К_пуч в этом случае принимают 0,6 от полученной в опыте величины.

Примечание. Грунты, укрепленные добавками, образующими жесткие связи между частицами (цемент, известь и т.п.), необходимо проверять, помимо вспучивания, также и на морозостойкость, т.е. на сохранение структуры в процессе повторных промораживаний.

Испытания проводят в цилиндрической форме (рис. 20), состоящей из отдельных стальных колец, имеющих пазы, с помощью которых кольца соединяют друг с другом. Пазы сделаны с допусками, позволяющими кольцам свободно перемещаться по вертикали при промораживании грунта и таким образом обеспечивать беспрепятственное вспучивание образца. Пазы и внешнюю поверхность колец предварительно смазывают вязкой смазкой типа техническою вазелина, солидола и др. На съемный поддон (с отверстиями) формы укладывают фильтровальную бумагу для более равномерного распределения влаги по площади при подтоке воды к образцу и с целью предохранения водяной камеры от попадания в нее грунта.

Образец грунта уплотняют на прессе или трамбованием. Сформованный образец при комнатной температуре в течение двух - четырех суток (нижний предел - для слабосвязных, верхний - для связных грунтов) насыщают водой.

Для промораживания образцов могут быть использованы автоматические холодильники, обеспечивающие необходимую температуру. В камеру холодильника устанавливают деревянный каркас, обшитый со стороны дверцы холодильника фанерой и заполненный теплоизоляционным материалом. Насъемной крышке каркаса устанавливают формы с образцами для промораживания (рис. 21). Расстояние от поверхности крышки до низа морозильной камеры должно быть не более 50 см. Пространство между образцами до верха форм заполняют теплоизоляционным материалом, чтобы промораживание грунта происходило только сверху. Если для этого применяют сыпучий теплоизолятор (опилки, пробковую крошку и т.п.), то со стороны дверцы холодильника необходимо установить тонкую стенку, препятствующую осыпанию теплоизолятора. Воду к промораживаемым образцам подают от расположенной вне камеры делительной воронки, позволяющей поддерживать постоянный напор (см. рис. 21).

Рис. 19. Изменение коэффициента К_УГВ расстояния h_н низа дорожной одежды до УГВ:

1 и 2 - см. рис. 18

Рис. 20. Форма для испытания грунта на морозное пучение:

1 - верхнее кольцо формы; 2 - промежуточные кольца; 3 - днище с отверстиями; 4 - второе дно формы; 5 - штуцер; 6 - грунтовый образец

Рис. 21. Схема оборудования холодильника для испытания на морозное пучение грунтов:

1 - стенки холодильника; 2 - морозильная камера; 3 - индикаторы; 4 - подача воды к образцам; 5 - засыпка из теплоизолирующего материала; 6 - крышка корпуса; 7 - формы с образцами грунта; 8 - верх образца грунта

Вертикальную деформацию образца измеряют индикаторами часового типа (мессурами) с ценой деления 0,01 мм.

Испытывают до полного промерзания образца, которое продолжается обычно около 4 сут. К этому времени показания мессур уже не изменяются, что указывает на окончание процесса промерзания.

Терморегулятор обеспечивает заданную температуру в холодильнике, контролируемую датчиком (термометром), помещенным внутри холодильника над поверхностью теплоизоляции. Не рекомендуется часто открывать холодильник. Целесообразно сделать в его дверце окно из оргстекла, через которое можно наблюдать за показаниями термометра, и индикаторов. Показания индикаторов обычно фиксируют через каждые 6 ч. Если в процессе испытания пучение достигает предельного значения (например, 10 мм), индикаторы приходится переставлять; отсчеты записывают до и после перестановки.

На основании показании индикаторов вычисляют коэффициент пучения грунта (в процентах)

К_пуч = 100Dh/h,

где Dh - размер вспучивания образца;

h - начальная высота образца.

Рекомендуется для контроля промораживать одновременно два образца одного грунта. Материалы, коэффициент пучения которых не превышает 1 %, можно считать практически не изменяющими объема при промерзании.

ПРИЛОЖЕНИЕ 7