Укрепленные грунты (Свойства и применение в дорожном и аэродромном строительстве) - Безрук В.М., Гурячков И.Л., Луканина Т.М., Агапова Р.А.

Автор: Безрук В.М. Гурячков И.Л. Луканина Т.М. Агапова Р.А.
Теги: автомобильные дороги в целом внегородские дороги городские дороги строительство строительное проектирование фундаменты автомобильные дороги грунты
Год: 1982
Похожие
Проектирование автомобильных дорог. Часть 1
Зимнее содержание автомобильных дорог
Технология строительства дорог. Практикум: учебное пособие
Автомобильные дороги: (Примеры проектирования)
Текст
                    
УКРЕПЛЕННЫЕ
ГРУНТЫ
(СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ
В ДОРОЖНОМ И АЭРОДРОМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ)
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1982

AMEI
УДК 625.731.2 : 624.138.22


г*
Укрепленные грунты. (Свойства и применение в дорожном
и аэродромном строительстве)/В. М. Безрук, И. Л. Гурячков,
Т. М. Луканина, Р. А. Агапова. — М.: Транспорт, 1982. — 231 с.
В книге изложены современные методы укрепления различных
грунтов и других местных материалов (отходов промышленности,
малопрочных каменных материалов), применение укрепленных мате-
риалов в дорожном и аэродромном строительстве; приведены тех-
нология и механизация производства работ и рассмотрены требова-
ния к укрепленным материалам в различных климатических услови-	X
ях на дорогах разных категорий и классах аэродромов.
Книга рассчитана на инженеров-проектировщиков и строителей,
а также может быть полезна научным работникам и преподавате-
лям вузов.
Ил. 40, табл. 56, бнблиогр. 84 назв.
Рецензент д-р техн, наук М. Н. Першин
Заведующий редакцией В. Г. Чванов.
Редактор Л. Н. Пустовалова^
3603020000-088
У ----------------88-82
049(01)-82
(g) Издательство «Транспорт», 1982.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Увеличение объемов строительства автомобильных дорог, ко-
торое предусматривается постановлением ЦК КПСС и Совета Ми-
нистров СССР «О мерах по улучшению строительства, ремонта и
содержания автомобильных дорог в стране» (апрель 1980 г.), a t
также «Основными направлениями экономического и социального
развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года»,
ставит перед дорожниками нашей страны важную задачу по созда-
нию опорной сети магистральных дорог и расширению строитель-
ства автомобильных дорог в сельской местности. Указанным по-
становлением предусматривается широкое использование прогрес-
сивных технологий сооружения дорог, эффективных и нетрадицион- j
ных материалов, применение отходов и побочных продуктов произ-
водства.
В тех районах строительства, где нет местных месторождений
каменных материалов, возникает необходимость в огромных пере- -i
возках камня за многие сотни километров, что увеличивает пер-
воначальную стоимость этих материалов примерно в 4—6 раз л
является главной причиной значительного удорожания дорожного
и аэродромного строительства. Поэтому уже в начальный период
дорожных исследований приступили к разработке разнообразных
методов укрепления местных грунтов с применением добавок раз-
личных вяжущих веществ. Первые же результаты подтвердили
практическое их значение и установили большую перспективность
их применения в районах строительства, не обеспеченных местны-
ми каменными материалами.
Под укреплением грунтов и других местных материалов (отхо-
дов промышленности, малопрочных каменных материалов и др.)
следует понимать всю совокупность мероприятий (внесение вяжу-
щих и других веществ, последовательное выполнение всех преду-
смотренных технологических операций), обеспечивающих в конеч-
ном итоге коренное изменение свойств укрепляемых материалов с
приданием им требуемой прочности, водо- и морозостойкости.
В настоящее время в Советском Союзе построено и эксплуатиру-
; ется свыше 20000 км автомобильных дорог, где применены раз-
j личные укрепленные местные материалы для устройства дорожных !
оснований или покрытий облегченного типа. Объемы работ с при-
$ менением укрепленных местных материалов возрастают с каждым
k годом.
t	к 3
'  . ..
Дальнейшее развитие исследований в рассматриваемом напрй^ЙРЙ:,
лении должно идти по пути совершенствования и разработки нс
комплексных методов, расширения применяемых для укрепления®
вяжущих и других веществ с использованием в максимальной стеЙ*^
пени различных побочных продуктов промышленности.
Важной и неотложной задачей являются разработка новых 6o^5|i
лее высокопроизводительных комплектов машин и создание точных?®'
оперативных методов и приборов для быстрого контроля качества Л?
выполняемых технологических операций и определения прочности ||
и других свойств укрепленного материала в конструктивном слое. 3
Обобщению опыта, накопленного многими исследователями по •<
укреплению вяжущими материалами природных грунтов, местных ?
малопрочных каменных материалов, а также обломочных отходов J
промышленности с использованием в этих целях активных побоч-
ных продуктов промышленных предприятий, подробному рассмот-
рению наиболее перспективных методов укрепления, принципов
технологии и механизации производства работ, посвящена данная
книга.
Предисловие, гл. 1, 2, 7 и 8 написаны В. М. Безруком; гл. 3—
И. Л. Гурячковым; гл. 4 и 5 — В. М. Безруком и Т. М. Луканиной;
гл. 6 — Р. А. Агаповой.
Авторы приносят ‘глубокую благодарность д-ру техн, наук,
проф. М. Н. Першину за рецензирование и ценные замечания по
рукописи книги.
Лг-
'4,
¥
Глава 1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УКРЕПЛЕНИИ ГРУНТОВ
КЛАССИФИКАЦИЯ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГРУНТОВ
Самые разнообразные горные породы в широком диапазоне их
состава и генезиса принято называть грунтами [51]. При строитель-
Хстве автомобильных дорог и аэродромов грунты широко использу-
ются в качестве природного местного материала для устройства
^земляного полотна.
Л* Все грунты подразделяются на три класса:
,'4'' О грунты со сплошными жесткими кристаллизационными свя-
•7 зями (магматические, метаморфические и осадочные породы раз-
ной прочности);
2) грунты без жестких связей между отдельными зернами или
частицами (осадочные крупнообломочные, песчаные и глинистые
-породы, включая также почвы различных типов);
3) искусственные грунты без жестких связей и с жесткими свя-
зями (отходы промышленности и дробления скальных пород, а
• также различные виды укрепленных грунтов).
По СНиП П-15-75 грунты различного геологического возраста,
состава и происхождения подразделяются на скальные и нескаль-
¥дные.
.-S ’’ Скальные грунты характеризуются монолитностью и наличием
,^прочных жестких кристаллизационных связей, нескальные грунты
М^Зкестких связей между частицами не имеют. Это — обломочные
йгрунты, содержащие частицы различных размеров, характеризую-
Ж^щиеся разнообразными свойствами и химико-минералогическим
зЫсоставом.
В настоящей книге рассматриваются методы укрепления раз-
•Ж-личных видов и разновидностей грунтов, лишённых жестких связей,
р^что вызывает необходимость придания им требуемой прочности,
^^монолитности и морозостойкости.
Основным исходным материалом (сырьем), подвергаемым
^укреплению при строительстве автомобильных дорог и аэродромов
жЗяутем смешения грунта с различными вяжущими материалами и
«.другими веществами, обычно являются нескальные природные и
Ш искусственные грунты, (без жестких связей между частицами):
Ж;.крупнообломочные, песчаные и глинистые виды и разновидности.
ЖН Для укрепления могут быть использованы малопрочные скаль-
Л -ные грунты, но обязательно раздробленные на частицы разных
.[размеров.
4F Эффективному укреплению подвергаются различные виды и раз-
Жу новидности искусственных грунтов, представляющих собой обло-

-г
— W» - Л
Таблица 1
Виды крупиообломочных и песчаных грунтов	Содержание частиц по круп- ности, % от массы сухого грунта	Пригодность грунтов при укреп- лении их вяжущими материалами
Крупнообломочные Щебенистый (при пре-	Более 50% крупнее	Весьма пригоден при до-
обладании окатанных ча- стиц — галечниковый) Дресвяный (при преоб-	10 мм Более 50% крупнее	бавке:	портландцемента, шлакопортлаидцемента; портландцемента + молотые шлаки или золошлаковые смеси, либо золы уноса; из- вести + молотые шлаки или золы уноса; портландцемен- та + битумные эмульсии или жидкий битум, либо нефть; жидкого битума или каменноугольного дегтя; ак- тивных зол уиоса и др. То же
ладании окатанных час- тиц — гравийный)	2 мм	
Песчаные		
Песок гравелистый	Более 25% крупнее	>
» крупный	2 мм Более 50% крупнее	Весьма пригоден при раз-
» средней круп-	0,5 мм Более 50% крупнее	нозернистом составе и при- менении вяжущих веществ, указанных выше Пригоден, но меиее, чем крупный и гравелистый пе-
ности	0,25 мм	сок при добавке: портланд- цемента или шлакопорт- ландцемента; портландце- мента + молотые шлаки или золошлаковые смеси, ли- бо золы уноса; извести + - молотые шлаки или золы уиоса; портландцемента + - битумные эмульсии или жидкий битум, либо нефть, > СаС12, СДБ и другие веще- ства; карбамидных смол + + битумные эмульсии или нефть; молотых шлаков или активных зол уноса с добав- ками других веществ
6
Продолжение табл. 1
Виды крупнообломочных и песчаных грунтов	Содержание часуиц по круп- ности, % от массы сухого грунта	Пригодность грунтов при укреп- лении их вяжущими материалами
Песок мелкий » пылеватый	Более 75% крупнее 0,1 мм Менее 75% крупнее 0,1 мм	Пригоден при добавке тех же вяжущих и других ве- ществ, как и при укреплении песков средней крупности Пригоден при добавке тех же вяжущих и других ве- ществ, как и при укреплении песков средней крупности и мелких песков
Примечания. 1. Для установления наименования грунта по табл. 1 последова-
тельно суммируются проценты содержания частиц исследуемого грунта: сначала крупнее
10 мм, затем крупнее 2; 0,5 мм и т. д. Наименование грунта принимается по первому
удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований в табл. 1.
2. Максимальный размер частиц в укрепляемом грунте должен быть не более 40 мм.
мочные (дискретные) отходы промышленных предприятий (метал-
лургические и топливные шлаки, золошлаковые смеси, золы уноса,
продукты дробления и обогащения каменных пород).
В соответствии с требованиями СНиП II-15-75 и СН 449-72, а
также ГОСТ 25100—82 природные и искусственные нескальные
грунты в зависимости от величины обломков, содержания и соот-
ношения частиц различных размеров подразделяются на:
крупнообломочные несцементированные грунты, при содержании
частиц размером крупнее 2 мм более 50% по массе;
песчаные грунты, характеризующиеся сыпучестью в сухом со-
стоянии и содержащие частицы крупнее 2 мм менее 50% по массе;
глинистые грунты, характеризующиеся связностью в сухом и
пластичностью во влажном состоянии и числом пластичности бо-
лее 1.
Более дробное деление крупнообломочных, песчаных и глини-
стых грунтов на виды и разновидности производят, как указано в
табл. 1 и 2. При правильном выборе вяжущих материалов и введе-
нии добавок в оптимальном соотношении эффективному укрепле-
нию могут подвергаться грунты в очень широком диапазоне их гра-
нулометрического состава.
В указанных таблицах приводятся лишь наиболее часто приме-
няемые на практике вяжущие вещества в сочетании с добавкой или
без добавки активных и других веществ. После предварительного
подбора состава смесей и испытания образцов виды вяжущих ма-
териалов и их эффективное сочетание с добавками других веществ
существенно могут быть расширены и, следовательно, расширено
количество вариантов в составе смесей, обеспечивающих требуемые
прочность, морозостойкость и другие свойства конструктивного слоя
из укрепленных грунтов.
OS
Таблица 2
	Виды глинистых грунтов	Число плас- тичности		содержание песчаных час- тиц, % от мас- сы сухого । грунта	Разновидности глинистых грунтов		Пригодность грунтов при укреплении их вяжущими материалами
-		1-7	>50%		Супесь легкая, крупная		Весьма пригодна при добавке: портландцемента или шлакопортландце- меита; портландцемента-(-известь, либо СаС12 или СДБ; молотых домен- ных или топливных шлаков + СаС12, или NaCl, или других активных ве- ществ; портландцемента + битумная эмульсия или жидкий битум, или нефть; активных зол уноса с добавкой или без добавки извести или це- мента; жидких битумов или каменноугольных дегтей с добавкой или без добавки цемента или извести; карбамидных смол с добавкой или без добавки битумной эмульсии или нефти
	Суиесь	1-7	>50%		Супесь	легкая	То же
		1-7	20—50		>	пылеватая /	Пригодна при добавке тех же вяжущих веществ, как и при укреплении легких супесей, но с увеличенным расходом вяжущих материалов и доба- вок других веществ
		1-7		<20	>	тяжелая, пыле- ватая	Пригодна при добавке тех же вяжущих и других веществ, как при ук- реплении пылеватых супесей, но получаемая степень укрепления несколько ниже
	Суглинок - . М’* > IJ.	7-12 7—12	>40 <40		Суглинок легкий То же, пылеватый		Весьма пригоден при добавке портландцемента и шлакопортлаидцемеита без или с добавкой СаС12 или других солей; пригоден при добавке карба- мидных смол + битумная эмульсия или нефть; жидких битумов или ка- менноугольных дегтей или без добавки извести или цемента; цемента + + золы уиоса; извести Пригоден при добавке: портландцемента или шлакопортландцемента с добавкой или без добавки извести или СаС12, либо других солей; извести или известково-шлакового цемента; портландцемента с добавкой золы уно- са или золошлаковых солей; жидких битумов или дегтей с добавкой или без добавки цемента или извести, карбамидных смол
>40 '
12-17
12—17 <40 То же, пылеватый
углййок ' «йкелай
?-'• "?:» '-Л'''	':;. "“' ' '
Йрйгддейпря добавке: извести молотой негашеной или гашеиой; Извест-
ково-шлакового цемента с увеличенным содержанием извести; портлаидце-
меита+известь или СаС12; NaCl либо другие соли или ПАВ; жидкого биту-
ма или каменноугольного дегтя+цемент или известь, либо ПАВ
Пригоден при добавке: извести молотой негашеной или гашеной; извест-
ково-шлакового цемента с увеличенным содержанием извести; портландце-
мента + известь или СаС12; NaCl либо другие соли или ПАВ; жидкого би-
тума или каменноугольного дегтя + цемент или известь, либо ПАВ
	17—27	>40	Глина песчанистая	Пригодна, ио при увеличенных добавках: извести молотой негашеной или
Глииа	17—27	>40	Глииа пылеватая	гашеиой; известково-шлакового цемента с увеличенным содержанием изве- сти; портландцемента + известь + поверхностно-активные или другие до- бавки То же
	27	Не нор- мируется	» жирная	Грунт является непригодным для укрепления любыми вяжущими мате- риалами вследствие большой технологической трудности его обработки и ввиду очень больших добавок вяжущих веществ
Примечания. 1. При наличии в глинистых грунтах частиц крупнее 2 мм к наименованию грунта по табл. 2 должны прибавляться
слова	«с галькой»	(«с щебнем») или «с гравием» («с дресвой»), если содержание соответствующих	частиц составляет 15—25%	по	массе
и	«галечниковый»	(«щебенистый») или «гравелистый» (дресвяиистый»), если этих частиц содержится в	грунте 25—50% по массе.
2	При наличии в грунте частиц крупнее 2 мм более 50% по массе, он относится к крупиообломочным.
3.	Содержание	песчаных частиц размером 2—0,25 мм указывается для супесей легких крупных, для	остальных разновидностей	грунтов —
песчаных частиц размером 2—0,05 мм.
4. Максимальный размер частиц в укрепляемом грунте должен быть не более 25 мм.


