Исследование физико-механических свойств модифицированных композиционных материалов для устройства оснований дорожной одежды в условиях Севера. Изучение сдерживающих факторов использования глинистых грунтов при строительстве автомобильных дорог.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.04.2017 |
| Размер файла | 231,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Институт проблем нефти и газа СО РАН
Модификация местного глинистого сырья для строительства оснований автомобильных дорог в условиях Севера
Андреева Айталина Валентиновна, м.н.с.
Буренина Ольга Николаевна, к.т.н., в.н.с.
Бульдозер на болотных гусеницах залип в глине.
В статье представлены экспериментальные данные по исследованию физико-механических свойств модифицированных композиционных материалов для устройства оснований дорожной одежды в условиях Севера.
Ключевые слова: модифицированный композицонный материал, конструкция дорожной одежды, стабилизаторы, водонасыщение, морозостойкость, прочность при сжатии
Качество автомобильных дорог и их долговечность зависят от надежности оснований земляного полотна. Половина деформаций автомобильных дорог связано с плохим качеством оснований земляного полотна, особенно устраиваемых при неблагоприятных погодных и местных условиях. Высокая стоимость основания земляного полотна часто является следствием использования не местных, а подвозимых на большое расстояние грунтов и расходов на рекультивацию использованных месторождений. Использование местных, менее благоприятных, грунтов с применением минимального количества вяжущих материалов или добавок позволит обеспечить не только снижение стоимости, но и достичь необходимой пригодности и устойчивости грунта.
Применение укрепленных грунтов и других местных материалов в укрепленном виде в основаниях дорожных одежд является одной из наиболее реальных возможностей снижения стоимости строительства и затрат ресурсов. Эти материалы не требуют дальних перевозок автомобильным транспортом и исключают надобность в перевозках таких материалов железнодорожным транспортом. Правильный подход к использованию полифилизаторов позволит увеличить объем применения укрепленных грунтов, повысив работоспособность материала в конструктивном слое дорожной одежды.
Основным сдерживающим фактором использования глинистых грунтов при строительстве автомобильных дорог является изменение их физико-механических свойств в худшую сторону при увлажнении — чрезмерное водопоглощение, набухание, пластичность и зависящие от этих свойств прочностные показатели. Поэтому проведение работ в направлении улучшения свойств местных глинистых грунтов является в настоящее время важным и значимым фактором.
ГЛИНА НА УЧАСТКЕ. ЧТО ДЕЛАТЬ?
В качестве объектов исследования были выбраны глинистое сырье месторождения Ой-Бесс Республики Саха (Якутия), полифилизаторы «ПГСЖ-1» — «Консолид 444» и «ПГСП-3» — «Солидрай».
В качестве основного сырья была использована глина месторождения Ой-Бесс Республики Саха (Якутия). Глины состоят из различных окислов, свободной и химически связанной воды и органических примесей. В перечень окислов, составляющих глины, входят: глинозем, кремнезем, окись железа, кальция, натрия, магния и окись калия. Важнейшими свойствами глин являются пластичность, отношение к сушке и к высокой температуре.
Это сырье обладает удовлетворительной формовочной способностью, средней пластичностью, а также характеризуется малой чувствительностью к сушке, малой воздушной и общей усадками. Данные гранулометрического анализов и химического состава глины приведены в табл.1.
Источник: otherreferats.allbest.ru
Грунты для устройства земляного полотна
Для сооружения земляного полотна применяются четыре основные группы грунтов: скальные, добываемые путем разрушения скальных массивов; крупнообломочные, залегающие в естественных условиях; песчаные; глинистые. Каждая из перечисленных групп классифицируется по разновидностям и своим особым характеристикам.
Прочность скальных грунтов принято определять после длительного воздействия воды:
где Rв — предел прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии; R0 — предел прочности при сжатии в воздушно-сухом состоянии.
При P > 0,75 скальная порода не размягчается, а при P < 0,75 — размягчается.
Пригодность грунта для применения в качестве дорожно-строительного материала обусловливается его составом и происхождением. Для насыпей применяют грунты, состояние которых под действием природных факторов не изменяется или изменяется незначительно, что влияет на их прочность и устойчивость в земляном полотне. К таким грунтам относятся: скальные не размягчаемые породы, крупнообломочные и песчаные породы (кроме мелких и пылеватых), супеси легкие и крупные. Эти грунты используются для отсыпки земляного полотна без ограничений.
