Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.1.004-2011 Классификация стабилизаторов грунтов в дорожном строительстве.
ОДМ 218.1.004-2011
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ
Классификация стабилизаторов грунтов в дорожном строительстве
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 N 997-р.
4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.
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 усадкиё
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: Свойства химического вещества в водном растворе распадаться на положительно (катионы) и отрицательно (анионы) заряженные составляющие (ионы).
3.2.9 дренирование: Сбор и перенос жидких атмосферных осадков, грунтовой 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).
3.2.13 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.
3.2.19 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 грунтов 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.
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. |
Рисунок 1 - Общая классификация стабилизаторов
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 полотна 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% от массы 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.
Рисунок 2 - Дорожная классификация стабилизаторов по целевым функциям обработки грунтов
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 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 оснований 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 классификации являются стабилизаторы, виды которых соответствуют их Общей классификации (см. рисунок 1).
Библиография
Рекомендации по разработке и применению документов технического регулирования в сфере дорожного хозяйства | |
Рекомендации по организации и проведению работ по стандартизации в дорожном хозяйстве |