Строительство слоев из материалов, обработанных цементом
Строительство слоев из каменных материалов и грунтов, обработанных цементом (ЩПЦС, ПЦС). До начала строительства лабораторией выполняется подбор состава цементоминерального материала проектной марки прочности и морозостойкости. Перед подбором составов смесей по всем исходным материалам устанавливается соответствие их свойств требованиям действующих стандартов.
В результате проведенных в Союздорнии работ разработаны составы смесей различных заполнителей, обработанных цементом марки 400, обеспечивающих проектные значения прочности и морозостойкости цементоминеральных смесей различных вариаций. Ориентировочные расходы цемента приведены в табл. 15.22.
С целью сокращения расхода цемента на 1-1,5 % рекомендуется использовать цементы марки 500 и пластифицирующие добавки ЛСТ в количестве 0,5-1 % массы цемента. Расход добавок уточняется при лабораторном подборе смеси на конкретных материалах.
Для определения расхода цемента при подборе составов смесей проводятся следующие экспериментальные работы:
расчётным путем определяется оптимальный зерновой состав сухих смесей и подбираются оптимальные соотношения между щебнем, песком и цементом для трех опытных, наиболее близких к оптимальным составам;
экспериментально определяется оптимальная влажность и максимальная плотность трех опытных смесей;
изготавливается необходимое количество образцов из каждой запланированной смеси для определения прочности при сжатии в 7 и 28 суток и морозостойкости в 28 суток.
Таблица 15.22
| Заполнитель | Марка вяжущего | Дозировка вяжущего, % массы, для получения обработанного материала марки (МПа) | |||||
| 7,5 | |||||||
| Щебеночно-песчаные смеси оптимального зернового состава | 2-3 | 3-4 | 4-5 | 5-6 | 6-7 | 8-9 | |
| Гравийно-песчаные смеси и крупнообломочные грунты оптимального зернового состава | 3-4 | 4-5 | 5-7 | 6-8 | 7-9 | 9-10 | |
| То же, неоптимального зернового состава | 4-5 | 5-6 | 7-8 | 8-9 | 9-11 | - | |
| Пески гравелистые и крупные | 5-6 | 6-7 | 8-9 | 9-11 | 11-12 | - | |
| Пески мелкие и пылеватые, супесь мелкая и пылеватая | 6-7 | 7-8 | 9-10 | 12-13 | 13-14 | - |
Из полученных характеристик образцов рассчитывается по ГОСТ 10180-90 среднее значение плотности, прочности при сжатии и среднее значение коэффициента морозостойкости для каждой серии образцов. Из трех испытанных составов выбирается состав смеси, обеспечивающий проектную марку прочности по ГОСТ 23558-94 согласно таблице 15.23.
Таблица 15.23
| Проектная марка прочности на сжатие по ГОСТ 23558-94 | |||||
| Среднее значение прочности на сжатие при подборе составов смеси, кгс/см2 |
На основе полученной максимальной плотности образцов пересчитывается выбранный лабораторный состав смеси, в котором оптимальное количество воды рассчитано сверх 100 % материалов (щебень, песок, цемент), на производственный состав, в котором все компоненты должны входить в 100 %. В установленное количество воды в проектном составе смеси на смесительной установке вносятся коррективы, учитывающие влажность заполнителей и возможные потери воды за счет испарения во время транспортирования, распределения и уплотнения смеси.
Расчетные параметры обработанных материалов различных марок прочности, дифференцированные в зависимости от применяемых материалов, приведены в табл. 15.24.
Таблица 15.24
| Смеси по ГОСТ 23558-94 | Расчетный модуль упругости, МПа, при марке прочности обработанных материалов по ГОСТ 23558-94 | ||||
| Готовые (оптимальные) щебеночно-песчаные, гравийно-песчаные смеси, оптимальные крупнообломочные грунты, обработанные цементом | |||||
| Природные (неоптимальные) гравийно-песчаные смеси, неоптимальные крупнообломочные грунты, готовые (оптимальные) песчаные смеси, пески гравелистые, крупные, обработанные цементом | |||||
| Природные (неоптимальные) песчаные смеси, пески мелкие и пылеватые, супесь легкая и пылеватая с числом пластичности менее 3, обработанные цементом | |||||
| Супеси тяжелые и пылеватые, суглинки легкие с числом пластичности 3 и более, обработанные цементом |
Подобранные составы смеси, обеспечивающие проектную прочность и расчетный модуль упругости устраиваемого слоя, приготавливают на смесительных установках.