Пылеватые супеси и суглинки, мергелистые, меловые грунты и трепелы применяются при некоторых ограничениях. Для дорожного строительства не пригодны следующие грунты: глинистые, влажность которых выше допустимой; избыточно засоленные; торф; ил; мелкий песок и глинистые грунты с примесью ила и органических веществ; верхний почвенно-растительный слой, содержащий в большом количестве корни растений; трепелы для насыпей на мокром основании и на участках, где возможен длительный застой воды; содержащие гипс в количествах, превышающих нормы.
Объем потребного грунта (резерва) для насыпей определяют по формуле
где Vh — объем сооружаемой насыпи, м3; Ki — коэффициент относительного уплотнения.
Коэффициент относительного уплотнения определяют по формуле
где bн — требуемая плотность грунта в насыпи, г/см3; be — плотность грунта в естественном состоянии (карьер, выемка, или резерв), г/см3.
Грунты подразделяются на различные фракции по размеру составляющих их частиц. В природе редко встречаются грунты, состоящие только из одной фракции. Распределение частиц по размеру зерен имеет большое значение для механических свойств грунта и выбора уплотняющих механизмов.
Насыпи, как правило, возводят из однородных грунтов, но при необходимости их можно отсыпать из разных грунтов, однако располагать эти грунты следует отдельными горизонтальными слоями.
В верхней части насыпи (1,0. 1,5 м) должен быть более прочный грунт, так как эта часть подвергается значительному воздействию природных факторов и транспортных средств. При отсыпке нижней части насыпи из дренирующих грунтов толщина этого слоя должна быть больше высоты капиллярного поднятия влаги в этих грунтах для предотвращения притока воды в верхнюю часть насыпи.
Поскольку земляное полотно чаще всего устраивается в насыпях, то следует применять качественные грунты, например песчаные, которые характеризуются высокой фильтрацией, постоянством объема при льдообразовании и значительной прочностью при влажном состоянии.
Если в районе строительства дороги нет песков или супесей, насыпи могут возводиться из местных связных грунтов, однородных по физико-механическим свойствам.
Насыпи в местах примыкания к устоям и консолям мостов и путепроводов возводят из дренирующих грунтов.
Допускается применять в насыпях на дорогах IV-V категорий меловые, тальковые грунты и трепелы в средней части земляного полотна незатопляемых насыпей высотой до 5 м, расположенных на сухом основании, с обязательным прикрытием их слоем недренирующих грунтов толщиной не менее 1,5 м.
Торф запрещается укладывать в насыпи. Пылеватые грунты могут быть использованы на дорогах капитального типа только в нижней части насыпей; верхнюю часть насыпей высотой до 1,5 м рекомендуется отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных, грунтов. Грунты, не допускаемые к применению в насыпь при устройстве земляного полотна в нулевых отметках и выемках, должны быть заменены доброкачественными грунтами на глубину не менее 0,8 м.
He допускается укладывать в насыпь ил, мелкий песок с примесью торфа или ила, избыточно засоленные грунты (при 8 % и более), имеющие хлоридное засоление и более 5%-ное сульфатное засоление, а также жирные глины, меловые и тальковые грунты и трепелы при наличии грунтовых вод на глубине 1 м и на поймах рек.
Расположение грунтов в насыпи:
• насыпь отсыпают горизонтальными слоями; не должно быть наклонных слоев, по которым может происходить оползание грунта. При отсыпке дренирующего грунта на слой менее дренирующего поверхности последнего должен быть придан выпуклый профиль с уклоном 40 %.
• откосы слоев грунта с большей дренирующей способностью не должны прикрываться грунтами с меньшими дренирующими свойствами;
• не допускается отсыпка вперемежку разнородных по водопроницаемости грунтов;
• должны быть созданы условия свободного просачивания из насыпи проникающих в нее дождевых и поверхностных вод;
• не следует допускать линз, мешков и карманов, в которых может застаиваться вода;
• осадка различных участков насыпи должна быть равномерной;
• во II и III зонах на дорогах с усовершенствованным покрытием капитального типа, на сырых и мокрых участках легкие пылеватые суглинки и тяжелые пылеватые супеси рекомендуется применять лишь в нижней части насыпи. Верхнюю часть насыпи на толщину 1,2 м при цементобетонном покрытии и 1,0 м при асфальтобетонном покрытии во II зоне и соответственно на толщину 1,0. 0,8 м в III зоне необходимо отсыпать из супесчаных грунтов.
По условиям увлажнения в земляном полотне грунты ведут себя по-разному.
Каменные и щебенистые грунты — обломки устойчивых скальных горных пород, как естественные, так и полученные в результате разработки монолитной скалы, являются хорошим материалом для возведения насыпи земляного полотна. Проникновение воды в промежутки между обломками разрушенной скальной породы существенно не влияет на прочность и устойчивость земляного полотна.