Наиболее высокая степень укрепления при относительно наи-
меньшем расходе вяжущих и других веществ достигается при укреп-
лении крупнообломочных грунтов, гравелистых и разнозернистых
крупных песков. Поэтому при возможности выбора и экономической
целесообразности всегда надо укреплять именно эти виды природ-
ных и искусственных грунтов.
Пески, супеси и легкие суглинки различного состава, как пра-
вило, также являются хорошим исходным сырьем, обеспечивающим
большой технико-экономический эффект при их укреплении.
Обширные территории в нашей стране характеризуются залега-
нием наиболее неблагоприятных видов грунтов: тяжелых суглинков
и глин различного состава и генезиса. Поэтому, несмотря на повы-
шенный расход вяжущих и других веществ и большие затруднения
при выполнении технологических операций, все же выгодно подвер-
гать такие грунты укреплению, используя их, как правило, для
устройства оснований и дополнительных слоев. При этом достига-
ется большая экономия материальных ресурсов: намного уменьша-
ется потребность в железнодорожных и автомобильных перевозках
материалов, повышается производительность труда. Следовательно,
при окончательном выборе видов грунтов, подвергаемых укрепле-
нию, всегда надо подходить дифференцированно и учитывать весь
комплекс природных факторов, техническую и экономическую эф-
фективности.
Используя крупнообломочные и песчаные грунты (за исключе-
нием мелких и пылеватых песков), можно получать смеси опти-
мального гранулометрического состава, которые являются наиболее
пригодными для укрепления вяжущими материалами.
Крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средние
пески целесообразно использовать не только для укрепления, но и
применять их в качестве скелетных гранулометрических добавок.
Максимальный размер частиц крупнообломочных грунтов должен
быть не более 25 мм, что обеспечивает получение смесей более рав-
номерного состава и предохраняет рабочие органы машин от поло-
мок при перемешивании. Обломки размером более 25 мм удаляют
путем предварительной отгрохотки.
При использовании в качестве вяжущего или активной добавки
гранулированных молотых шлаков, золошлаковых смесей, зол
уноса и медленнотвердеющих вяжущих (известково-зольных, це-
ментно-зольных) допускается применять оптимальные смеси с пре-
рывистой гранулометрией.
При укреплении глинистых видов грунтов (супесей, суглинков
и особенно тяжелых суглинков и глин) в целях правильной оценки
и всестороннего учета влияния степени дисперсности грунта на эф-
фективность его укрепления необходимо учитывать гранулометри-
ческий, агрегатный и микроагрегатный составы укрепляемого
грунта.
Вековые процессы, происходящие при формировании свойств
грунта, приводят в определенных условиях к слипанию и природ-
ной цементации первичных частиц (особенно глинистых и коллоид-
10
иых) и образованию микро- и макроагрегатов грунта. Размер та-
аких частиц иногда составляет несколько сантиметров, а чаще всего
находится в пределах 0,1—2 см. Они обладают большей или мень-
шей прочностью и водоустойчивостью.
Наличие в грунтах прочных макро- и микроагрегатов резко
уменьшает степень дисперсности грунта и существенно изменяет
его первоначальные свойства. Например, в таких грунтах повыша-
ется его водопроницаемость, уменьшается капиллярное поднятие
воды, уменьшаются гидрофильность и величина набухания, улуч-
шается способность грунта к размельчению и др.
При наличии прочной и водоустойчивой микроструктуры в
грунтах (например, в лессовых) существенно улучшаются условия
, взаимодействия вяжущих веществ с поверхностью частиц и микро-
агрегатов грунта. При этом повышается прочность укрепленного
грунта.
Правильный учет и направленное использование особенностей
гранулометрического и микроагрегатного составов грунтов при
укреплении их различными вяжущими материалами и добавками
других веществ — обязательное условие при разработке новых и
совершенствовании существующих методов укрепления грунтов.
МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВЫ
ГРУНТОВ
При установлении пригодности того или иного вида грунта для
\ укрепления вяжущими материалами необходимо учитывать и на-
. правленно использовать минералогический и химический составы
укрепляемого грунта.
При этом следует отметить, что изменение гранулометрическо-
го состава возможно, а иногда и выгодно с экономической стороны.
Изменение же минералогического и химического составов укреп-
* ляемого грунта является практически невыполнимым требовани-
ем. Грунты, в особенности глинистые их разновидности, представ-
ляют собой полидисперсные полиминеральные системы. Свойства
таких систем весьма сложны и изменчивы и комплексно отражают
особенности входящих в систему частиц различной степени дисперс-
ности и состава.
л <
Минералогический и химический составы грунта оказывают зна-
чительное влияние не только на физические свойства и степень
устойчивости грунта, но также на результаты укрепления.
Минералогический и химический составы резко отличаются в
зависимости от исходного состава горной породы, степени ее раз-
дробления, условий формирования и залегания.
Крупнообломочные грунты представляют собой обломки горных
пород, состоящие обычно из групп минералов. С увеличением сте-
пени раздробленности горной породы и переносом продуктов вы-
ветривания частицы грунта преимущественно состоят из отдельных
стойких минералов, например кварца. Преобладание зерен кварца
11
амем.м;
в. тс

наиболее характерно для многих песчаных грунтов (барханные;
дюнные и др.).
В глинистых грунтах минералогический состав особенно неод-
нороден, так как в них накапливаются в большем или меньшем ко-
личестве различные тонкодисперсные глинистые минералы.
Установлено, что большинство минералов, слагающих грунт,
являются кристаллическими веществами. Многочисленный класс
минералов представлен силикатами, которые составляют примерно
85% состава земной коры и наиболее характерны для различных^,
грунтов, используемых в дорожном и аэродромном строительстве. .5
Наибольшее распространение и значение имеют следующие мине-
ралы, относящиеся к классу силикатов.
Полевые шпаты характеризуются большой твердостью, спай-
ностью и хорошо заметным стеклянным блеском. Различают два
основных вида полевых шпатов: калиево-натриевые (ортоклазы) и
кальциево-натриевые (плагиоклазы).
Полевые шпаты — сравнительно прочные минералы, они практи-
чески нерастворимы в воде. При выветривании этих минералов в ус-
ловиях медленного выноса из них щелочных элементов могут об-
разовываться гидрослюды.
Роговая обманка и авгит представляют собой сложные силика-
ты, содержащие в своем составе железо, кальций и магний.
Слюды бывают двух видов: биотит (черная слюда) и мусковит
(белая слюда). Слюды относятся к сложным алюмосиликатам, в
состав которых, помимо других элементов, входят железо, магний
и калий. Эти минералы характеризуются совершенной спайностью,
небольшой твердостью и относительно малой стойкостью в отноше-
нии воздействия различных факторов выветривания.
Во многих грунтах, особенно в условиях IV и V дорожно-кли-
матических зон, часто встречается минерал вторичного происхож-
дения — кальцит.
Кальцит (известковый шпат) относится к классу карбонатов.
Твердость его небольшая (3).
В больших скоплениях кальцит образует при определенных ус-
ловиях горные породы — кристаллические известняки и мрамор.
Кальцит легко распознается по вскипанию при действии 10%-ной
НС1 в результате выделения углекислоты.
Доломит, представляющий собой двойную соль кальция и маг-
ния, по химическому составу стоит близко к кальциту.
Весьма широко распространен в природе и в грунтах, использу-
емых в дорожном строительстве, минерал кварц.
Кварц представляет собой двуокись кремния (SiO2) и относит-
ся к классу окислов. Кварц — один из главных и наиболее прочных
минералов магматических пород (твердость его по шкале Мооса
равна 7). В метаморфических породах (например, кварцитах) и в
рыхлых обломочных (кварцевых песках) содержание этого» мине-
рала доходит почти до 100%. В химическом и физическом отноше-
нии кварц весьма устойчивый минерал.
12
Бурый железняк, или лимонит (2Fe2O3-3H2O),— минерал вто-
ричного происхождения, буровато-желтого или красно-бурого цве-
та, характеризуется различной твердостью (1—5). Он образуется

•- путем разложения магнитного железняка или же выпадения из
грунтовых вод в местах выхода их иа дневную поверхность отложе-
ний, называемых болотной рудой; распространен в природе в виде
самостоятельных скоплений примесей, пленок и примазок на по-
верхности отдельных зерен кварца, полевых шпатов или обломков
i- различных пород. Присутствие лимонита придает характерную
> красновато-бурую или желтую окраску содержащим его грунтам.
[ . Пирит, или серный колчедан (FeS2),— минерал, относящийся к
i.Z классу сульфидов. Он кристаллизуется в виде кубиков различных
Г ?? размеров. Цвет его золотисто-желтый, блеск металлический, твер-
ьГ?-ч дость 6,6. При действии кислорода воздуха и воды пирит выветри-
F. . вается с образованием серной кислоты.
Грунты, содержащие пирит в количестве более 1%, малопри-
К ? годны или непригодны для укрепления портландцементом или дру-
гими видами цемента.
Гипс (CaSO4-2H2O) является кристаллическим минералом бе-
1 лого или серого цвета и относится к классу сульфатов. Твердость
его небольшая (2), блеск стеклянный. Гипс характеризуется замет-
ной растворимостью (2—7 г/л). Кристаллическая или скрыто-кри-
сталлическая безводная разновидность гипса — ангидрит (CaSO4)
характеризуется несколько большей твердостью, чем гипс (3,0—
>	3,5). Гипс в большем или меньшем количестве часто встречается
в грунтах, залегающих в IV или V дорожно-климатических
зонах.
О' При значительной степени дисперсности грунта, например, в
супесях, суглинках и глинах среди частиц размером менее 0,005 мм
С . преобладают вторичные слоистые алюмосиликаты (или ферросили-
каты), представляющие собой тонкодисперсные минералы, называе-
шь/ мые глинистыми минералами.
КЙ?. Глинистые минералы — продукт химического изменения первич-
ных минералов (полевых шпатов, гидрослюд и др.). Им присущи
F большая степень дисперсности, значительная гидрофильность и
г как следствие этого большое набухание в воде.
В зависимости от содержания и состава глинистых минералов
грунты становятся пластичными и липкими при определенной сте-
ч*; пени их увлажнения, проявляют связность в сухом состоянии, уве- ч
личивается в значительной степени их обменная и водоудерживаю-
г г? щая способность и др.	;
h jf' Наличие указанных минералов существенно влияет на степень
укрепления грунтов и формирование их структурно-механических j
[yr свойств.	
Для большинства глинистых минералов характерен ряд общих ?
Ку-- специфических черт:	<
они встречаются в виде очень мелких кристаллов, размер кото- J
рых не превышает нескольких микрометров и измеряется долями
микрометра;	И
. •- ' .а- -i
ИI »Iik.	- . -Ri-.-A'.	.	...	- i	i'5-л .,‘u- .. .
кристаллы этих минералов имеют слюдоподобную, т. е. пластин-
чатую (реже игольчатую) форму;
глинистые минералы обладают хорошо выраженной поглоти-
тельной (обменной) способностью;
в составе этих минералов всегда присутствует химически свя-
занная вода, которая выделяется при температуре в несколько со-
тен градусов. Эта температура у разных глинистых минералов
различная, и поэтому ее определение является одним из методов
их распознавания.
Поскольку для указанного типа минералов характерно слоистое
строение, их называют слоистыми алюмосиликатами. Они пред-
ставляют собой сочетание наложенных друг на друга тетраэдриче-
ских и октаэдрических слоев. В зависимости от числа этих слоев,
объединенных в элементарные пакеты, различают двух-, трех- и
четырехслойные минералы. Десять—двадцать элементарных паке-
тов образуют кристаллическую пластинку или чешуйку. Из таких
пластинок, чешуек или другой формы частиц и состоит обычно мас-
са различных глин.
Размеры пластинок или другой формы частиц редко превосхо-
дят 10 мкм, обычно составляют 1 мкм и менее.
Многочисленные глинистые минералы (называемые иногда кол-
лоидно-дисперсными) по совокупности признаков разделяют на три
основные группы: каолинит, монтмориллонит и гидрослюды.
Каолинит — относительно стойкий минерал, содержащийся во
многих глинистых грунтах. Это простейший глинистый минерал
кристаллического строения, состоящий из одного тетраэдрического
и одного октаэдрического слоев. Соседние элементарные пакеты
расположены таким образом, что атомы кислорода одного пакета
и гидроксильные группы соседнего сближены попарно и между
ними возникает прочная водородная связь — О—ОН. Поэтому у
пластинок каолинита плохо выражена спайность. При увлажнении
подвижность кристаллической решетки не наблюдается ввиду ее
жесткости. Каолинит так же, как и галлуазит, входящий в эту же
группу минералов, обладает небольшой набухаемостью при увлаж-
нении водой и ему свойственна малая обменная способность. Обмен
катионов происходит по внешним граням кристаллов (экстрами-
целлярный обмен).
Монтмориллонит — типичный трехслойный глинистый минерал.
Элементарный пакет монтмориллонита состоит из двух внешних
тетраэдрических слоев, между которыми расположен октаэдриче-
ский слой. Вершины тетраэдров так же, как и у каолинита, совме-
щены с вершинами октаэдров. Эти общие вершины состоят из ато-
мов кислорода.
Связь между соседними элементарными пакетами слабая, в си-
лу чего в межпакетное пространство может проникать вода. Этот
минерал характеризуется высокой гидрофильностью. Кристалличе-
ская решетка монтмориллонита при увлажнении приобретает по-
движность и расширяется. Кроме молекул воды, в межпакетном
пространстве содержатся катионы, способные к обмену. Физико-хи-
14
• Ж Мическая обменная способность монтмориллонита очень большая
[ достигает 80—100 мг/экв и более на 100 г грунта. Обмен
катионов у этих минералов происходит как по внешним граням
/ кристаллов, так и в межпакетном пространстве кристаллических
решеток (интрамицеллярный обмен). Поэтому физико-химический
обмен катионов протекает очень медленно.
В отличие от каолинита монтмориллонит характеризуется более
высокой дисперсностью. Размеры минералов монтмориллонита
крайне незначительные и, как правило, не превышают 1 мкм. На-
личие в грунтах большого количества монтмориллонита (например,
в солонцах) придает им при увлажнении чрезмерную липкость,
большую пластичность, сильное набухание, быструю и большую
foj потерю прочности.
ГД®} Гидрослюды (иллит и др.) —это трехслойные глинистые мине-
ралы, элементарные пакеты которых во многих случаях построены
EL так же, как и у монтмориллонита. Межпакетная вода в иллитах и
к подобных им минералах обычно отсутствует, так как ионы калия
L	прочно связывают пакеты между собой. Эта группа минералов от-
"	личается большой изменчивостью своего химического состава.
Минералы группы гидрослюд по своим свойствам занимают про-
межуточное положение между каолинитом и монтмориллонитом.
Глинистые минералы образуются в природе различными путя-
ми. Наиболее частым является образование их из первичных слюд
(например, мусковита, биотита и флогопита), входящих в состав
магматических пород и подверженных процессам выветривания.
Другой путь образования глинистых минералов — синтез их из
< продуктов распада первичных минералов типа полевых шпатов,
амфиболов и др.
Др- Щелочная среда и высокая концентрация оснований способст-
Ил вуют образованию минералов типа монтмориллонита, а кислая сре-
Ж;.: да и малая концентрация оснований — типа каолинита.
КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ
;	СПОСОБНОСТЬ ГРУНТОВ
При тончайшем раздроблении вещества, в том числе и горной
породы (грунта), когда суммарная поверхность частиц достигает
громадной величины в 1 см3, эта поверхность начинает играть до-
минирующую роль в поведении такого вещества, поскольку оно
будет проявлять свойства коллоида.
С увеличением степени дисперсности, когда размеры отдельных
частиц становятся весьма малыми и имеют размер менее 0,0001 мм,
суммарная поверхность таких частиц становится огромной и часто
превышает 60 м2 в 1 см3.
Глинистые (<0,001 мм) и коллоидные
в сумме составляют наиболее активную
грунта, проявляющую свойства, присущие
Указанная тонкодисперсная часть грунта
(<0,0001 мм) частицы
тонкодисперсную часть
коллоидным системам,
заполняет тонкие поры
15
АМЕМ.КГ

