ОТРАСЛЕВОЙ
ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ
ГРУНТОВ В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО
(РОСАВТОДОР)
Москва 2012
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН ООО «НВЦ
«Индортех».
2 ВНЕСЕН Управлением
научно-технических исследований, информационного обеспечения и ценообразования
Федерального дорожного агентства Министерства транспорта Российской Федерации.
3 ИЗДАН на основании
распоряжения Федерального дорожного агентства от 27.12.2011 № 997-р.
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ
ХАРАКТЕР.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.
СОДЕРЖАНИЕ
1 Область применения. 1
2 Нормативные ссылки. 1
3 Термины и определения. 2
3.1 Общие
термины и определения, относящиеся к дорожной конструкции. 2
3.2
Термины и определения, относящиеся к грунтам и материалам.. 2
4. Общая классификация
стабилизаторов. 4
5. Дорожная классификация
стабилизаторов. 5
Библиография. 8
|
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
Классификация стабилизаторов грунтов в
дорожном строительстве
|
1 Область применения
Настоящий отраслевой дорожный
методический документ (далее - методический документ) предназначен для дорожных
строительных организаций, предприятий-изготовителей стабилизаторов грунтов,
проектных и научно-исследовательских организаций строительного комплекса,
образовательных учреждений, а также других заинтересованных лиц.
2 Нормативные ссылки
В настоящем методическом
документе использованы ссылки на следующие документы:
ГОСТ 29213-91 (ИСО
896-77) Вещества поверхностно-активные. Термины и определения
ГОСТ
25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации
ГОСТ
24143-80 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и
усадки
ГОСТ
23161-78 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности
ГОСТ
25100-95 Грунты. Классификация
ГОСТ
5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ
22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности
ГОСТ
10060.0-95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. Общие требования
ГОСТ
23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные
неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного
строительства. Технические условия
ГОСТ
12248-2010 Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного
определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ
28622-90 Грунты. Методы лабораторного определения степени пучинистости
ГОСТ 26425-85
Почвы. Методы определения иона хлорида в водной вытяжке
ГОСТ 26426-85
Почвы. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке
ГОСТ
26447-85 Породы горные. Методы определения механических свойств глинистых
пород при одноосном сжатии
СНиП
2.05.02-85 Автомобильные дороги.
3 Термины и определения
В настоящем методическом
документе применены следующие термины и определения, учитывающие ГОСТ 29213-91 (ИСО
896-77) и соответствующие требованиям рекомендаций [1, 2].
3.1 Общие термины и определения, относящиеся к
дорожной конструкции
3.1.1 автомобильная
дорога: Инженерное сооружение, предназначенное для движения автомобилей,
основными элементами являются: земляное полотно, дорожная одежда, проезжая
часть, обочины, искусственные и линейные сооружения и все виды обстановки.
3.1.2 дополнительные слои:
Морозозащитный, капилляропрерывающий, изолирующий и дренирующие слои дорожной
конструкции.
3.1.3 дорожная
конструкция: Инженерное сооружение, включающее земляное полотно и дорожную
одежду с дополнительными слоями; рассматривается в комплексе при
проектировании.
3.1.4 земляное полотно:
Дорожное сооружение, служащее основанием для размещения конструктивных слоев
дорожной одежды и других элементов дороги; строится в виде насыпей или выемок,
а на косогорах - в виде полунасыпи-полувыемки; к земляному полотну относятся
связанные с ним водоотводные сооружения: кюветы, канавы, резервы, дренажные
устройства; ширина земляного полотна - расстояние между бровками - нормируется
в зависимости от категории дороги.
3.1.5 основание дорожное: Нижний
слой дорожной одежды, воспринимающий нагрузку от автомобильного транспорта
совместно с покрытием и предназначенный для ее распределения на дополнительные
слои или непосредственно на грунт рабочего слоя земляного полотна.
3.1.6 рабочий слой:
Верхняя часть земляного полотна, ограниченная снизу глубиной, равной 2/3
глубины промерзания, но не менее 1,5 м, считая от верха покрытия; отсыпается из
стабильных (непучинистых, ненабухающих и непросадочных) грунтов при требуемой
степени их уплотнения (СНиП 2.05.02-85).