Гравийные и песчаные грунты водопроницаемы и не склонны к накоплению влаги при промерзании. Песчаные грунты являются наилучшим материалом для насыпей в неблагоприятных гидрогеологических условиях — на заболоченных участках и поймах. В связи с малой высотой капиллярного поднятия и хорошей водопроницаемостью эти грунты не переувлажняются в основании дорожных одежд и быстро просыхают в пойменных насыпях при стоке высоких вод. Однако при течении воды вдоль насыпи песчаные грунты из-за малой сопротивляемости размыву неприменимы без специального укрепления откосов. Их необходимо также укреплять от размыва дождевой водой и развеивания ветром.
Супесчаные грунты содержат наибольшее количество глинистых частиц, достаточное для придания им связности в сухом состоянии, обладают удовлетворительной водопроницаемостью. Насыпи из этих грунтов можно устраивать как в сухих, так и в переувлажненных местах.
Мелкозернистые супесчаные грунты, содержащие более 50 % частиц диаметром менее 0,25 мм, менее устойчивы в переувлажненном состоянии. При промерзании они склонны к накоплению влаги и пучению. Особенно сильно процесс развивается в пылеватых грунтах. В откосах земляного полотна эти грунты легко размываются. При насыщении водой пылеватые грунты приходят в текучее состояние.
Суглинистые грунты являются хорошим материалом для земляного полотна. Они хорошо сопротивляются размыву и устойчивы в откосах. При большом содержании пылеватых частиц суглинистые грунты опасны в отношении пучения. В пойменных суглинистых насыпях при спаде высоких вод обратное движение воды, фильтрующейся из насыпи, может вызвать гидродинамическое давление, приводящее к обрушению откосов.
Глинистые грунты обладают значительной связностью и очень малой водопроницаемостью, медленно насыщаются водой и медленно просыхают. Эти грунты — хороший материал для возведения насыпей в сухих местах и местах, увлажненных на короткое время. В переувлажненном состоянии они переходят в мягкопластичное и текучее состояния, липки и не поддаются уплотнению.
Глинистые грунты (супеси, суглинки, глины) можно применять для воздействия насыпей при влажности, не превышающей оптимальную для этих грунтов более чем на 10%.
Для отсыпки насыпей без ограничения допускаются камень, щебенистые и гравелистые грунты, непылеватые пески, водоустойчивые местные материалы и отходы промышленности.
Пылеватые суглинки и пылеватые грунты могут быть использованы на дорогах с капитальным типом покрытий только в нижней части насыпи, верхнюю часть насыпи на 0,6. 0,8 м рекомендуется отсыпать из непылеватых, преимущественно песчаных и супесчаных, грунтов.
Источник: industrial-wood.ru
Использование глины в строительстве дорог
Напольные печи для обжига глины системы инж. К. Купреянова
ГРУНТОВЫЕ ДОРОГИ из ОБОЖЖЕННОЙ ГЛИНЫ
Инж. К. КУПРЕЯНОВ
СВОЙСТВО глины меняться под влиянием огня было замечено в самой глубокой древности. Этим свойством пользовались и пользуются для приготовления из глины различных предметов, напр., посуды и т. п.
Есть три степени обжига глины: первая дает материал, подобный кирпичу, вторая вызывает спекание материала (для предметов, где требуется особая прочность) и, наконец, третья — это остекление поверхности глины.
Огонь переводит глину из состояния, в котором она очень жадно соединяется с водой, в состояние, когда эта активность к соединению с водой совершенно исчезает. Переводя глину, находящуюся на дороге, в состояние, подобное обожженному кирпичу, можно значительно улучшить глинистую дорогу и создать таким образом особый тип дорог, не имеющий неприятных свойств обыкновенной глинистой дороги.
Вредные свойства глинистой дороги
Главное вредное свойство глинистой дороги, чрезвычайно затрудняющее движение по ней в сырую погоду, — это способность к образованию грязи, происходящая вследствие большой активности глины к связи с водой. Другим вредным ее свойством является липкость, вследствие которой большие массы глины наматываются на ободья колес, затрудняя этим движение. Наконец, глина во влажном состоянии отличается скользкостью, вследствие которой повозки скатываются в стороны при малейших боковых скатах дороги, а автомобили и грузовики при под’емах на такой дороге способны «буксовать» (вращение колес на месте, не двигая вперед машину). Глина в сыром состоянии обладает и очень большой податливостью, т.-е. способностью к образованию глубоких колей, внизу которых собирается вода и размокает грунт. К тому же глина чрезычайно медленно высыхает, и влияние дождей долго отражается на дороге — даже при наступлении сухой погоды.