между частицами более крупных размеров, покрывает как бы чех*/
лом в виде тонких пленок поверхность песчаных и пылеватых час-/
тиц или их микро- и макроагрегатов и цементирует их, придавая
им большую или меньшую связность. Чистой (рафинированной)
поверхности частиц, не покрытых пленкой коллоидных веществ, в
грунтах не наблюдается.
Явления взаимодействия между твердыми частицами коллоид-
ных размеров и окружающей их жидкой средой, происходящие на
поверхности раздела между твердой и жидкой фазами, близки по
своей сущности к химическим реакциям. Однако следует отметить,
что при коллоидном состоянии твердые частицы грунта способны
к активному взаимодействию с окружающими истинными раство-
рами или вводимыми в грунт вяжущими и другими веществами.
Такая активность к взаимодействию резко возрастает по мере по-
вышения дисперсности грунта. Это важное обстоятельство всегда
нужно учитывать при разработке методов укрепления грунтов.
Одной из наиболее важных особенностей глинистых и кол-
лоидных частиц является то, что они несут электрический заряд.
Это играет большую роль при формировании грунтов и в значи-
тельной степени обусловливает как разнообразие их свойств, так и
различное поведение при взаимодействии с вяжущими и другими
веществами.
Изучение строения коллоидных частиц показывает, что во внеш-
нем слое этих частиц имеется слой адсорбированных катионов, ко-
торые способны обмениваться на катионы раствора, с которым
соприкасается коллоидная частица. Такой обмен всегда происходит
в эквивалентных количествах.
Общее количество обменных катионов выражают в грамм-экви-
валентах на 100 г коллоида (или грунта, содержащего коллоиды).
Эта величина постоянная и не зависит от природы катиона.
Сумма всех катионов при полном насыщении ими коллоида или
грунта, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на 100 г, равняет-
ся емкости обмена.
Одной из наиболее характерных особенностей грунтов, содержа-
щих тонкодисперсные частицы, является их способность поглощать
(сорбировать) своей поверхностью те или другие вещества из окру-
жающего раствора или суспензии. Тонкодисперсная часть грунтов,
обладающая поглотительной способностью, очень тесно связана с
поверхностью более крупных частиц или микро- и макроагрегатов
грунта и не может быть отделена от них механическим путем.
Акад. К. К. Гейдройц предложил различать несколько видов по-
глотительной способности почв и грунтов: механическую, физиче-
скую, физико-химическую, химическую и биологическую.
При разработке методов укрепления грунтов и рассмотрении их
взаимодействия с вяжущими материалами и другими веществами
особенно важное значение имеют физико-химическая, химическая
и биологическая способности. Однако при изучении влияния погло-
тительной способности всегда надо учитывать все возможные виды
16
к®§поглощения и оценивать их суммарное действие на результаты
к К^жрепления грунта.
В результате проявления физико-химической (обменной) погло-
Bftfc тительной способности грунт существенно меняет химические, фи-
зические и механические свойства.
Насыщение поглощающего комплекса грунта (ПК) двухвалент-
К? ными или многовалентными катионами (Са2+, Mg2+, Fe3+) умень-
шает его гидрофильность, способствует коагуляции тонкодисперс-
пых частиц и является весьма положительным фактором, повыша-
Ki ющим эффективность укрепления такого грунта портландцемен-
Др. том, битумом или дегтем.
«й В том случае, когда грунт насыщен обменными катионами ще-
Hgfl лочных металлов (Na+, К+), во влажном состоянии он имеет щелоч-
ную среду. В этих условиях отрицательно заряженные коллоиды,
Иж присутствующие в грунтах, стабилизируются в состоянии устойчи-
ИДу вого золя. В результате этого такие грунты как, например, солон-
9К цы, содержащие катионы натрия в поглощающем комплексе, при
Ж увлажнении быстро размокают, делаются чрезмерно липкими,
НЙР сильно набухают и утрачивают способность сопротивляться на-
jte грузкам.
«; Первая и вторая дорожно-климатические зоны характеризуются
К наличием в поглощающем комплексе поглощенных катионов (Н+
К и А13+), придающих грунтам кислую среду, повышенные гидрофиль- -
Ж- ность и дисперсность тонкодисперсной части по сравнению с грун-
Кк тами, насыщенными двухвалентными катионами.
ИБ:	Такие кислые грунты (например, подзолистые почвы) трудно
Ц|р| поддаются укреплению, например, портландцементом и требуют
ДЖ предварительной нейтрализации кислотности грунта. Это достига-
ЯЬ.ется путем небольших добавок извести. Схематически происходя-
дВЕ щая при этом реакция протекает так, как показано на рис. 1, а.
S При укреплении известью солонцеватых грунтов обменная реакция
К* протекает по схеме, показанной на рис. 1, б.
Д При укреплении грунтов, характеризующихся кислой средой,
обусловленной наличием поглощенных катионов Н+ и А13+, такая
Дд среда является положительным фактором при укреплении указан-
ии ных грунтов добавками синтетических смол (фуфурол-анилиновых
и карбамидных).
' При укреплении грунтов вяжущими материалами и добавками
Bgi: других веществ одновременно с физико-химическим поглощением
могут протекать также и реакции химического поглощения. Послед.-
нее выражается в поглощении растворимых веществ из раствора с
образованием в порах грунта и на поверхности частиц нераствори-
мых или труднорастворимых в воде соединений.
ДЖ Реакции химического поглощения с образованием более трудно-
растворимых соединений протекают, например, при укреплении
мИк глинистых грунтов добавками извести. В этом случае наряду с фи-
УШбзико-химическим поглощением катионов кальция и поглощением
(ЯИ^Молекул Са(ОН)2 протекают также реакции с образованием труд-
^^Жнорастворимого в воде CaSiO3 различной основности. Это проис- g

Рис. 1. Схема физико-химического обмена в грунтах при укреплении их известью:
а — подзолистого; б — солонцеватого
ходит в результате взаимодействия Са(ОН)2 с активной кремне-
кислотой (SiO2), переходящей в раствор в щелочной среде, обра-
зуемой гидратом окиси кальция.
Коллоидные свойства грунта, емкость обмена и состав погло-
щенных катионов, а также степень дисперсности и физические
свойства грунта сильно изменяются в том случае, если в порах
грунта и на поверхности его частиц присутствуют легкораствори-
мые в воде соли. Особенно заметно влияние таких солей в зависи-
мости от качественного состава и когда количественное их содер-
жание превышает порог коагуляции тонкодисперсных частиц грунта.
Максимально допустимое содержание легкорастворимых солей
в укрепляемых грунтах и других местных материалах зависит как
от качественного состава этих солей, так и от вяжущих и других
веществ, применяемых для укрепления. В зависимости от приме-
няемого метода укрепления растворимые в воде соли могут в изве-
стных пределах играть положительную или отрицательную роль.
Допустимое содержание солей регламентируется СН 25-74 и други-
ми техническими документами.
В зависимости от состава поглощенных катионов, наличия лег-
корастворимых солей, гипса, углекислого кальция может в широ-
ких пределах изменяться реакция грунта и быть кислой, нейтраль-
ной или щелочной. Эта среда характеризуется водородным показа-
телем (pH) по общепринятой методике.
Формирование структурно-механических свойств укрепленного
грунта сильно зависит от степени выраженности кислой или щелоч-
18
ной среды. Например, при значениях pH менее 5 грунты или дру-
гие материалы являются непригодными или малопригодными для
укрепления их портландцементом. Наоборот, при значениях pH,
равных 11—12 и к тому же обусловленных наличием Са(ОН)2>
грунты лучше всего подвергаются укреплению портландцементом.
При pH более 7 грунты нельзя укреплять карбамидными или
фурфуроланилиновыми смолами. Этими реагентами следует укреп-
лять кислые грунты, имеющие водородный показатель pH, равный
3—7.
В случае применения комплексных методов укрепления значе-
ние pH может быть изменено в нужную для твердения и упрочне-
ния грунта сторону путем внесения добавок тех или иных веществ.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ
И ДРУГИХ МЕСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Процессы, происходящие при укреплении грунтов различными
вяжущими материалами и другими реагентами, весьма разнообраз-
ны и включают:
химические процессы — гидратация цементных зерен, твердение
продуктов гидратации и их новообразований, возникающих при
взаимодействии с частицами грунта и, особенно, тонкодисперсной
его частью; полимеризация и поликонденсация синтетических ве-
ществ; химическое взаимодействие с различными другими актив-
ными реагентами;
физико-химические процессы — обменное поглощение отдельных
составных частей продуктов гидратации цемента (например, Са2+,
Са(ОН)2 и др.) тонкодисперсной частью грунта или поглощение
других катионоактивных или анионоактивных веществ. При этом
может иметь место молекулярная сорбция веществ из растворов на
поверхности раздела фаз, а также необратимая коагуляция гли-
нистых и коллоидных веществ, их микроагрегирование и прочное
цементирование;
физические и механические процессы — тонкое размельчение
грунтовых агрегатов, точное дозирование вяжущих и других ве-
ществ, тесное и равномерное их объединение с грунтом, оптималь-
ное увлажнение смеси и уплотнение ее до максимальной плотности
с последующим длительным обеспечением требуемого режима
твердения готового слоя укрепленного грунта. Указанные выше
разнообразные и сложные процессы находятся в тесной взаимо-
связи.
Под укреплением грунтов следует понимать весь комплекс ко-
ренных качественных воздействий на грунт, включающих: внесение
вяжущих веществ и других реагентов в оптимальных дозировках и
соотношениях; выполнение в установленном порядке всех техноло-
гических операций в заданном оптимальном режиме.
В результате указанных воздействий укрепленный слой грунта
должен приобретать требуемые прочность, монолитность и морозо-