3.2 Термины и определения,
относящиеся к грунтам и материалам
3.2.1 анионные
(анионоактивные) стабилизаторы: Стабилизаторы, которые в водных растворах
диссоциируют с образованием отрицательно заряженного иона (аниона).
3.2.2 водно-физические
свойства грунта: Свойства грунта, определяющие его водопроницаемость (ГОСТ
25584-90), пучинистость (ГОСТ
28622-90), набухаемость (ГОСТ
24143-80), высоту капиллярного поднятия (ГОСТ
25100-95) и размокаемость (ГОСТ
5180-84), оптимальную влажность при максимальной плотности (ГОСТ
22733-2002).
3.2.3 вяжущие:
Вещества, с помощью которых грунт приобретает повышенную структурную прочность
и свойства твердого тела.
3.2.4 гидрофобизаторы
(гидрофобизация): Вещества, с помощью которых грунт приобретает
водоотталкивающие и другие свойства.
3.2.5 гидроизоляция:
Предотвращение или ограничение перемещения жидкостей.
3.2.6 гранулометрический
состав: Количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных
грунтах.
3.2.7 грунт: Горные
породы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и
многообразную геологическую систему и являющиеся объектом
инженерно-хозяйственной деятельности человека (ГОСТ
25100-95).
3.2.8 диссоциация:
Свойство химического вещества в водном растворе распадаться на положительно
(катионы) и отрицательно (анионы) заряженные составляющие (ионы).
3.2.9 дренирование:
Сбор и переносжидких атмосферных осадков, фунтовой воды и других жидкостей в
плоскости материала.
3.2.10 катионные
(катионоактивные) стабилизаторы: Стабилизаторы, которые в водных растворах
диссоциируют с образованием положительно заряженного иона (катиона).
3.2.11 морозостойкость:
Способность материалов выдерживать многократное попеременное охлаждение до температур
ниже 0 °С и оттаивание без признаков разрушения или значительного снижения
прочности (ГОСТ
10060.0-95).
3.2.12 наночастицы:
Жидкие или порошкообразные вещества с размером молекул или частиц менее 10-9
мм.
3.2.13 наноструктурированные
стабилизаторы: Стабилизаторы, поверхностная активность которых обеспечивается наличием
наночастиц химической (жидкое стекло и др.) или техногенной (искусственные
порошкообразные вещества) природы.
3.2.14 основание из
укрепленных грунтов: Слой дорожной одежды, выполненный из грунтов,
укрепленных органическими или неорганическими вяжущими в соответствии с
государственными стандартами; применяется под усовершенствованными покрытиями,
а также при строительстве покрытий для местных и внутрихозяйственных дорог с
защитным слоем износа.
3.2.15 предел прочности
грунта на одноосное сжатие: Отношение нагрузки, при которой происходит
разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения (ГОСТ
26447-85).
3.2.16 поверхностно-активные
вещества (ПАВ): Химические соединения или полимерные добавки,
являющиеся стабилизаторами или используемые для производства стабилизаторов и
обладающие способностью адсорбироваться на грунтовых частицах как на
поверхностях раздела твердой и жидкой фаз и за счет этого влиять на свойства
пылеватой и глинистой фракции грунтов.
3.2.17 полимеры:
Высокомолекулярные соединения неорганического и органического происхождения или
вещества с большой молекулярной массой, состоят из большого числа повторяющихся
одинаковых или различных по строению атомных группировок - составных звеньев,
соединенных между собой химическими или координационными связями в длинные
линейные или разветвленные цепи.
3.2.18 степень
водопроницаемости: Характеристика, отражающая фильтрационную способность
грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте
фильтрации Кф, м/сут (ГОСТ
25584-90).
3.2.19 стабилизация
грунтов: Технологический процесс обработки глинистых грунтов
стабилизаторами, обеспечивающий улучшение их водно-физических свойств;
осуществляется при производстве работ как на дороге, так и в смесительных
установках с последующим уплотнением при оптимальной влажности.