Разные глины обладают этими свойствами в разной степени.
Причины вредных свойств глины и устранение их обжигом
Каковы особые свойства глинистой дороги, которых нет в песчаных грунтах? Проф.
М. М. Филатов об’ясняет это так: глины состоят из очень мелких частиц разрушившихся каменных пород (крупность 0,01 мм и мельче); частицы же меньше 0,001 мм обладают уже особыми свойствами так называемых коллоидальных частиц — способностью притягивать и удерживать на своей поверхности воду, образуя клееобразную массу, от которой и зависят, главным образом, вредные свойства глинистой дороги. Чем больше коллоидальная часть, тем резче проявляются эти свойства. Высокая температура при обжиге разрушает свойства коллоидных частиц как в отношении их к воде, так и к химическому составу и вызывает спекание частиц и их укрупнение (глина как бы опесчанивается). Перевод глины в опесчаненное состояние и разрушение ее коллоидальной части сообщает всей массе благоприятные свойства песчаной дороги, уменьшение гигроскопичности, увеличение, с одной стороны, водопроницаемости (быстрота прохода воды через массу), а с другой — противоположные свойства: увеличение водопод’емной и испаряющей способности (отдача влаги из массы в воздух под влиянием солнца и ветра). Таким образом, огонь резко и выгодно меняет свойства глины в дорожном отношении.
Распространенный способ резки сырца из глины для обжига. Этот способ нецелесообразен, так как он удорожает работу.
В какой же мере рационально для службы дороги полное уничтожение коллоидальной части глины, подобно тому, которое происходит при обжиге обыкновенного строительного кирпича? Теория и дорожная практика дают отрицательный ответ на этот вопрос. Полный обжиг без оставления части сырой глины — нежелателен, так как при полном обжиге уничтожается вся коллоидная — связующая часть; при полном отсутствии этой связующей части дорога будет в жаркую погоду слишком сыпуча, так как частицы ее не будут связаны никаким цементом.
Поэтому дорога из заводского кирпича, всегда полностью обожженого, не имея должной связи между частицами, будет легко разрушаться и пылить. Наоборот, сырая глина, остающаяся в обожженной глине при нашем обжиге, тесно с ней перемешана естественным образом и играет ту же роль, что и битум в асфальтовой одежде. В асфальте гравелисто-песчаная часть связана битумом, без которого одна гравелисто-песчаная часть будет рыхла и сыпуча.
Обжиг глинистой дороги
Эта работа состоит из следующих отдельных операций, разработанных автором: вспашка земляного полотна плугом или рытье его вручную с профилировкой дна ящика; устройство печей для обжига из крупных кусков полученной от копания ящика глины и самый обжиг; россыпь полученного обожженого материала в ящике с разбивкой его на части и укатка россыпи катком.
Первая операция должна дать как можно больше крупного материала (комья размерами 15 × 15 × 15 см и крупнее), так как крупный материал идет целиком в обжиг.
Чем вязче глина, т.-е. чем более тяжелый суглинок, тем больше получается комьев. При рытье вручную, комьев получается больше, чем плугом с тракторной тягой.
Вторая операция — устройство печей для обжига и самый обжиг — является главнейшей. Во время работы выработались два типа печей — напольные печи обычного типа и печи конструкции автора. Напольные печи устраивались двух разных систем при небольших комьях размерами до 35 × 35 × 35 см для перекрытия отверстия печи величиной в 35 см применялись небольшие отрезки газовых труб, поверх которых укатывались комья; при больших комьях перекрытие печи делалось без помощи труб, но вертикальные стенки топок кверху суживались (напуском рядов комьев) и перекрывались сверху крупными комьями, предпочтительно имеющими вид плиток.
Недостаток напольных печей с перекрытием трубами заключается именно в применении этих труб, ограничивающих фронт работы из-за необходимости переноса труб с печи на печь: при этом нельзя устроить сразу несколько печей на значительном протяжении дороги, а приходится устраивать печь за печью, что вызывает напрасную затяжку работ. Напольные печи устраивались на 1, 2 или 3 топки; размеры топочного отверстия — 35 × 35 см; размеры в плане печки с одной топкой — 2,5 × 2,5 мм 1 ); высота — 1—1,5 м; таким образом, количество обожженного материала от одной печи — около 5 куб. м.
Печи на 2 топки выгоднее чем в 1, и в 3 — выгоднее чем в 2, так как при увеличении числа топок уменьшается количество необожженного по краям печи материала. Топочные отверстия могут делаться сквозными, но при сильном движении воздуха (при совпадении направления ветра с осью печи) одну сторону приходится закрывать во время топки.