кг
б)
61
Рис. 2. Типы контактов:
а — кристаллизационный или конденсационный срастания или спекания; б — псевдоконден-
сационный «точечный»; в — коагуляционный (с тонкой равновесной прослойкой дисперси-
_	оииой среды)
стойкость и сохранять их длительное время (20—30 лет) в сухом и
во влажном состояниях.
В настоящее время разработаны и широко применяются на
практике большое количество разнообразных и эффективных мето-
дов укрепления грунтов и отходов промышлености.
При разработке любых методов укрепления грунтов (природных
или искусственных) в качестве основной задачи всегда является
получение нового строительного материала с заданными структур-
но-механическими свойствами. Огромную роль при этом играет
целенаправленное регулирование процессов, определяющих фор-
мирование структуры и свойств материала.
Принято различать три типа пространственных структур дис-
персных систем (материалов): кристаллизационные, конденсацион-
ные и коагуляционные [48].
Кристаллизационные структуры являются наиболее прочными.
Они возникают в результате сращивания кристалликов новой
твердой фазы, возникающей из перенасыщенного раствора, напри-
мер, при гидратационном твердении минеральных вяжущих мате-
риалов. Кристаллизационные структуры характерны тем, что они
вначале развиваются на основе коагуляционных структур путем
выкристаллизовывания из растворов вновь образованных гидратов,
срастающихся в прочный монолит в процессе своего роста и упроч-
няющихся с увеличением времени их твердения (рис. 2, а).
Конденсационные структуры характеризуются тем, что возника-
ют при действии наибольших сил сцепления — химических. Этн
структуры отличаются высокой прочностью, хрупкостью, упруго-
стью, не способны к остаточным деформациям и характеризуются
полным отсутствием тиксотропных свойств (рис. 2, б).
Коагуляционные структуры характеризуются тем, что частицы
дисперсной фазы образуют беспорядочную пространственную сетку.
Возникновение отдельных коагуляционных связей (контактов сцеп-
ления), происходящее под влиянием относительно слабых вандер-
ваальсовых сил, осуществляется через тонкую прослойку жидкой
20
фазы — дисперсионной среды. Это определяет особенности и свой-
ства пространственных структур такого типа.
Коагуляционные структуры отличаются от структур других ти-
пов следующими свойствами: относительно малой прочностью; пре-
дельной тиксотропностью (полной обратимостью разрушения с
увеличением температуры или влажности); ярко выраженной пла-
стичностью и способностью к ползучести; высокой эластичностью
(рис. 2, в).
Перечисленные три типа пространственных структур охватыва-
ют огромный круг самых разнообразных по составу и свойствам
дисперсных тел и в общем виде они правильно отражают основные
признаки их структуры. Однако такое схематическое деление в на-
стоящее время является недостаточным. Назрела необходимость в
более точной конкретизации и детализации типов пространствен-
ных структур с разделением их на виды и разновидности, с учетом
специфических особенностей работы того или иного материала в
конкретных условиях.
Такое более дробное деление структур необходимо и потому,
что во многих случаях укрепленные грунты и другие местные мате-
риалы характеризуются структурами смешанного характера.
Наиболее важные особенности рассмотренных выше трех типов
структур должны быть дополнены следующими требованиями, учи-
тывающими условия формирования структуры и работу укреплен-
ных грунтов в конструктивных слоях дорожных одежд.
При любом типе структуры укрепленные грунты, применяемые
для устройства конструктивных слоев дорожных и аэродромных
одежд, обязательно должны отвечать установленным требованиям
в отношении их прочности, монолитности, водостойкости, морозо-
стойкости и других свойств.
Тип структуры укрепленного грунта в основном зависит от
структуры и свойств вносимого в грунт вяжущего материала. Имен-
но вяжущий материал предопределяет качественные признаки того
нли иного типа структуры. Вносимые же при укреплении грунта
добавки других веществ (помимо вяжущего материала), а также
свойства и состав укрепляемого грунта способны вызывать лишь
количественные изменения в свойствах и степени выраженности
типа структуры создаваемого материала.
В настоящее время при укреплении природных и искусственных
грунтов широко применяют разнообразные комплексные методы,
основанные на внесении двух вяжущих материалов или вяжущего
материала и других активных веществ, обеспечивающих более вы-
сокие качества укрепленного грунта (прочность, морозостойкость и
деформативность).
В результате многосторонних и многолетних исследований созда-
ны материалы, главной особенностью которых являются оптималь-
ное сочетание положительных качеств двух типов пространствен-
ных структур, их тесное переплетение и взаимопроникание. Отсюда
возникла необходимость в выделении структур смешанного типа:
кристаллизационно-коагуляционной, конденсационно-коагуляцион-
21
АМЕЖ.КГ
K.V
ной, коагуляционно-кристаллизационной, коагуляционно-конденса-
ционной.
Результаты исследований по изучению типов структур приме-
нительно к задачам по укреплению грунтов и разработке эффек-
тивных способов направленного регулирования процессов структу-
рообразования показывают, что глинистые виды грунтов до их об-
работки вяжущими материалами также имеют характерную для
них структуру. Они характеризуются коагуляционной структурой
во влажном состоянии и конденсационной, а иногда и кристаллиза-
ционно-конденсационной (засоленные грунты) в сухом состоянии.
Это водонеустойчивые виды структур, характеризующиеся малой
прочностью, поэтому они всегда подлежат коренному и качествен-
ному преобразованию.
В табл. 3 приведены классификация методов укрепления грун-
тов и область нх применения с учетом типа и вида приобретаемой
укрепленным грунтом устойчивой структуры. В этой классифика-
ции рассматриваются лишь те вяжущие материалы и добавки, а
также виды и разновидности грунтов, которые получили наиболее
широкое практическое применение.
Исследованиями установлено, что результаты укрепления грун-
та и степень коренного изменения его первоначальных свойств с
приданием укрепленным грунтам требуемых свойств (необходимой
прочности, водостойкости, морозостойкости, деформативности и др.)
определяются особенностями постоянно действующих и временно
действующих факторов.
К постоянно действующим факторам следует отнести вещест-
венный состав укрепляемых грунтов и применяемых для этих целей
вяжущих материалов и других веществ. Вещественный состав
предопределяет собой минералогический и химический составы ука-
занных компонентов смеси. При этом степень дисперсности, т. е.
гранулометрический состав грунта или твердых вяжущих и других
веществ, также играет весьма важную роль.
В зависимости от вещественного состава грунта и его состояния,
а также особенностей 'применяемых для укрепления вяжущих ма-
териалов формируются новые свойства и характер структуры ук-
репленных грунтов.
Таким образом, в результате взаимного влияния постоянно дей-
ствующих факторов происходят коренные качественные изменения
в укрепляемом грунте и создаются такие новые свойства, которые
обеспечивают требуемую прочность и устойчивость дорожных ос-
нований или облегченного типа покрытий, устраиваемых из этих ма-
териалов.
К временно действующим факторам необходимо отнести все
технологические операции, выполняемые при обработке грунта,
укладке и уплотнении готовой смеси, а также способы ухода за
уплотненным слоем из укрепленного грунта.
Следует отметить, что хотя такие технологические операции,
как размельчение, равномерное перемешивание, дозирование вяжу-
щих, уплотнение готовой смеси выполняются в относительно не-
22
СО
Таблица
О
 & г f * t: t Г it J ь л Ц н	<					Продолжение табл. 3
	Тип структуры	Методы укрепления	вяжущие материалы и другие вещества, приме- няемые для укрепления	Грунты, рекомендуемые для укрепления	Характеристика основ- ных свойств укрепленных грунтов	Область применения
	Конденсацион- ная Коагуляционная	II. Синтетиче- скими полимера- ми III. Органиче- скими вяжущими материалами	Техническая фос- форная кислота, обыч- ный или двойной су- перфосфат, приципи- тат Карбамидные, фур- фуроланилиновые, ак- риловые и другие син- тетические высоко- молекулярные (поли- мерные) смолы. Суль- фолигниновые или лигнинопротеиновые вещества с добавками хромовых соедине- ний или других окис- лителей, или поверх- ностно-активных ве- ществ Битумные эмуль- сии и пасты, разжи- женные вязкие биту- мы Жидкие	битумы медленно- и средне- густеющие,	камен- ноугольные дегти	Глины или суглин- ки некарбонатные нли слабокарбоиатные Пески различного состава, супеси, лег- кие и тяжелые су- глинки Крупнообломочные грунты (песчаногра- велистые, песчаноще- бенистые) оптималь- ного гранулометри- ческого состава; раз- нозериистые и пылева- тые пески, супесн и легкие суглинки Крупнообломочные грунты оптимального состава; пылеватые пески, супеси легкие и тяжелые; суглинки	Удовлетворитель- ная прочность и водо- стойкость	’ Высокая	проч- ность, повышенная водо- и морозостой- кость, большая хруп- кость Упруго-вязко-пла- стичные свойства. Хо- рошие водо- н моро- зостойкость Упруго-вязко-пла- стнчиые свойства, но водо- и теплоустойчи- вость хуже, чем при укреплении битумны-	Нижние и верхние слои оснований на до- рогах IV—V катего- рий во II и III до- рожио-климатиче- ских зонах Основания или по- крытия облегченного типа в различных природных условиях с учетом свойств при- меняемых полимер- ных веществ. Методы разрабатываются на перспективу с приме- нением их в особых условиях Основания под це- ментобетонные и усо- вершенствованные об- легченные покрытия, или как покрытия об- легченного типа с уст- ройством слоя износа во II—V дорожно- климатических зонах Основания под усо- вершенствованные об- легченные покрытия или как облегченного типа покрытия с уст-
Кристаллизаци-
онная или крис-
таллизационно-
конденсационная
IV. Комплекс-
ное укрепление ми-
неральными вяжу-
щими материала-
ми и добавками
других веществ
ройством слой износа
в IV—V дорожно-кли-
матических зонах
улучшенные и не улуч- мйг эмульсиями.
 Прочность нзменяет-
•ся в зависимости от
свойств грунта, соста-
ва н вязкости вяжу-
щего материала
Повышенная проч-
ность и морозостой-
кость и другие осо-
бенности по сравне-
нию с обычными це-
ментогрунтами
шейные грануломет-
рическими добавка-
ми
Крупнообломочные
грунты, пески, супе-
си, глины
Портландцементы
• или другие виды це-
 меитов плюс добавки
• извести или NaOH,
Na2CO3, Na2SO4
Na2SiO3 либо зол уно-
са, или золошлаковых
смесей. Добавка зол
уноса или золошлако-
вых смесей может со-
четаться с добавкой
перечисленных выше и
других солей.
Портландцементы
плюс добавки высо-
комолекулярных по-
верхностно-активных
веществ (полиакрила-
мид, кремиийоргаии-
ческие и другие со-
единения)
Известь молотая не-
гашеная или гашеная
(гидратная), или мо-
лотая негашеная гид- шлаковых смесей или
рофобная плюс до- молотого
бавки NaOH, Na2CO3.
Na2SO4, Na2SiO3 и
других солей.
Активные золы уно-
са без добавок илн с
добавками указанных
Супеси, суглинки,
[Глины. Пески при до-
юавке зол уноса, золо-
гранулиро-
ванного шлака
Повышенные проч-
ность и морозостой-
кость и другие особен-
ности по сравнению с
грунтами, укреплен-
ными добавками од-
ной извести
Основания под це-
менте- и асфальтобе-
тонные покрытия, а
также под облегчен-
ные усовершенство-
ванные покрытия, или
как покрытия облег-
ченного типа с уст-
ройством слоя износа
в II—V дорожно-кли-
матических зонах
Основания под це-
ментобетонные и ас-
фальтобетонные по-
крытия, а также под
облегченные усовер-
шенствованные по-
крытия, или как по-
крытия облегченного
типа с устройством
слоя износа в III—V
дорожио-климатиче-
ских зонах
ю
Ci
табл. 3
Тнп структуры	Методы укрепления	Вяжущие материалы и другие вещества, приме- няемые для укрепления	Грунты, рекомендуемые для укрепления	Характеристика основ- ных свойств укрепленных грунтов	Область применения
		выше солей. Известь различного вида плюс добавки высокомоле- кулярных поверхно- стно-активных	ве- ществ			
Кристаллизаци- онно-коагуляци- онная	V. Комплексное укрепление двумя вяжущими мате- риалами	Портландцемент совместно с битумны- ми эмульсиями	Крупнообломочные грунты, пески, супеси, легкие суглинки	Высокая морозо- стойкость и прочность, повышенная дефор- мативная способность по сравнению с цемеи- тогрунтами	Основания под ас- фальтобетонные по- крытия или покры- тия облегченного ти- па
Конденсацион- но-коагуляционная		Карбамидные или другие смолы совме- стно с битумной эмульсией либо с нефтью	То же	То же	То же
Коагуляционно- кристаллизацион- ная		Битумные эмульсии Или жидкие битумы плюс добавки цемен- та, извести или по- верхностно-активных веществ или извести и ПАВ	Крупнообломочные грунты, пески, разно- зернистые супеси, су- глинки	Повышенная водо- и морозостойкость и теплоустойчивость по сравнению с обычны- ми битумогрунтами	Основания под це- ментобетонные	по- крытия, под облег- ченные усовершенст- вованные покрытия или покрытия облег- ченного типа с уст- ройством слоя износа в III—V дорожно- клнматнческнх зонах
Криптокристал- лизационная	VI. ское	Термине-	Электрическая энергия, жидкое или газообразное топли- во	Суглинки, глииы не- карбонатиые, или сла- бокарбоиатные	Высокая механиче- ская прочность, водо- и морозостойкость (при клинкерном об- жиге). Коренное изме- нение свойств и хими- ко-минералогическо- го состава грунта	Основания под усо- вершенствованные ка- питальные и облег- ченные типы покры- тий. Материал в виде прочного щебня или гравия
Коагуляционная или коагуляцион- но-кристаллизаци- онная	VII. Электро- химическое		Электрический по- стоянный ток при дли- тельном или знако- переменном воздей- ствии + добавки элект- ролитов	Суглинки, глииы, Наличие легкораст- воримых солей или карбонатов в грунте усиливает электро- химическое воздейст- вие тока	Уменьшение при- родной	влажности грунта, относительное повышение его связ- ности и устойчивости	Откосы выемок или насыпей, укрепление верхней части земля- ного полотна