3.2.20 стабилизаторы:
Многокомпонентные системы, содержащие в своем составе вещества (ПАВ,
наночастицы, вяжущие), обладающие свойствами гидрофобизаторов,
суперпластификаторов, полимеров и структурообразователей и применяемые в
дорожном строительстве для обработки фунтов с целью изменения их
водно-физических и физико-механических свойств.
3.2.21 степень
засоленности грунта: Характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в
грунте, % (ГОСТ 26425-85,
ГОСТ 26426-85).
3.2.22 структурированные
стабилизаторы: Любой вид стабилизатора, содержащий в своем составе до 2 % по
массе вяжущего и применяемый не только для изменения водно-физических, но и
структурных свойств глинистых грунтов.
3.2.23 структура грунта:
Пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся
совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение),
геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и
энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и
определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием
компонентов грунта.
3.2.24 структурообразователи:
Вяжущие вещества (цемент, известь, битум, смола и т.п.) или минеральные
добавки.
3.2.25 суперпластификаторы:
Универсальные добавки, обладающие точным действием и стабильным составом,
позволяющие регулировать свойства смесей (в том числе и на основе грунтов) в
широких пределах (пластифицировать, повышать физико-механические свойства и
т.п.).
3.2.26 укрепление грунтов
и других местных материалов: Совокупность мероприятий (внесение вяжущих и
других веществ, последовательное выполнение всех предусмотренных
технологических операций), обеспечивающих в конечном итоге коренное изменение
свойств укрепляемых материалов с приданием им требуемой прочности, водо- и
морозостойкости; осуществляется в дорожном и аэродромном строительстве (ГОСТ
23558-94).
3.2.27 универсальные
стабилизаторы: Стабилизаторы, которые в водных растворах диссоциируют с
образованием положительно и отрицательно заряженного иона (катиона, аниона).
3.2.28 физико-механические
свойства грунта: Свойства грунта, определяющие его модуль деформации (ГОСТ
12248-2010), прочность на раздавливание (ГОСТ
26447-85), величину структурного сцепления и угла внутреннего трения.
3.2.29 число пластичности Iр: Разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на
границе текучести Wi и на границе раскатывания Wp (ГОСТ
5180-84).
4. Общая классификация
стабилизаторов
4.1 При разработке Общей
классификации стабилизаторов, применение которых ориентировано на дорожное
строительство, учитывались следующие основные факторы:
• сложившиеся в практике
транспортного строительства технологические схемы и способы механизированного
внесения стабилизаторов в грунты;
• особенности химической
природы поверхностной активности стабилизаторов, в которой находит отражение
наиболее принципиальное и важное свойство их химического состава;
• наличие или отсутствие в их
составе компонентов, способных в различной степени и глубине оказывать
структурообразующий эффект на глинистые грунты.
4.2 Для учета перечисленных
факторов в качестве «делителей» базового понятия «Стабилизатор» в основу
формирования Общей классификации стабилизаторов были заложены такие признаки,
как:
• физическое состояние
стабилизатора;
• способность стабилизатора
растворяться в воде;
• физико-химическая основа
строения стабилизатора;
• вид стабилизатора в
зависимости от его физико-химической основы (катионные, анионные,
универсальные, биологические, наноструктурированные, структурированные).
4.3. Общая
классификация стабилизаторов с учетом изложенного имеет вид, представленный на
рисунке 1, где все производимые в
настоящее время стабилизаторы разделены по следующим основным уровням.
Тип стабилизатора:
|
- жидкий концентрат;
|
|
- порошкообразный и смешанный
|
|
(жидкий + порошкообразный)
|
Класс стабилизатора:
|
- водорастворимые стабилизаторы;
|
|
- водонерастворимые и частично
нерастворимые стабилизаторы
|
Подкласс стабилизатора:
|
- поверхностно-активные вещества (ПАВ);
|
|
- биопрепараты;
|
|
- наноструктурированные системы;
|
|
- ПАВ совместно со
структурообразователями
|
Вид стабилизатора:
|
- катионные, анионные, универсальные,
биологические, наноструктурированные и структурированные.
|
4.4 Практическая
ценность наличия исходной информации (от производителя) по типу и классу
конкретного стабилизатора заключается в том, что она позволяет произвести
предварительную оценку имеющихся у строительной организации средств механизации
(дозаторов, ресайклеров и т.п.) с точки зрения их способности с требуемым
качеством распределить и перемешать с глинистым грунтом данную добавку.