Приготовление цементоминеральных смесей. До начала выпуска смеси выполняют следующие работы: проверяют техническое состояние всех узлов установки, наличие цемента, воды, добавок в расходных емкостях, а также щебня и песка; выдают машинисту установки данные о составе производственной смеси, подобранной лабораторией в соответствии с влажностью материалов; устанавливают весовые устройства дозаторов в соответствии с составом смеси. В зависимости от сменной потребности в смеси установка может быть отрегулирована на любую производительность путем изменения производительности дозаторов: цемента, песка, щебня, воды. Тарировку дозаторов производят при изменении производительности установки, марки и состава смеси, объемной массы и гранулометрического состава заполнителей. Тарировка дозаторов выполняется путем отбора проб за определенное время (мин) и их последующим взвешиванием и установлением соответствия фактического содержания каждого компонента смеси проектному при заданной производительности работы смесительной установки.
Качество смеси, получаемое в смесительной установке, в первую очередь зависит от непрерывности ее работы, так как при каждой остановке расчетное соотношение компонентов смеси, в особенности цемента и воды, изменяется.
Исправность дозаторов проверяют ежедневно в начале смены представители лаборатории ЦБЗ. Весовое устройство устанавливают в соответствии с составом смеси и влажностью заполнителей.
Технология приготовления смеси включает выполнение ряда последовательных операций.
Одноковшовыми автопогрузчиками щебень и песок подают из штабелей на открытой площадке в расходные бункеры смесительной установки. Уровень наполнения бункеров материалами контролируется указателями уровня, установленными на всех бункерах.
Щебень и песок непрерывно дозируются весовыми дозаторами, установленными под расходными бункерами, а подача цемента из расходного бункера - дозатором цемента. На ленту сборного конвейера сначала поступает щебень фракции 20-40 мм, затем щебень фракции 5-20 мм, затем песок и цемент. Отдозированные материалы поступают на наклонный конвейер, а затем через загрузочную воронку подаются в смеситель. Одновременно в смеситель поступают вода и поверхностно-активные добавки, повышающие подвижность смеси, а также сокращающие потребность в воде и снижающие расход цемента.
Для приготовления комплексных добавок используется специальная установка. Вода из бака дозируется и подается насосом-дозатором в смеситель одновременно с подачей добавок. В смесителе составляющие интенсивно перемешиваются и транспортируются к выходному отверстию. Из смесителя готовая смесь попадает в накопительный бункер, откуда выгружается в автомобиль-самосвал и доставляется к месту укладки. В конце рабочего дня, по окончании выпуска смеси и остановки завода, весь состав бригады приступает к очистке смесительной установки.
Контроль качества приготовления материалов подразделяется на входной и операционный.
При входном контроле качество исходных материалов оценивается лабораторией по паспортам или собственным испытанием соответствия материала требованиям ГОСТа и проекта. Особое внимание уделяется прочности, морозостойкости, зерновому составу и загрязненности материала. Результаты контроля фиксируются в лабораторном журнале. Объем, методы и периодичность контроля качества осуществляют по соответствующим ГОСТам.