ts
большой промежуток времени, а некоторые операции выполняются
почти одновременно (в смесительных установках), их последую-
щее влияние и роль в конструктивном слое приближаются к по-
стоянно действующим факторам. Например, неравномерное рас-
пределение вяжущих веществ в смеси или недостаточное уплотне-
ние готового слоя из укрепленного грунта, плохой уход за ним рез-
ко снижают эффективность действия вяжущих материалов н дру-
гих веществ.
Наоборот, равномерное перемешивание и точное дозирование
вяжущих и других веществ, максимальное уплотнение смеси и вы-
полнение других операций с высоким их качеством обеспечивают
требуемые прочность и другие свойства укрепленного грунта.
Постоянно действующие факторы при укреплении грунтов и
других материалов предопределяют собой характер, направлен-
ность и интенсивность протекания химических и физико-химических
процессов как в микрообъемах вяжущих веществ, так и в зоне их
контакта с поверхностью частиц грунта или их макро- и микроагре-
гатов. От характера н степени выраженности этих процессов
во многом зависят монолитность и прочность укрепляемого
грунта.
Временно действующие (технологические) факторы обусловли-
вают в обрабатываемом грунте протекание физических количест-
венных изменений. В том случае, когда заданная технология работ
выполняется современными средствами механизации на высоком
техническом уровне и с точным соблюдением времени, отводимым
на каждую технологическую операцию, — временно действующие
факторны, вызывающие количественные изменения в свойствах ук-
репляемого грунта, резко улучшают также и Качественные показа-
тели получаемого материала, формирующиеся под воздействием
постоянно действующих факторов.
Таким образом, создание нового дорожно-строительного мате-
риала, получаемого на основе использования местных грунтов или
других дешевых дискретных отходов промышленности, является
единым взаимосвязанным процессом. Поэтому в конечном своем
действии указанные выше факторы важны в равной степени, по-
скольку они дополняют друг друга.
В настоящее время разработаны и внедрены в практику дорож-
ного строительства варианты укрепления грунтов различного соста-
ва и генезиса с применением неорганических или органических вя-
жущих материалов и других веществ. Но это не означает, что
любые виды грунтов и во всех случаях могут подвергаться эффек-
тивному укреплению любыми вяжущими материалами. Разработа-
ны определенные требования, способы подбора составов смесей и
правила производства, лишь при точном соблюдении которых обес-
печивается получение должного технического и экономического
эффекта при устройстве дорожных и аэродромных одежд [21].
Многие свойства грунта, определяющие его пригодность для
укрепления, зависят от гранулометрического состава. Если это не-
обходимо, экономически оправдано и выгодно, гранулометриче-
28
ский состав обрабатываемого грунта может быть существенно из-
менен и улучшен путем внесения тех или иных гранулометрических
добавок с приданием грунту оптимального состава.
КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ
В основу комплексных методов укрепления грунтов положены
активное воздействие и преобразование свойств грунтов добавками
двух вяжущих материалов с резкоотличными структурно-механиче-
скими свойствами и оптимальным их сочетанием, или добавками
одного вяжущего материала и активных или поверхностно-актив-
ных веществ.
Максимальное использование положительных свойств и струк-
туры, присущих применяемым вяжущим материалам и другим ак-
тивным веществам, позволяет:
повысить прочность, водо- и морозостойкость укрепленного
грунта;
расширить область применения укрепленного грунта и исполь-
зовать его в более ответственных конструктивных слоях дорожной
или аэродромной одежды;
изменить деформативную способность полученного укрепленно-
го материала;
расширить виды грунтов, пригодных для эффективного их ук-
репления;
расширить диапазон влажности и температуры грунтов, при ко-
торых можно обеспечить эффективное их укрепление;
регулировать процессы структурообразования и, следовательно,
удлинять или уменьшать разрывы во времени между технологиче-
скими операциями.
Научной основой комплексных методов укрепления грунтов це-
ментом, битумом, известью, синтетическими смолами и другими вя-
жущими материалами в сочетании с добавками активных веществ
является глубокое и коренное воздействие на тонкодисперсную
часть грунта всех применяемых реагентов. При этом должно быть
обеспечено направленное использование присущей грунтам физико-
химической и химической активности в целях обеспечения оптималь-
ных условий структурообразования в искусственно создаваемом
материале — укрепленном грунте [3, 4].
В настоящее время разработан и внедрен в практику дорожно-
го и аэродромного строительства целый ряд комплексных методов
укрепления грунтов (приложение 1).
Главной особенностью комплексных методов является то, что
они при правильном выборе веществ и оптимальном сочетании их
дозировок в широком диапазоне позволяют изменять в положи-
тельную сторону физико-химическую и химическую активность
грунта, увеличивают адгезию вяжущих веществ, ускоряют процес-
сы формирования более прочной и монолитной структуры укреплен-
ного грунта.
_29
Табл и ц а 4
Факторы, влияющие на укрепление		Требования по ограничению применения грунта или другого местного материала
Степень раздробления (дисперсности)		Допускаются обломки размером менее 40 мм при обработке в смесительных установках и об- ломки менее 25 мм при работе грунтосмеситель- ных машин 1
Минералогический став	СО-	Не допускается укреплять тяжелые суглинки или глины, содержащие более 50% монтморилло- нита в глинистой фракции или же пирита более 1% в общей массе грунта или другого материа- ла, подвергаемого укреплению
Емкость обмена и со- став обменных катионов		В зависимости от состава применяемых вяжу- щих материалов вводится ограничение к величи- не допускаемой емкости обмена и составу обмен- ных катионов
pH среды		В зависимости от применяемых вяжущих мате- риалов и добавок других веществ вводятся огра- ничения в минимальном или максимальном значе- нии pH
Возможные пути улучшения свойств исходного грунта
или другого местного материала и свойств укрепленного
материала
Добавки фракций, образующих скелет (каркас),
размером 0,5—25 мм, или добавка заполняющих
фракций в песчаные и песчано-гравелистые смеси,
например, зол уноса, молотых гранулированных
шлаков и др.
Добавка легкорастворимых солей, поверхност-
но-активных веществ, кремнийорганических или
других соединений, нейтрализующих вредное дей-
ствие отдельных минералов в результате образо-
вания защитных пленок на их поверхности, повы-
шающих при этом адгезию вяжущих материалов
Состав обменных катионов существенно изме-
няется путем добавки Са(ОН)2 СаС12, NaOH,
Na2COs, FeCls, Fe2(SO«)2 или других веществ с
учетом применяемых для укрепления вяжущих
материалов
При подборе составов смесей устанавливается
такая среда, которая является оптимальной для
применяемых вяжущих материалов: кислая, нейт-
ральная или щелочная. Для получения оптималь-
ного значения pH вводят добавки различных ве-
ществ, например, Са(ОН)2, NaOH, Na2CO3, НС1
и др.
	Наличие легкораство- римых солей Наличие органических веществ	В зависимости от применяемых вяжущих ве- ществ вводят ограничения в содержании легкорас- творимых солей В зависимости от состава органических (гуму- совых) веществ и применяемых вяжущих мате- риалов вводятся те или иные ограничения в со- держании этих веществ	Путем добавок солей, образующих водонераст- воримые соединения, может изменяться (в сторо- ну увеличения) допустимое содержание легкорас- творимых веществ. При этом необходимо стре- миться к увеличению адгезии вяжущих веществ Нейтрализация кислых гумусовых веществ до- бавками Са(ОН)2, FeCb и др.
|й			
1 При приготовлении смеси в установках, если крупные обломки, содержащиеся в укрепляемом грунте или местном материале имеют
малую прочность (IV класса прочности и ниже), их подвергают дроблению до размеров 15 или 10 мм,
>
W w
Разработку новых и совершенствование применяемых на прак-
тике методов укрепления целесообразно проводить в направлении
оптимального использования и рационального сочетания отдельных
постоянно действующих факторов, характеризующих укрепляемые
грунты и другие материалы (табл. 4). В табл. 4 приводятся лишь
ориентировочные рекомендации, которые уточняются и конкретизи-
руются при подборе составов смесей, обеспечивающих требуемую
прочность и другие свойства укрепляемого материала. При этом
должны учитываться особенности применяемых вяжущих материа-
лов и других веществ, а также условия работы укрепляемого мате-
риала в конструкции дорожной или аэродромной одежды.
Приведенные в табл. 4 рекомендации по учету и изучению посто-
янно действующих факторов, свойственных грунтам или другим
материалам, подвергаемым укреплению, обязательно дополняются
всесторонним изучением и учетом влияния временно действующих
факторов, характеризующих свойства и эффективность воздействия
применяемых вяжущих и других веществ.
При подборе составов смесей должно обеспечиваться оптималь-
ное сочетание используемых реагентов и их дозировок, что позво-
ляет получить наилучший эффект в формировании требуемых
структурно-механических свойств материала.
В исследованиях по разработке новых и совершенствовании
существующих методов укрепления грунтов и других местных ма-
териалов вяжущими особое внимание уделяется поиску дополни-
тельных добавок различных активных и поверхностно-активных ве-
ществ и установлению наиболее эффективной технологии их
применения, обеспечивающих повышение адгезии вяжущих веществ
и ускорение или замедление (в случае необходимости) процесса
твердения, уплотнения смеси и улучшения процессов структурооб-
разования.
ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЧНОСТИ И ДРУГИМ СВОЙСТВАМ
УКРЕПЛЕННЫХ ГРУНТОВ
К укрепленным грунтам необходимо предъявлять единые тре-
бования в отношении их прочности, морозостойкости и других
свойств.
В основном нормативном документе по укреплению грунтов
(СН 25-74), утвержденном Госстроем СССР [21], все виды укреп-
ленных грунтов и других дисперсных материалов должны удовлет-
ворять единым показателям физико-механических свойств в зави-
симости от формирующейся в укрепленном грунте структуры.
При укреплении грунтов минеральными вяжущими материала-
ми, образующими кристаллизационную структуру, руководствуются
показателями, указанными в табл. 5. При комплексном укреплении
грунтов и образовании кристаллизационно-коагуляционной или
конденсационно-коагуляционной структур руководствуются показа-
32
Таблица 5
Показатели	Классы прочности		
	1	1	II	1	III		
	Расчетные значения модулей упругости,^кгс/см*		
	8000—5000	5000—2500	2500—800
Предел прочности при ежа-	60—40	40—20	20—10
тии водонасыщенных образцов, кгс/см2 Предел прочности на растя-	10	6	2
жение при изгибе водонасы- щенных образцов, кгс/см2, не менее Коэффициент морозостойко-	0,75	0,70	0,65
стн (отношение предела проч- - ности при сжатии после замо- раживания-оттаивания к преде- лу прочности при сжатии водо- насыщенных образцов), не ме- нее Влажность образцов после	2% сверх оптн-	4% сверх опти-	4% сверх опти-
испытания на замораживание-	мальной влаж-	мальной влаж-	мальной влаж-
оттаивание, % по массе, не бо-	ности уплотне-	ности уплотне-	ности уплотне-
лее	ния	НИЯ	нйя
Примечания. 1. Показатели физико-механических свойств при укреплении грунтов
портландцементом или шлакопортландцементом даны для образцов, твердевших 28 сут.
Для грунтов, укрепленных золой уноса, золой уноса с добавками цемента или извести,
известково-зольным или известково-шлаковым цементом или известью, показатели физико-
мехаиических свойств даны для образцов, твердевших 90 сут.
2. Грунты, укрепленные различными минеральными вяжущими и добавками других
веществ, по показателям физико-механических свойств также должны удовлетворять
требованиям таблицы.
3. При подборе составов смесей для дорог IV и V категорий и аэродромов класса
Д н Е и аэродромов сельскохозяйственной авиации в V дорожно-кл нм этической зоне раз-
решается уменьшать на 25% значения показателей прочности, указанных в таблице.
телями табл. 6 (2, 3 и 4 графы), а при коагуляционной структуре
показателями графы 5 табл. 6.
Установлено, что требования, предъявляемые к укрепленным
грунтам и технологии их обработки, целесообразно применять ко
всем другим видам укрепленных местных материалов, породам и
отходам промышленности (золам уноса и золошлаковым смесям,
отходам камнедробления йли их обогащения, дресве и др.).
Ставя перед собой экономически выгодную и технически оправ-
данную задачу по всемерному использованию местных отходов
промышленности в дорожном и аэродромном строительстве, необхо-
димо всегда исходить из учёта следующих соображений.
Использование отходов промышленности в указанных целях не
означает того, что их следует применять без всякого разбора, не
прилагая сил к улучшению состава и свойств этих отходов.
Опыт показывает, что во многих случаях, не изменяя н не ухуд-
шая выпуск основной продукции промышленных предприятий, мож-
2—421	33
ВГЛЖ.АМЕМ.КГ
Таблица 6
	Расчетные значения модулей упругости, кгс/см2			
	8000—5000	5000—3000	3000—2000	2000—800
Показа гели	при укреплении би- тумными эмульсиями или жидкими биту- мами совместно с це- ментом или битум- ными эмульсиями и карбамидными смолами		при укреп- лении би- тумными эмульсиями с добавка- ми или без	при укреп- лении жид- кими биту- мами с до- бавкой ли без добавки активных
	Классы прочности		добавки извести	или поверх- иостно-ак-
	I	II		тивных ве- ществ
Предел прочности при сжатии водона- сыщенных образцов при температуре 20° С, кгс/см2, не менее Предел прочности при сжатии сухих образцов при температуре 20° С, кгс/см?, не менее Предел прочности при сжатии при температуре 50° С, кгс/см2, не менее Предел прочности на растяжение при изгибе водонасыщенных образцов при температуре 20° С, кгс/см2, не менее Коэффициент морозостойкости (отно-- шение предела прочности при сжатии после замораживания-оттаиваиия к пре-' делу прочности при сжатии водонасы- щенных образцов), не менее Водонасыщение, % по объему, не бо- лее Набухание, % по объему, не более	40—25 20 10 0,85 3	25-15 12 6 0,80 5	7 15 9 0,70 4	•6 12 7 0,60 5
Примечания. 1. При укреплении грунтов битумными эмульсиями или испытании
любых образцов на замораживание-оттаивание образцы должны твердеть 28 сут; при при-
менении жидких битумов — 7 сут.
2. При подборе составов смесей для дорог. IV и V категорий, аэродромов классов
Д и Е и аэродромов сельскохозяйственной авиации в V дорожно-климатической зоне раз-
решается уменьшать иа 25% значения показателей прочности, приведенные в таблице.
но улучшать состав и однородность соответствующих отходов. На-
пример, путем устройства соответствующего оборудования и обес-
печения закрытого типа хранилищ-накопителей, механизированных
для выгрузки, на тепловых электростанциях можно обеспечить по-
лучение высокодисперсных зол уноса сухого удаления, пригодных
к использованию в качестве медленнотвердеющего вяжущего.
На предприятиях нефтехимической и химической промышленно-
сти при минимуме затрат можно получать отходы, содержащие
ценные поверхностно-активные вещества (пиридиновые остатки,
кремнийорганические соединения, фенольные и другие смолы).
34
Наличие разнообразных методов укрепления грунтов весьма
различного состава не означает и, безусловно, не вызывает практи-
ческой необходимости в разработке и применении столь же много-
численных нормируемых характеристик и требований к материалам,
создаваемым на основе укрепления местных природных и искус-
ственных грунтов. Наоборот, количество нормируемых характери-
стик физико-механических свойств целесообразно свести к мини-
муму.
Опыт проектирования и строительства автомобильных дорог и
аэродромов показывает, что пользование едиными нормируемыми
требованиями и характеристиками, предъявляемыми к укреплен-
ных грунтам, является целесообразным и обоснованным.
При разработке указанных требований следует учитывать харак-
тер возникающих в укрепленном грунте пространственных струк-
тур и структурно-механических свойств, а также условия работы
материала в конструктивном слое дорожных и аэродромных одежд.
В настоящее время назрела необходимость в установлении но-
вых нормируемых характеристик, более полно отражающих работу
различных укрепленных материалов в конструктивных слоях до-
рожных или аэродромных одежд, устраиваемых в различных клима-
тических условиях (I—V дорожно-климатические зоны). При этом
необходима разработка такой методики лабораторных или стендо-
вых испытаний, которая бы обеспечивала существенное приближе-
ние получаемых экспериментальных данных к применяемым рас-
четным величинам этих характеристик.
В первую очередь должны быть разработаны обоснованные ме-
тодики по определению модуля упругости, предела прочности на
растяжении при изгибе, предела прочности при сдвиге, деформа-
тивной способности, допустимого линейного расширения укреплен-
ного материала и нормируемых величин этих характеристик.
Учитывая приведенные выше соображения на основе обобщения
накопленного опыта, предлагается при лабораторном подборе со-
ставов смесей взамен характеристик, указанных в «Инструкции по
применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для
устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродро-
мов» СН 25-74, пользоваться характеристиками физико-механиче-
ских свойств укрепленных материалов и требуемыми значениями,
указанными в табл. 7.
Свойства грунта и степень его прочности зависят от сформиро-
вавшейся в укрепленном грунте структуры, предопределяемой
структурой и свойствами вяжущего материала. За основу приняты
значения величин, характеризующих предел прочности на растяже-
ние при изгибе или сдвиге, поскольку эти характеристики являются
расчетными.
Значения, приведенные в табл. 7, относятся к образцам, испы-
танным в лабораторных условиях по методике, указанной в СН
25-74, с соблюдением сроков и режима твердения.
Виды вяжущих материалов и добавок других веществ, обеспе-
чивающих формирование того или иного типа структуры, указаны
2*	35
КXJ	А M E К. Ж<?
Таблица 7
Физико-механические свойства	Тип структуры						
	Кристаллизационная или конденсационная			Кристаллиза- ционно-коагуля- ционная или конденсацион- но-коагуляцион- ная		Коагуля цио иная или коагуляционно- кристаллизацион- ная	
-			Классы прочности				
	1	II	III	I	II	1	п
Предел прочности на растя- жение при изгибе водонасыщеи- ных образцов, кгс/см2 Предел прочности на растя- жение при изгибе после циклов на замораживание-оттаивание, кгс/см2	20—10 15—7	10-6 7—4	6-2 4—1,3	15—10 12—8	10—6 8—5		—
Предел прочности при сдвиге водонасыщенных образцов при (204-22)° С, кгс/см2	—	—	—	—	5—3	4—2	3—1,5
Предел прочности при сдвиге после циклов на заморажива- ние-оттаиваиие при t— (204- 4-22)°С, кгс/см2					4—2	2,5—1,2	2—1 /
Примечание. Снижение прочности образцов при f=50° С допускается не более
чем на 30% по сравнению с прочностью водонасыщенных образцов при изгибе при кри-
сталлизационно-коагуляционной и конденсацнонно-коагуляционной структуре (графы 5, 6)
н не более чем на 40% по сравнению с прочностью водонасыщенных образцов при сдвиге
при коагуляционной илн коагуляционно-кристаллизационной структуре (графы 7, 8).
в табл. 3. Класс прочности зависит от целого ряда факторов и
устанавливается при экспериментальном подборе составов смесей
по методике, изложенной в СН 25-74.
Расчетное значение величин на растяжение при изгибе или
сдвиге, учитывая неоднородность материала (укрепленного грунта)
и особенности технологии работ, следует принимать ориентировоч-
но в 2,5—3 раза меньше, чем указано в табл. 7.
Количество циклов замораживания-оттаивання и температуру
замораживания устанавливают с учетом дорожно-климатических
зон, руководствуясь при этом методикой, изложенной в «Инструк-
ции по укреплению грунтов» СН 25-74.
В последние годы установлено, что при повышенных дозировках
вяжущего материала и выполнении специальной технологии мож-
но получить цементогрунты и полимергрунты высокой прочности
[26, 27]. Такие виды высокопрочных укрепленных грунтов харак-
теризуются пределом прочности на растяжение при изгибе 50— -
60 кгс/см2 и выдерживают 200 и более циклов на замораживание-
оттаивание, что позволяет применять такие материалы в очень су-
ровых климатических условиях. При этом они должны отвечать
специальным требованиям [27].
36
Глава 2
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ЦЕМЕНТОМ, ИЗВЕСТЬЮ
И ДОБАВКАМИ ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Укрепление грунтов минеральными вяжущими материалами яв-
ляется весьма эффективным, наиболее дешевым и универсальным
методом.
Грунт, укрепленный цементом, принято именовать цементогрун-
том. Это строительный материал, 'прочно внедрившийся в практику
дорожного и аэродромного строительства. *
Для обеспечения заданных структурно-механических свойств
цементогрунта и формирования характерной для него прочной кри-
сталлизационной структуры обязательно требуются тесное объеди-
нение цемента, грунта и воды в оптимальных соотношениях в одно-
родную массу и превращение этой массы в результате максималь-
ного уплотнения и длительного твердения во влажных условиях в
прочную, монолитную водо- и морозостойкую массу.
Заданная дозировка цемента и воды в цементогрунте дает мак-
симальный эффект лишь при обязательном и последовательном
выполнении всех требуемых технологических операций: размельче-
ние грунтовых агрегатов (при'укреплении глинистых разновидно-
стей грунтов); тщательное перемешивание грунта с цементом и во-
дой до однородного состояния; уплотнение смеси до максимальной
плотности; длительный уход за уплотненным слоем. Состав цемен-
тогрунтовой смеси и ее технологическая обработка — неразрывно
связанные факторы.
Процессы гидратации и твердения цемента нельзя обеспечить
без надлежащего (оптимального) количества воды в цементогрун-
товой смеси так же, как тонким измельчением грунта и тщательным