5. Дорожная классификация
стабилизаторов
5.1 При разработке Дорожной
классификации стабилизаторов учитывался накопленный отечественный и зарубежный
опыт использования химических добавок (стабилизаторов) и вяжущих для улучшения
свойств грунтов в дорожном строительстве. Однако, применительно к отечественной
практике дорожного строительства, следует четко разграничить две параллельно
существующие, но принципиально различные технологии: технологию стабилизации
грунтов и технологию укрепления грунтов.
5.2 Технология стабилизации
отличается тем, что глинистые грунты обрабатываются только теми видами стабилизаторов,
которые не содержат вяжущих как структурообразующих элементов, т.е. согласно
Общей классификации (см. рисунок 1)
к ним следует относить катионные (катионоактивные), анионные (анионоактивные),
универсальные, биологические и наноструктурированные стабилизаторы.
5.3 С помощью технологии
стабилизации изменяется в положительную сторону практически весь
комплекс водно-физических свойств глинистого грунта. При этом увеличивается его
гидрофобность. За счет уменьшения коэффициента фильтрации снижается его
водопроницаемость. Также снижаются, вплоть до полного исключения, пучинистость
и набухаемость грунтов. Уменьшается высота капиллярного поднятия и оптимальная
их влажность с одновременным ростом максимальной плотности при стандартном
уплотнении (ГОСТ
22733-2002).
5.4 Технологию стабилизации
следует рекомендовать к применению для грунтов, укладываемых в рабочем слое
земляного полотна, так как наиболее интенсивно процессы водно-теплового режима
(ВТР) и влагопереноса затрагивают, главным образом, верхнюю часть земляного
плотна дорожной конструкции. При этом стабилизация грунтов
рабочего слоя не только благоприятно повлияет на ВТР, но и даст возможность
укладывать местные глинистые грунты, ранее не пригодные для использования в
этом элементе дорожной конструкции, за счет подъема их водно-физических
характеристик по водопроницаемости (ГОСТ
25584-90), пучинистости (ГОСТ
28622-90), набухаемости (ГОСТ
24143-80) и размокаемости (ГОСТ
5180-84) до требуемых величин.
5.5 Технология комплексной
стабилизации отличается тем, что глинистые грунты обрабатываются
структурированными стабилизаторами (см. рисунок 1), т.е. теми, которые содержат в своем составе вяжущее,
либо любыми другими стабилизаторами в количестве, не превышающем 2 % по массе
грунта, либо применяются все другие виды стабилизаторов, согласно их Общей
классификации (см. рисунок 1,
рисунок 2), но с дополнительным
внесением в грунт вяжущего в тех же количествах.
5.6 Технологии комплексной
стабилизации глинистых грунтов, кроме улучшения их водно-физических
свойств, способствует образованию жестких кристаллизационных связей, что
положительно сказывается на увеличении физико-механических характеристик
грунтов и в первую очередь таких, как сдвиговая прочность и модуль деформации.
Увеличение прочностных и
деформационных характеристик комплексно стабилизированных глинистых грунтов
дает возможность использовать их для устройства не только рабочего слоя, но и
для обочин, а также грунтовых оснований дорожных одежд и покрытий местных
(сельских) дорог.
5.7 Увеличение количества
используемого при обработке грунта вяжущего сверх 2 % по массе при сохранении
количества вводимых в грунт добавок стабилизаторов (до 0,1 % по массе)
переводит технологию стабилизации грунтов в технологию укрепления
грунтов, которую с учетом наличия добавок следует характеризовать
как технологию комплексного укрепления грунтов.