При операционном контроле качества приготовления смеси лабораторией регистрируется работа дозаторов и влажность выпускаемой смеси. Результаты контроля оформляются в специальном журнале. Качество ЩПЦС оценивается по результатам испытаний изготовленных образцов на соответствие ГОСТу и проекту прочности и морозостойкости ЩПЦС. Результаты контроля фиксируются в лабораторном журнале. Приготовленная смесь сопровождается документом о качестве ЩПЦС
Устройство оснований. К устройству основания приступают только после приемки нижележащего конструктивного слоя. Нижележащий слой должен быть спланирован до проектных отметок и полностью уплотнен. До начала работ по устройству основания производят соответствующие геодезические разбивочные работы. Для бесперебойной работы технологического транспорта устраивают достаточное количество съездов с земляного полотна, подготавливают подъездные пути для доставки материалов. Для обеспечения заданного темпа строительства формируют необходимый состав отряда машин и рабочих, а также колонну автосамосвалов.
Объем ЩПЦС для устройства основания в насыпном виде определяется длиной, шириной и толщиной слоя в уплотненном состоянии с учетом коэффициента запаса на уплотнение, 1,2-1,4 и уточняется пробной укаткой на первом этапе строительства с составлением акта.
Основание укладывается рядами. Ширина каждого ряда равна ширине раскладчика материала или проектной ширине основания. Длина захватки по устройству основания принимается исходя из необходимого сменного темпа строительства. Максимально допустимая продолжительность транспортирования смеси от времени приготовления до окончания уплотнения должна отвечать требованиям СНиП 3.06.03-85.
Предварительное распределение смеси производят автогрейдером среднего типа с передним отвалом. Окончательное распределение и планировку ЩПЦС производят профилировщиком или укладчиком по заранее установленной копирной струне. По окончании планирования проверяется толщина, поперечный уклон, ровность и при необходимости отмеченные дефекты исправляются.
После распределения смеси производят ее уплотнение катками на пневмошинах массой 10-15 т ориентировочно за 16 проходов по одному следу или вибрационными или комбинированными катками массой 10-16 т ориентировочно за 10 проходов по одному следу. Уплотняют щебень от краев укладываемой полосы к середине с перекрытием следа на 1/3 ширины вальца со скоростью 1,5-2 км/ч. После уплотнения производят контрольные замеры ровности, уклонов и высотных отметок и при необходимости исправляют выявленные дефекты. После окончания уплотнения производят чистовую планировку основания профилировщиком по копирной струне и окончательно укатывают поверхность основания катками массой 6-8 т (допускается укатка катком массой 10-16 т) за 2-4 прохода по одному следу.
Качество уплотнения основания проверяют путем контрольного прохода гладковальцового катка массой 10-13 т по всей длине построенного участка. После прохода катка на поверхности основания не должны оставаться следы и возникать волны перед вальцом.
Уход за уложенным основанием осуществляют розливом пленкообразующих материалов (битумная эмульсия ЭБА-I, композиция латексная ВПМ или укрытием влажным песком). Движение построечного транспорта разрешается в день укладки или по достижении 70 % проектной прочности. Устройство вышележащего слоя разрешается в день устройства основания или после набора 70 % проектной прочности.
Контроль качества устраиваемого слоя подразделяется на операционный и приемочный. При операционном контроле геодезической службой контролируются правильность разбивки и высотные отметки устроенного слоя нивелированием. Результаты контроля оформляются в специальном журнале. При операционном контроле качества устраиваемого слоя лабораторией и прорабом проверяется: ровность, поперечный уклон, ширина, толщина слоя и качество уплотнения. Результаты контроля фиксируются в лабораторном журнале.
При приемочном контроле качества следует проверять данные испытаний, замеров с оформлением в вышеуказанных документах; при необходимости проводятся дополнительные контрольные испытания и замеры. Испытания кернов фиксируются в специальном журнале. По результатам приемочного контроля оформляется акт скрытых работ.
Строительство шлакоминеральных оснований. Шлакоминеральные основания - это слои, устраиваемые из щебеночно (гравийно)-песчаных смесей или песков, обработанных гранулированным доменным шлаком с добавками активатора (цемент, известь и др.) или без добавок активатора.
Шлакоминеральные основания имеют повышенную по сравнению с цементоминеральными основаниями температурную трещиноустойчивость. Эти основания более деформативны по сравнению с цементоминеральными, что удобно для устройства на них асфальтобетонных покрытий.