перемешиванием- его с компонентами смеси нельзя компенсировать
и заменить уплотнение смеси до максимальной плотности.
Важно подчеркнуть, что цемент в цементогрунте представляет
собой главный, основной компонент, обеспечивающий при соблю-
дении определенных условий коренное, качественное изменение
природных свойств обрабатываемого грунта. Именно в цементе
заложены те потенциальные вяжущие свойства, при максимальной
реализации которых обеспечивается коренное изменение первона-
чальных свойств, присущих грунту, с приданием ему новых качеств:
постоянной и необратимой прочности, связности (монолитности),
морозостойкости и др.
Главная идея в применении различных методов укрепления
грунтов, в том числе и укрепления цементом, — это широкое исполь-
зование местных грунтов (природных и искусственных) как исход-
37
ного наиболее дешевого и доступного сырья, обеспечивающего в
результате соответствующей его технологической обработки полу-
чение полноценных заменителей привозных каменных материалов.
При этом главное внимание уделяется разработке таких мето-
дов, которые позволяют эффективно использовать также и грунты,
содержащие тонкодисперсные (глинистые и коллоидные) частицы.
Именно поэтому при укреплении таких грунтов их всегда рассмат-
ривают как весьма активную среду (а не инертный заполнитель),
существенно влияющую на процессы гидратации и твердения мине-
ральных вяжущих материалов и вступающую в химическое и фи-
зико-химическое взаимодействие с продуктами гидратации цемен-
тов различного вида.'
В настоящее время эффективность воздействия различного вида
минеральных вяжущих материалов, используемых для укрепления
грунтов различного состава, разносторонне изучена, и они широко
применяются для указанных целей.
Особенно широкое применение нашли и будут использоваться
в дальнейшем в качестве связующего материала следующие виды
цементов различной активности: портландцементы, шлакопортланд-
цементы и пуццолановые портландцементы; известково-шлаковые
и известково-зольные цементы; портландцементы в сочетании с не-
большими добавками извести; тонкомолотые активные гранулиро-
ванные шлаки; тонкодисперсные активные золы уноса; известь мо-
лотая негашеная и гашеная гидратная.
В зависимости от указанного вида цемента,- его активности и до-
зировки, а также состава и свойств обрабатываемого грунта может
быть достигнута различная степень прочности укрепленного грунта,
что и будет предопределять возможность применения цементо-
грунта в том или ином конструктивном слое дорожной одежды. При
этом должны быть также учтены категория дороги и дорожно-кли-
матическая зона.
Каждый из перечисленных видов вяжущего материала при твер-
дении характеризуется своими специфическими особенностями.
Однако общим признаком является то, что все указанные выше
минеральные вяжущие материалы будут активно взаимодейство-
вать с грунтом (особенно с его тон ко дисперсной частью) как с гид-
равлической добавкой, т. е. они будут твердеть во влажных усло-
виях. Установлено, что даже воздушная известь в результате актив-
ного взаимодействия с глинистым грунтом становится гидравличе-
ским вяжущим.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ ЦЕМЕНТОМ
Процессы твердения гидравлических вяжущих веществ подроб-
но изучены многими исследователями. При этом наиболее детально
изучены составные части и продукты гидратации портландцемента.
Структурно-механические свойства цементного камня в разные
сроки его твердения сильно зависят от его фазового состава. Из
38
этого следует, что путем изменения последнего с помощью тех или
иных факторов можно существенно регулировать свойства цемент-
ного камня, улучшая их в желательном направлении при изготов-
лении бетонов, строительных растворов или укреплении цементом
различных грунтов.
Портландцементный клинкер до его помола и гидратации пред-
ставляет собой сплав многих минералов. Процесс твердения порт-
ландцемента в основном зависит от гидратации следующих клин-
керных минералов:
трехкальциевого силиката, представляющего собой кальциевую
соль ортокремниевой кислоты (3CaO-SiO2). Это минерал алит, ус-
ловно обозначаемый C3S;
двухкальциевого силиката — ортосиликат кальция
(P2CaO-SiO2). Минерал белит C2S;
трехкальциевого алюмината — кальциевая соль алюминиевой
кислоты (ЗСаО-А12О3), условно обозначаемая С3А;
четырехкальциевого алюмоферрита — ферритовая фаза
(4СаО- Al2O3-Fe2O3). Минерал браунмиллерит C4AF.
В составе цементного клинкера имеются и другие минералы,
играющие относительно меньшую роль в процессах гидролиза и
твердения.
В процессе гидратации и твердения клинкерные минералы ока
зывают значительное влияние друг на друга, т. е. этот процесс яв-
ляется взаимосвязанным и весьма сложным.
При гидратации трехкальциевого силиката образуются тобермо-
ритоподобные гидросиликаты кальция, в которых отношение
СаО: SiO2 зависит от концентрации в жидкой фазе гидрата окиси
кальция.
При твердении C3S в условиях, когда в жидкой фазе концентра-
ция Са(ОН)2 находится в пределах 0,05—1,1 г СаО на 1 л, обра-
зуются низкоосновные гидросиликаты типа CaO(0,8-i,5)- SiO2-H2O(2;5_D.
При повышении концентрации Са(ОН)2 до 1,25 г СаО на 1 л (пе-
ресыщенные растворы) образуются тоберморитоподобные гидроси-
ликаты кальция более основные. В них отношение CaO/SiO2 нахо-
дится в пределах 1,5—2,0.
Двухкальциевый силикат C2S при нормальной температуре в
процессе гидратации переходит в низкоосновный тоберморитопо-
добный гидросиликат кальция CaOro.8-i,5r SiO2-H2O(2,5-D. Установ-
лены повышенное содержание извести в гидросиликате кальция в
растворах, богатых известью Са(ОН)2, и снижение содержания
извести в растворах с малой концентрацией извести.
В том случае, когда поры цементогрунта заполнены раствором,
содержащим очень малое количество извести (или вовсе ее не со-
держащим), происходит извлечение извести из гидратирующегося
цемента вследствие физико-химического (обменного) поглощения
катионов кальция или молекул Са(ОН)2, тонко дисперсной частью
грунта. Такое нарушение нормального хода процесса гидролиза
цемента наблюдается, например, при укреплении кислых глинистых
грунтов (pH менее 6,5) и приводит к формированию кристаллиза-
К39
АМЕМ.КС
ционной структуры цементогрунта пониженной прочности, водо- и
морозостойкости, поскольку происходит предельное физико-хими-
ческое поглощение катионов кальция поверхностью грунтовых
частиц.
При небольшой добавке в кислые грунты молотой негашеной
СаО или гидратной Са(ОН)2 извести происходит насыщение рас-
твора, заполняющего поры грунта катионами кальция. При этом в
порах грунта создается щелочная среда (pH равно 11—12), про-
цесс гидратации цемента и дальнейшего твердения цементного кар-
каса начинает протекать в условиях, наиболее благоприятных для
твердения гидравлического вяжущего.
Главными продуктами гидратации цемента являются различного
состава гидратированные силикаты, имеющие разное соотношение
C3S и C2S, гидратированные алюминаты и гидроокись кальция.
По данным X. Ф. Тейлора [85], силикатные и алюминатные фа-
зы перемежаются друг с другом и, по всей вероятности, ни одна из
этих фаз не является полностью кристаллической. Гидрат окиси
кальция также тесно перемешан с другими гидратированными фа-
зами и лишь частично может быть кристаллическим.
Продукты гидратации C3S в зависимости от концентрации из-
вести в растворе и при условии достижения равновесия могут
иметь следующий состав:
при концентрации меньше 0,08 г СаО/л наблюдается полное
разложение C3S с переходом Са(ОН)2 в раствор и выделением
кремнегеля;
при концентрации 0,08—1,12 г СаО/л образуются гидросилика-
ты кальция типа CSH (В), состав которых колеблется в пределах
CaO(i,7-2,o)-Si02(o,5-2,5)H20;
при гидратации цемента в насыщенных и пересыщенных раство-
рах Са(ОН)2 трехкальциевый силикат образует гидросиликат типа
C2SH2 и гидрат окиси кальция в твердой фазе. Состав гидросили-
катов колеблется в пределах СаОц j-2,0)-SiO2(2_4)H2O.
Исследования микроструктуры портландцемента, проведенные
Л. В. Гончаровой [13], показали, что образующиеся продукты в про-
цессе гидратации проходят через различные стадии дисперсного со-
стояния и превращаются из молекул (менее 1 А) в частицы колло-
идных размеров (<0,22 мкм) и больших размеров (0,2—1 мкм)
кристаллических новообразований.
На основании дифрактометрических и электронно-микроскопи-
ческих исследований клинкерные минералы по скорости их гидра-
тации можно расположить в следующий ряд:
C3A>C4AF>C3S>₽C2S.
В последнее время в исследованиях, посвященных химии вяжу-
щих материалов, процесс твердения портландцемента и других ми-
неральных вяжущих веществ объясняют сложными хМическими
реакциями, результатом которых и является превращение этих ве-
ществ в камневидное тело.
40
А. А. Берлин, В. П. Парини, В. В. Коршак, Ю. С. Черкинский
рассматривают силикатные цементы как минеральные пространст-
венные полимеры с электростатическими связями.
В качестве сырья, используемого для получения портландцемен-
та, широко используются глины, суглинки или глинистые сланцы
при соответствующем их составе. Основные минералы, входящие в
состав многих глин (каолинит, галлуазит, монтмориллонит, гидро-
мусковит), представляют собой полиалюмосилоксаны, которые раз-
нятся между собой по строению полимерной цепи.
В создании прочного цементного камня большую роль играют
гидросиликаты тоберморитового типа. Установлено, что тобермо-
риты являются полимерными соединениями с более или менее упо-
рядоченной. структурой. Исследованиями Ю. М. Бутта и других
[7] установлено, что полимерные гидросиликаты обеспечивают
большую прочность.
Изучение условий образования и строения силоксановых соеди-
нений, входящих в состав гидравлических цементов, показало, что
в сложных превращениях силикатной составляющей портландце-
мента важную роль играет известь. На первой стадии синтеза
клинкера известь участвует в химической реакции с кремнекисло-
родными соединениями. Она необходима для перевода полимерно-
го силиката в мономерное состояние — в ортосиликат кальция.
Присоединением же еще одной молекулы СаО к ортосиликату
кальция достигается большая неустойчивость этого соединения,
что и обусловливает повышение его активности.
В цементном камне имеются два основных вида ионов кальция
(не считая соединений непрореагировавшего клинкера):
ионы кальция, хемосорбированные силоксаном
- Si—О - Са2+О- - Si -;
I	I
свободная известь в виде Са(ОН)2.
Излишняя свободная известь-, выделяющаяся при затворении
водой цемента, является как бы буфером, благодаря которому про-
исходит восстановление полимерного гидросиликата при взаимо-
действии последнего с водой и удалении ионов кальция. С другой,
же стороны, свободную известь следует рассматривать как напол-
нитель, который в силу относительно хорошей растворимости
не всегда благоприятно сказывается на свойствах цементного
камня.
В целях связывания свободной извести, образующейся в про-
цессе твердения портландцемента, применяют различные активные
добавки (диатомиты, трепелы, туфы, обожженные глины, золы уно-
са, тонкомолотые шлаки). Как будет показано ниже, глинистые
грунты различного состава и генезиса также следует рассматри-
вать как природные активные добавки по отношению к продуктам
гидратации цемента. При этом активность таких добавок грунта
может играть как положительную, так и отрицательную роль в за-
41
кеЛякдмЕЖ.
висимости от химико-минералогического состава грунта и коллоид-
ного состояния тонкодисперсной его части.
Активность неорганической добавки зависит от степени ее дис-
персности, состава и, особенно, от содержания в ней относительно
растворимой кремнекислоты. Целым рядом исследований подтверж-
дается тот факт, что те разновидности грунтов, которые характери-
зуются относительно большим содержанием растворимой (актив-
ной) кремнекислоты, показывают и более высокую прочность и
морозостойкость при укреплении их цементом. Такое увеличение
прочности цементогрунта можно объяснить увеличением полимер-
ных гидросиликатов кальция в составе цементогрунтового каркаса.
В познании механизма твердения цементов и таких дисперсных
материалов, какими являются грунты; а также в создании эффек-
тивных методов направленного структурообразования при укреп-
лении грунтов, большую роль сыграли работы акад. П. А. Ребин-
дера в области физико-химической механики дисперсных тел [48].
Начальной стадией твердения является переход ионов из кристал-
лической решетки цементных минералов в водную среду и гидра-
тация их в этой среде с последующей кристаллизацией из пересы-
щенного раствора нового устойчивого в этих условиях гидрата. Из
таких новообразований и первичных частиц гидратированного вя-
жущего вещества до начала схватывания и при начальной стадии
твердения возникает коагуляционная кратковременная структура,
представляющая собой пространственную сетку, образующуюся
путем беспорядочного сцепления мельчайших частиц дисперсной
твердой фазы через тонкие прослойки жидкой дисперсионной сре-
ды. Прочность такой структуры сравнительно невелика, поскольку
она обусловлена слабыми молекулярными силами сцепления.
Такой коагуляционной структуре свойственна тиксотропность,
т. е. способность к обратимому восстановлению структуры после
ее разрушения. Поэтому до начала схватывания прогидратировав-
шихся зерен цемента образовавшаяся коагуляционная структура
может быть разрушена без ущерба в отношении прочности кри-
сталлизационной структуры, образующейся в дальнейшем в про-
цессе твердения цементогрунта или цементобетона.
Если же в кратковременный период коагуляционного структуро-
образования (исчисляемый несколькими десятками минут) разру-
шение этой структуры произойдет и до начала схватывания будет
осуществлено вибрационное или вибрационно-статическое прило-
жение нагрузки, вызывающее более плотную упаковку частиц, то
при дальнейшем процессе твердения обеспечится повышенная проч-
ность укрепленного грунта или цементобетона.
В процессе твердения цементогрунта в нем формируется каркас
пространственной кристаллизационной структуры, характеризую-
щейся прочностью, в десятки раз превышающей прочность коагуля-
ционной структуры.
Гидросиликаты кальция в начальный период гидратации порт-
ландцемента возникают в небольшом количестве, но в силу своей
большой дисперсности (удельная поверхность тоберморитоподоб-
42
ной фазы, примерно, в 1000 раз превышает удельную поверхность
исходного цемента) они принимают участие в схватывании совме-
стно с гидросульфоалюминатом кальция.
Увеличение прочности цементогрунтового каркаса и, следова-
тельно, прочности цементогрунта в целом с увеличением времени
твердения вызывается в значительной мере обрастанием первона-
чально возникшего каркаса тоберморитоподобными гидросиликата-
ми и образующимся одновременно с ними гидратом окиси кальция.
Микроскопические исследования подтверждают сказанное выше .
и показывают, что твердеющий цементный камень представляет
собой весьма сложный конгломерат кристаллических и коллоидных
(или микрокристаллических) гидратных новообразований, а также
непрореагировавших еще с водой остатков цементных зерен, тонко-
распределенной воды и воздуха.
В настоящее время есть основания утверждать, что при укреп- S
лении глинистых грунтов протекают такие процессы, которые в ко- /
нечном счете при определенных условиях приводят к самопроиз- 2
вольному синтезу в массе обрабатываемого грунта комплексного <
вяжущего, образующего Нрочный каркас. В состав этого вяжущего /•
входят гидратированные силикаты цемента, гидрат извести и алю- 1
мосиликатные и кремнекислые соединения, которые имеются в со-
ставе грунта [3, 4, 38].	$
Доказательством образования дополнительных цементирующих
веществ при взаимодействии цемента и глинистых частиц является .
относительно заметная растворимость двуокиси кремния и глино- 4
зема, содержащихся в глинистой тонкодисперсной части грунта. |
Растворимость отдельных глинистых минералов не так хорошо вы-
ражена, как это наблюдается у некоторых химических соединений.
Однако содержание различных примесей, степень кристаллизации
минералов, тонкодисперсный гранулометрический состав и pH рас-
твора, заполняющего поры грунта, могут являться теми факторами,
которые оказывают влияние на растворимость двуокиси кремния и
глинозема.
Установлено, что в щелочной среде растворяется главным обра-
зом двуокись кремния [70], хотя при большом значении pH окружа-
ющая среда может воздействовать и на глинозем. Исследованиями
К. В. Корренса [70] установлено, что в дистиллированной воде в
небольших количествах в раствор переходят SiO2 и А12О3 из монт-
мориллонита и каолинита.
И. Хашимото и М. Л. Джексон [73] указывают на растворение
примерно 3% SiO2 из каолинита, высушенного предварительно в
термостате, и примерно 8% SiO2 из монтмориллонита при кипяче-
нии в 0,5 N растворе NaOH. Есть основания утверждать, что рас-
творимость глинистых минералов повышается с уменьшением раз-
мера их частиц и снижением степени кристаллизации, поскольку
это связано с увеличением удельной поверхности и снижением
прочности (сопротивляемости) кристаллической структуры.
Глинистые минералы, имеющие трехслойную структуру (напри-
мер, монтмориллонит), относительно более растворимы, чем мине-
К43
AMKK.S.V
ралы с двухслойной структурой (например, каолинит), что объяс-
няется большей удельной поверхностью трехслойных минералов и
меньшим сопротивлением прониканию катионов в межслойные
пространства раздвижной кристаллической решетки, свойственной
таким минералам.
Большая катионообменная способность может привести к погло-
щению катионов (например, Са2+) и выделению в раствор (в поро-
вое пространство грунта) катионов водорода, что нарушит нор-
мальный ход гидролиза цемента и образование прочных соеди-
нений.
Компоненты грунта, отличающиеся по составу и свойствам от
глинистых минералов, в особенности тонкодисперсный кремнезем
SiO2, являются потенциальным источником образования вещества,
цементирующего грунт. Такие компоненты могут играть очень
важную роль в преобразовании свойств и укреплении глинистых
фракций цементом.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЛИНИСТЫХ МИНЕРАЛОВ С ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОМ
И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЧНОСТЬ ЦЕМЕНТОГРУНТА
Минералогический состав грунта оказывает большое влияние
на процессы гидратации и твердения прореагировавших зерен це-
мента и на формирование структурно-механических свойств цемен-
тогрунта. При этом такое влияние может играть как положитель-
ную, так и отрицательную роль на конечную прочность цементо-
грунта.
В зависимости от гранулометрического состава укрепляемых
грунтов будет преобладать влияние минералогического состава
грубодисперсных частиц-(песчаных и гравийных) или тонкодис-
персных (пылеватых и особенно глинистых).
При укреплении цементом крупнообломочных (гравийно-песча-
ных, щебенисто-песчаных) или песчаных грунтов решающее влия-
ние будут, оказывать такие минералы, как кварц, полевые шпаты,
роговая обманка, кальцит, гипс, слюда, пирит и др. При укрепле-
нии глинистых разновидностей, особенно суглинков и глин, про-
цессы Твердения и структурообразования будут предопределяться
количеством и сочетанием тонкодисперсных глинистых минералов
типа монтмориллонита, гидрослюд и каолинита, а также тонкодис-
персного кварца и других минералов.
Подробное изучение влияния минералогического состава укреп-
ляемых грунтов на кинетику твердения и на конечную прочность
цементогрунта было проведено Л. В. Гончаровой [13]. Представля-
ют интерес опыты по сравнительному изучению влияния добавок
портландцемента и чистого трехкальциевого силиката C3S на кине-
тику твердения мономинеральных глин, резко отличающихся по
своим свойствам и строению — каолинита и монтмориллонита
(табл. 8). Вяжущие свойства портландцемента во все сроки твер-
дения, и особенно в ранние сроки его твердения, во много раз пре-
44
Таблица 8
Вяжущее или состав смеси	Предел прочности при сжатии образцов мономииеральных глии, укрепленных портландцементом C3S, кгс/см2, при времени твердения, сут				
	1	7	28	90	1800 (3 года)
Портландцемент Трехкальциевый силикат C3S Каолинит • (глуховецкая глниа) + 25% c3s Каолинит (глуховецкая глина) + 25% портландцемента  Монтмориллонит (аскангелевая глииа) + +25% C3S Монтмориллонит (аскангелевая глина) + +25% портландцемента Монтмориллонит (аскангелевая глина) + +50% C3S Монтмориллонит (аскангелевая глина) + +50% портландцемента	239 25 40 32 12 6 32 15	423 45 58 49 22 13 33 29	627 67 115 59 32 22 63 39	675 201 137 91 34 27 92 50	680 227 241 150 31 25 91 43
вышают прочность образцов, приготовленных из чистого трехкаль-
циевого силиката C3S.
При укреплении же мономииеральных глин (каолинитовых и
монтмориллонитовых) добавкой указанных выше вяжущих в коли-
честве 25% по массе смеси прочность образцов этих глин становит-
ся существенно большей при добавке C3S, а не портландцемента.
При этом с увеличением сроков твердения, и особенно через
три года, прочность образцов укрепленной каолинитовой глины
значительно возрастает при добавках C3S, а не портландцемента —
в количестве 25% по массе.
При укреплении монтмориллонитовой глины добавкой C3S или
портландцемента в количестве 25% прочность е увеличением вре-1
мени твердения возрастает лишь до 90-суточного срока. Через Зто-
да твердения намечается тенденция к снижению прочности образ-
цов указанного состава по сравнению с прочностью образцов
90-суточного срока твердения. z
Во все сроки твердения прочность образцов укрепленной каоли-
нитовой глины в несколько раз превышает прочность образцов
укрепленной монтмориллонитовой глины как при добавке C3S, так
и при добавке портландцемента.
Указанное можно объяснить специфическими особенностями
монтмориллонитовой глины: подвижностью кристаллической ре-
шетки, огромной удельной поверхностью, большой обменной спо-
собностью и другими свойствами.
Даже при добавке вяжущего (C3S или портландцемента) в ко-
личестве 50% прочность образцов монтмориллонитовой глины во
все сроки твердения достигает значительно меньших величин, чем
у образцов каолинитовой глины, укрепленной 25% вяжущего.
К ТС