Горячие газы из топки проходят через промежутки между комьями и обжигают их. В продолжении первой стадии, в течение 2—3 часов, происходит просушка с удалением влаги, при этом закладывается небольшое количество дров; во второй стадии, продолжающейся 12 часов, идет энергичная топка, в конце которой начинает в промежутки между комьями прорываться пламя; при этом рабочий засыпает мелочью те места, где вырывается пламя. Расход березовых дров определился в ¼ куб. саж. на 1 куб. саж. обожженого материала. Верх обжигается во всех случаях на полную толщину, края же иногда остаются необожженными.
Печи конструкции автора устраиваются так: складывается штабель из пяти дровяных клеток размером 2,65 × 0,53 м, каждая клетка размером в плане 53 × 53 см. высотой 0,75—1 м, в каждом ряду клетки два полена; ряды идут крест на крест; таких штабелей устраивается несколько, между штабелями расстояние 53—63 см. Комья глины загружаются между штабелями и по сторонам крайних штабелей; толщина загрузки выше верха штабелей на 50—75 см, с торцов штабеля дров также закрываются комьями после того, как дрова зажжены. Расход дров тот же, что и в предыдущем случае.
Материал, получающийся от обжига, имеет цвет красного кирпича, при чем встречаются части менее обожженные — розового цвета,и пережженные — темно-лилового цвета.
Третья операция производится после окончания обжига; печь, обжиг в которой закончился, будучи расположена в ящике, по середине дороги разламывается, материал разбрасывается по дну ящика и разбивается трамбовками на щебенки величиной 5—6 см. Россыпь профилируется и укатывается катком; при этом верхний слой кирпичных щебенок раздавливается; промежутки между щебенками нижнего слоя заполняются полученной мелочью и одежда получается в виде плотной, гладкой, звонкой при ударах массы, хорошо сопротивляющейся действию проезда и влаги.
Стоимость устройства 1 км обожженной дороги исчисляется в 3 тыс. руб. при ширине проезжей части в 4,0 м и толщине обжига в 20 см, при чем на стоимость дров (по 75 руб. за 1 куб. саж. с доставкой) падает из этой суммы 200 × 7 р. 50 к. = 1.500 руб.; остальная сумма 1.500 руб. падает на рабочую силу.
Наблюдения над службой обожженой дороги показывают, что она обладает большой водопроницаемостью и испаряемостью, быстро впитывает в себя воду, но также быстро ее и отдает, т.-е. быстро просыхает.
Первый опыт обжига был произведен в 1927 г. Московским Омесом по инициативе начальника его Л. Д. Циммеринова на Тайнинском тр. близ Москвы.
Инж. К. Куприянов
Машина помогает побороть трудные условия постройки дороги. Вспашка каменистого участка дороги дорожным рутером (особым плугом)
1 ) Так в тексте. Скорее всего имеется в виду «2,5 × 2,5 м». (примечание составителя).
Источник: sergeyhry.narod.ru
spb-projects.ru
В Эстонии хотят строить дороги по швейцарским технологиям. Вода и перепады температуры круглый год безжалостно разрушают эстонские дороги. Швейцарцы предлагают Эстонии взять на вооружение их строительные технологии, которые позволяют дорожному покрытию обходиться без ремонта годами, сообщает «Актуальная камера» ЭТВ.
В Пярнумаа они построили образцовый участок дороги, чтобы доказать, что перед швейцарским качеством не устоит даже эстонский климат. «Наша технология отличается тем, что мы используем глину. В дорожном строительстве глина — это табу, и использовать ее нельзя. Поэтому сегодняшние строители все строят по существующим технологиям — без глины», — рассказал учредитель швейцарской фирмы «Garold Grupp» Ромер Габор.
Данная технология используется для строительства дорог в 51 стране мира. Гарантийный срок у нее в три раза выше, чем у привычных нам.
«C нашей технологией гарантия на дороги 15 лет. В Швейцарии дороги служат 25 лет, не требуя ремонта стоят и их не ремонтируют. В России построена дорога в 1995 году и до сих пор ее не ремонтировали», — добавил Габор.
За строительством образцового участка дороги наблюдали как специалисты дорожных фирм, так и представители Департамента шоссейных дорог Эстонии. Чиновники обратили особое внимание на низкую затратность инновационной технологии.
Сейчас в Эстонии 7,5 тысячи километров грунтовых дорог. Так что есть, где размахнуться и продемонстрировать швейцарское качество.
Источник: www.spb-projects.ru