Доменный гранулированный шлак (по зерновому составу - песок), получаемый с металлургических заводов, может использоваться в естественном виде (удельная поверхность 10 м2/кг) или дробленым (удельная поверхность 100 м2/кг). В зависимости от крупности шлака и добавок активатора шлаковое вяжущее имеет марку прочности 100-300. Ориентировочный состав вяжущего с активатором-портландцементом приведен в табл. 15.25.
Таблица 15.25
| Марка вяжущего после 90 сут нормального твердения | Удельная поверхность шлака, м2/кг, не менее | Кол-во частиц мельче 0,071 мм, %, не менее | Содержание компонентов вяжущего, % массы | |
| шлак | цемент | |||
| 75-80 | 25-20 | |||
| 90-95 | 10-5 | |||
| 95-97 | 5-3 | |||
| 45-55 | 55-45 | |||
| 75-80 | 25-20 | |||
| 85-90 | 15-10 |
Результаты работ по обработке гравийно-песчаных материалов шлаковым вяжущим без добавок активатора показали, что процесс твердения идет медленно. Прочность материала на сжатие к 90 суткам не превышает 5,0 МПа. К 180 суткам прочность увеличивается и в зависимости от величины удельной поверхности составляет 5,0-12,0 МПа. К 360 суткам возрастает в 2 раза.
Дробление гранулированного шлака увеличивает его активность и позволяет уменьшить расход гранулированного шлака в смеси до 10-15 %, а расход активатора цемента до 1-2 %. При этом физико-механические характеристики шлакоминеральных материалов значительно выше по сравнению со свойствами шлакоминеральных материалов на недробленом граншлаке, расход вяжущих в которых как минимум в 2 раза выше.
Шлакоминеральные материалы с 10 % гранулированного шлака, содержащего 15 % частиц мельче 0,071 мм с добавкой 1 % цемента, показали прочность в 28 суток 2,5 МПа. Шлакоминеральные материалы с цементом в качестве активатора показали высокие физико-механические характеристики, полностью соответствующие требованиям действующих норм. Образцы, как правило, выдерживают более 25 циклов замораживания-оттаивания. С увеличением количества дробленого гранулированного шлака с 5 до 20 % прочность шлакоминеральных материалов с 2 % цемента в возрасте 90 суток возрастает, как правило, вдвое. Применение дробленого гранулированного шлака и активатора цемента позволяет использовать низкомарочные и малопрочные каменные материалы в шлакоминеральных смесях.
Величина прочностных характеристик шлакоминеральных материалов изменяется дозировкой вяжущих. Обобщенные данные по рекомендуемым составам смесей для получения различных марок прочности обработанных материалов в возрасте 90 суток приведены в табл. 15.26.
Таблица 15.26
| Заполнитель | Марка вяжущего | Дозировка вяжущего, % массы, для получения обработанного материала марки (МПа) | ||||
| 7,5 | ||||||
| Песчано-щебеночные смеси оптимального зернового состава | 6-7 | 7-8 | 10-11 | 13-15 | 16-17 | |
| Песчано-гравийные смеси и крупнообломочные грунты оптимального зернового состава | 7-8 | 8-9 | 11-12 | 15-17 | 17-19 | |
| То же, неоптимального зернового состава | 8-9 | 9-10 | 12-13 | 17-18 | 19-20 | |
| Пески гравелистые и крупные | 9-10 | 10-11 | 13-14 | 18-19 | 20-21 | |
| Пески мелкие и пылеватые, супесь мелкая и пылеватая | 10-11 | 11-12 | 14-15 | 19-20 | 21-22 |
Результаты определения модуля упругости шлакоминеральных материалов показали, что они более деформативны по сравнению с цементоминеральными. Обобщенные данные величин модуля упругости слоев из шлакоминеральных материалов приведены в табл. 15.27.