Существенный интерес представляют исследования механизма
твердения и процессов взаимодействия глинистых частиц с гидра-
тированными продуктами цемента, выполненные А. Герцогом и
Дж. Митчеллом в США [74]. Экспериментальные исследования вы-
полнялись на уплотненных образцах мономинеральных глин. Укре-
плению подвергали каолинитовую и монтмориллонитовые глины,
обладающие весьма различными свойствами. Каолинитовая глина
имела pH=5,5; емкость обмена составляла 5 мг/экв на 100 г, в том
числе поглощенного кальция содержалось 3,5 мг/экв на 100 г.
Монтмориллонитовая глина имела pH = 8,6; емкость обмена состав-
ляла 85 мг/экв на 100 г, в том числе поглощенного натрия содер-
жалось 70 мг/экв, поглощенного кальция — 8 мг/экв. В качестве
вяжущего материала использовали портландцемент, содержащий
около 50% трехкальциевого силиката, и чистый синтетический
трехкальциевый силикат C2S.
Уплотненные цилиндрические образцы при относительной влаж-
ности 100% выдерживали перед определением предела прочности
при сжатии в течение 1; 7; 28 и 84 сут. Образцы испытывали после
суточного водонасыщения в воде. Для ускорения гидратации и гид-
ролиза цемента образцы в указанные выше сроки твердения вы-
держивали при температуре 60° С.
Для испытаний было приготовлено восемь серий образцов: че-
тыре с каолинитом и четыре с монтмориллонитом. Каждый тип
глины укрепляли портландцементом или чистым трехкальциевым
силикатом.
Добавка вяжущего применялась в количестве 15 и 30% по мас-
се сухой глины.
Результаты испытаний приведены на рис. 3. Эти результаты
показывают следующее. Все образцы каолиновой глины как с до-
бавкой портландцемента, так и с C3S показали большую прочность
в суточном возрасте, чем соответствующие образцы монтморилло-
нитовой глины с такими же добавками вяжущего материала. Ско-
рость нарастания прочности в промежутке от 1 до 7 сут была при-
мерно одинаковой для всех серий образцов. В образцах с каолини-
том прочность при твердении через 7 и 28 сут нарастала быстрее,
чем в образцах из монтмориллонита. Образцы глин, укрепленные
C3S, во всех случаях были прочнее образцов соответствующих со-
ставов с добавкой портландцемента. Поскольку алит C3S, входя-
щий в состав клинкера, обусловливает в основном прочность порт-
ландцемента, то можно было бы предположить, что чистый C3S
обеспечит более высокий предел прочности при сжатии, чем проч-
ность, получаемая при добавке портландцемента. Как видно из
рис. 3, это предположение подтвердилось. Испытания же образцов
из чистого C3S или одного портландцемента показали обратную
картину.
Исследования Л. В. Гончаровой по укреплению мономинераль-
ных глин добавками чистого синтезированного C3S и портландце-
мента хотя и проводились по методике, отличающейся от методики
исследований А. Герцога и Дж. Митчела, позволили сделать прин-
46
Рис. 3. Зависимость между пределом
прочности при сжатии и времени
твердения образцов смеси:
а — каолинит + цемент; б — монтморилло-
нит + цемент;
1 — чистый портландцемент; 2 — чистый
C3S; 3—каолинит. +30% C3S; 4 — каоли-
нит +30% цемента; 5 — каолинит +15%
C3S; 6 — каолинит +15% цемента; 7 —
монтмориллонит +30% C3S; 8 — монтмо-
риллонит +30% цемента; 9 — монтморил-
лонит + 15% C3S; tO—монтмориллонит
+ 15% цемента
ципиально одинаковые выводы. Эти исследования показали, что в
зависимости от типа глинистого минерала, его свойств и структуры
степень получаемой прочности цементогрунта будет различной.
Эго положение в дальнейшем нашло подтверждение в исследо-
ваниях, проведенных О. В. Тюменцевой [57, 58] то укреплению мо-
номинеральных глин:, каолиновой, гидрослюдистой и монтморилло-
нитовой.
Данные, приведенные на рис. 4, показывают, что при твердении
образцов 28 сут гидрослюдистая глина при добавке 18% портланд-
цемента показывает более высокую прочность, чем при укрепле-
нии каолиновой глины, и особенно высокую прочность, чем монт-
мориллонитовой глины. При сроке твердения образцов 120 сут гид-
рослюдистая глина уже при добавке 12% портландцемента по
массе грунта обеспечивает более высокую прочность, чем у образ-
цов с каолиновой глиной, и в 4,5 раза выше прочность, чем у об-
разцов с монтмориллонитовой глиной при той же добавке
цемента.
Следует отметить, что предел прочности при сжатии образцов
из монтмориллонитовых' глин после 120-суточного твердения во
влажной среде практически не изменился по сравнению с проч-
ностью тех же образцов 28-суточного срока твердения [58]. Такое
явление, по-видимому, объясняется протеканием более интенсивных
физико-химических (обменных) процессов в монтмориллонитовых
47
КГ
АМЕХ.ке
смесях и сопровождающихся поглощением продуктов гидролиза
цемента с образованием малопрочных гидросиликатов пониженной
основности.
Влияние минералогического состава тонкодисперсной части
грунтов на свойства цементированного грунта проверялось также
и на искусственных грунтовых смесях, по своему гранулометриче-
скому составу приближающихся к наиболее типичным грунтам
Западной Сибири.
Исследования показали, что наиболее прочными и морозостой-
кими оказались цементогрунтовые образцы, приготовленные
из смеси, глинистая часть которых была представлена гидро-
слюдой.
Наименьшую прочность и морозостойкость имели образцы с до-
бавкой монтмориллонитовой глины, а среднее положение по проч-
ности и морозостойкости заняли образцы с добавкой каолиновой
глины (табл. 9).
Изучение кинетики твердения цементогрунтовых образцов, при-
готовленных из грунтовых смесей с различным составом глинистых
минералов, показало следующее (см. табл. 9). Предел прочности
при сжатии водонасыщенных цементогрунтовых образцов, твер-
девших во влажной среде в течение 3; 7; 28 и 105 сут, во всех
смесях закономерно повышается с увеличением времени твер-
дения.
При этом самую большую прочность имели образцы, содержа-
щие добавку гидрослюдистой глины. Несколько меньшую прочность-
имели образцы с каолиновой глиной, а образцы с монтмориллони-
товой глиной, как и следовало ожидать, имели значительно мень-
шую прочность по сравнению с каолиновой и, особенно, с гидро-
слюдистой глиной (рис. 5).
Таблица 9
Состав цементогрунтовой смеси	Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов, кгс/см**»-*^-л		Коэффициент морозостой- кости
	после 28-су- точного твер- дения	после 10 цик- лов замора- живания-отта- ивания	
Песок Вольский 30% + пылеватые ча-	75	68	0,90
стицы 45% + гидрослюдистая глина 25% + портландцемент 12% Песок вельский 30% + пылеватые ча- стицы 45% + каолиновая глина 25% + + портландцемент 12%	60	48	
			