Наличие в укрепленном
глинистом грунте добавок стабилизаторов, во-первых, приводит к снижению
требуемого расхода вяжущего и, во-вторых, дает возможность увеличить морозо- и
трещиностойкость укрепленных грунтов.
Комплексно укрепленные грунты также как грунты укрепленные следует применять в
качестве оснований в конструкциях дорожных одежд в соответствии с ГОСТ
23558-94.
5.8 С учетом изложенного,
Дорожная классификация стабилизаторов (см. рисунок 2) составлена по целевым функциям обработки грунтов
добавками. Это означает, что в зависимости от конечной функции обработанного
стабилизаторами грунта, выбирается определенный вид обработки грунта с учетом
свойств грунта по показателю рН и вида совместимого с этим грунтом
стабилизатора.
Также по функции свойств
грунта определяется назначение получаемого материала в требуемый конструктивный
элемент дорожной одежды и земляного полотна автомобильной дороги. Поэтому
прикладной характер Дорожной классификации стабилизаторов выражен в ее
функциональной направленности, т.е. она четко отражает цель и область
использования стабилизатора в дорожной конструкции. Поэтому выделяются
следующие основные целевые функции:
Первая функция -
гидрофобизация грунта в
рабочем слое.
Вторая функция -
структуризация (совместно
с гидрофобизацией) грунта в основаниях дорожных одежд.
Третья функция - повышение
морозо- и трещиностойкости
укрепленных грунтов в конструктивных слоях дорожных одежд.
Все выделенные целевые
функции процесса воздействия на грунт добавками стабилизатора
реализуются с помощью сходной технологии, в основе которой лежит объединение
грунта с добавками и его уплотнение при оптимальной влажности.
5.9 Различие в
физико-механических свойствах грунтовой смеси зависит от вида и количественных
соотношений стабилизатора и вяжущего в грунте и вида последнего. Поэтому в
качестве основы деления наиболее общего и широкого понятия «Обработка
грунтов добавками» выбраны следующие основные признаки.
Класс: Определяется глубиной воздействия и степенью изменения структурных
и физико-механических характеристик грунта.
Вид: Определяется типом добавок и их количественным соотношением, с
помощью которых реализуется требуемый уровень изменения физико-механических
характеристик грунта.
Подвид: Определяется условиями совместимости в грунтовой смеси знака
заряда ионов стабилизатора и видом грунтов по рН (кислые, щелочные,
нейтральные).
5.10 В разработанной Дорожной
классификации стабилизаторов рассматриваются лишь те материалы и добавки, а
также виды и разновидности грунтов, которые получили наиболее широкое
применение и имеют положительный практический опыт. Исходным продуктом в
Дорожной классификации являются стабилизаторы, виды которых соответствуют их
Общей классификации (см. рисунок 1).
Для обработки стабилизаторами
следует применять при оптимальной влажности: грунты с числом пластичности от 1
до 22, при содержании песчаных частиц не менее 40 % по массе и пределом
текучести WL не более 50 %, а также все разновидности крупнообломочных и
песчаных грунтов, содержащих в своем составе пылеватые и глинистые частицы в
количестве не менее 15 % по массе, с содержанием легкорастворимых солей -
сульфатов - не более 2 % по массе, хлоридов - не более 4 % по массе, гумуса -
не более 2 % по массе и примеси гипса - не более 10 %.
Рисунок 1 - Общая классификация
стабилизаторов
Рисунок 2 - Дорожная классификация
стабилизаторов по целевым функциям обработки грунтов
Библиография
[1] ОДМ 218.1.001-2010
|
Рекомендации по разработке и применению
документов технического регулирования в сфере дорожного хозяйства
|
[2] ОДМ 218.1.002-2010
|
Рекомендации по организации и проведению
работ по стандартизации в дорожном хозяйстве
|
|
|
Ключевые слова: грунт, стабилизаторы, дорожное
строительство, классификация
Руководитель
организации-разработчика
Общество с ограниченной ответственностью
«Научно-внедренческий центр «Инновационные дорожные технологии»
Генеральный
директор ___________________ Э.М. Добров