Таблица 15.27
| Смеси по ГОСТ 23558-94 | Расчетный модуль упругости, МПа, при марке прочности обработанных материалов по ГОСТ 23558-94 | |||
| Готовые (оптимальные) песчано-щебеночные, песчано-гравийные смеси, оптимальные крупнообломочные грунты, обработанные шлаковым вяжущим | ||||
| Природные (неоптимальные) песчано-гравийные смеси, неоптимальные крупнообломочные грунты, готовые (оптимальные) песчаные смеси, пески гравелистые, крупные, обработанные шлаковым вяжущим | ||||
| Природные (неоптимальные) песчаные смеси, пески мелкие и пылеватые, супесь легкая и пылеватая с числом пластичности менее 3, обработанные шлаковым вяжущим | ||||
| Супеси тяжелые и пылеватые, суглинки легкие с числом пластичности 3 и более, обработанные шлаковым вяжущим |
Технология строительства шлакоминеральных оснований аналогична технологии строительства цементоминеральных оснований. Специфической особенностью технологии приготовления шлакоминеральной смеси является необходимость дополнения смесительной установки узлом дробления шлака (при необходимости), основным оборудованием которого является валковая дробилка.
Специфической особенностью устройства шлакоминеральных оснований является возможность удлинения технологического разрыва между приготовлением смеси и ее уплотнением, а также возможность пропуска построечного транспорта по устроенному основанию.
Слои из щебёночных или цементоминеральных смесей, укладываемых в ячейки из пространственных георешеток. Практика последних лет показывает, что все больший интерес проявляется к нетрадиционным конструкциям дорожных одежд различного рода. Имеются в виду прежде всего конструкции, в которых используются в том или ином виде геотекстильные и геопластиковые изделия. В частности, перспективным представляется введение в конструкцию слоев объемных георешеток типа Геовеб, ячейки которых можно заполнять различными материалами, щебёночнопесчаной или цементоминеральной смесью. Исследования показывают, что такие слои, устраиваемые с дискретными заполнителями (песок, щебень, гравий), обладают распределяющей способностью, близкой к распределяющей способности слоев из этих же дискретных материалов, но укрепленных вяжущими. Это позволяет говорить о возможности снижения толщины конструктивного слоя из дискретного материала в георешетке по сравнению с его толщиной в традиционной конструкции (с соответствующим снижением объема привозного материала) или о повышении долговечности конструкции при сохранении толщины традиционной конструкции. Устройство конструктивного слоя, практически отвечающего слою из укрепленного материала, в данном случае не требует ограничений по погодно-климатическим условиям и возможно даже при зимней технологии строительства, чего не позволяют традиционные методы укрепления. Условия работы дискретного заполнителя в ячейках георешетки таковы, что его прочность существенно выше вследствие влияния стенок ячейки.
Применение в качестве заполнителя цементоминеральной смеси позволяет получить слой с ячеистой структурой. При использовании такого слоя в качестве основания асфальтобетонного покрытия практически снимается вопрос об образовании отраженных трещин на покрытии, так как размеры ячеек всегда можно выбрать такими, чтобы температурные деформации фрагментов основания не провоцировали образования трещин в покрытии. Таким образом, в данном случае может быть устранен самый существенный недостаток конструкции, получающей в последние годы все более широкое применение в виде асфальтобетонного покрытия на цементобетонном основании, - недостаточная температурная трещиностойкость.
В качестве пространственных георешеток применяются выпускаемые промышленностью решетки Геовеб. Расчетный модуль упругости при этом принимается равным 450-700 МПа. Меньшее значение принимается при использовании щебеночных материалов. Большее значение - при применении цементоминеральных материалов марки по прочности 75 по ГОСТ 23558-94. Учитывая новизну рассматриваемой конструкции, после строительства первого участка на конкретной дороге следует производить измерение несущей способности устроенного слоя и при необходимости вносить коррективы в проект.
Проведенные работы показали, что технология строительства складывается из следующих основных операций: укладка и закрепление на подстилающий слой георешетки; распределение щебёночной или цементоминеральной смеси автогрейдером методом «от себя»; уплотнение слоя вибрационными катками; уход, в случае использования цементоминеральных материалов, розливом битумной эмульсии.