			0,80
			
Песок вельский 30% + пылеватые ча- стицы 45% + монтмориллонитовая глина 25% + портландцемент 12%	32	14	0,42
48
к Таким образом, при взаимо-
к действии с продуктами гидро-
К лиза портландцемента природа
К и свойства глинистых минера-
К лов проявляются по-иному, чем
К это наблюдается при изучении
В свойств минералов в отдельно-
д сти.
Ж Как показали многочислен-
* ные исследования, монтморил-
Ж лонит представляет собой гли-
К нистый минерал, характеризу-
В ющийся исключительно боль-
В шой гидрофильностью, чрез-
В мерным набуханием, огромной
В поглотительной способностью и
В? имеет подвижную трехслойную
В кристаллическую решетку.
Ж В противоположность этому
[В минералу каолинит имеет мень-
К шую дисперсность, в значитель-
В" но меньшей степени проявляет
В способность к набуханию, ме-
В нее гидрофилен, чем монтмо-
В' риллонит, обладает малой по-
Вр глотательной способностью и
В характеризуется жесткой двух-
В слойной кристаллической ре-
Mt шеткой.
№ Гидрослюды по своим свой-
ствам занимают промежуточ-
К ное положение, но они ближе
Ж по свойствам к каолиниту.
Д Приведенные выше данные
К (см. рис. 4 и 5) свидетельству-
]В ют о том, что при взаимодейст-
В вин с цементом гидрослюды
1В ведут себя по-иному и обычная
зВ закономерность в проявлении
их свойств нарушается.
Ж Указанное выше свидетель-
]В ствует о том, что в естествен-
IB ных грунтах, в которых, как
Яг правило, в тонкодисперсной ча-
]В. стй присутствуют многие гли-
нистые минералы в различном
В: соотношении, можно ожидать
Ж;.проявление иных закономерно-
З^Естей, чем рассмотренные выше.
Рнс. 4. Влияние минералогического
состава глин на прочность цементо-
грунта:
1 — прочность цемеитогрунтовых образцов
из каолиновой глины после 28 сут твер-
дения; 2 —.то же, для образцов после
120 сут твердения; 3 — прочность цементо-
груитовых образцов из монтмориллонито-
вой глнны после 28 сут твердения; 4 —
те же, для образцов после 120 сут твер-
дения; 5 — прочность цемеитогрунтовых
образцов из гидрослюдистой глины после
28 сут твердения; 6 — то же, для образ-
цов после 120 сут твердения
Рис. 5. Изменение предела прочности
при сжатии водонасыщенных образ-
цов в зависимости от времени тверд е-
ния:
1 — грунтовая смесь - с монтмориллонитом;
2 — то же, с каолинитом; 3 — то же, с
гидрослюдой
49
СУММАРНОЕ ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТА И МИНЕРАЛОГИЧЕСКОГО
СОСТАВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА НА ПРОЦЕССЫ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТОГРУНТА
Условия происхождения (генезис) грунта решающим образом
•сказываются на его минералогическом, химическом и грануломет-
рическом составах. Все эти факторы существенно влияют на про-
цессы твердения, протекающие в цементированных грунтах.
Суммарное влияние свойств и генезиса грунта на структурно-
механические свойства цементогрунта изучалось с использованием
добавок пяти видов портландцементов различного минералогиче-
ского состава и добавок извести-пушонки.
Для изучения указанного влияния были отобраны пробы наи-
более типичных видов грунтов, имеющих широкое распространение
на территории Советского Союза, а именно: лесс пылевато-сугли-
нистый, лессовая и лессовидная пылеватые глины, покровная пы-
леватая глина, моренный тяжелый суглинок и супесь крупнозерни-
стая оптимального гранулометрического состава.
Условия происхождения (генезиса) грунта решающим образом
сказываются на его химическом и минералогическом составах и
коллоидно-химических свойствах. Это влияние становится особен-
но значительным в том случае, когда на сложные процессы вывет-
ривания, происходящие в верхней толще грунтов, накладываются
качественно новые и более сложные и многообразные процессы
почвообразования. Эти процессы не только вызывают сложное вли-
яние на свойства грунта качественного нового фактора — жизни и
распада биологических индивидуумов (растений, микроорганизмов,
животных), но также способствуют накоплению в грунте или вы-
мыванию из него гумусовых веществ, легко- и труднорастворимых
соединений, образованию новых минералов, которых ранее не было
в почвообразующей (материнской) горной породе.
Вследствие того что в дорожном и аэродромном строительстве
очень часто используют почвенный покров для устройства земля-
ного полотна и как местный материал (сырье), подвергаемый об-
работке и укреплению вяжущими материалами, в рассматривае-
мых исследованиях были также использованы пробы грунтов, ко-
торые характеризовали собой различные генетические горизонты
наиболее типичных почв: гумусовые горизонты черноземов и под-
золистых почв.
Указанные ' пробы грунтов для возможности сопоставления
укреплялись одинаковой добавкой (14% по массе смеси) портланд-
цементов различного минералогического состава, а также добавкой
гидратной извести в том же количестве. Результаты испытаний
частично приведены в табл. 10. Данные этой таблицы, помимо ха-
рактеристики свойств исходных грунтов, содержат результаты
испытаний предела прочности при сжатии (среднее из пяти опре-
делений) водонасыщенных образцов размером 5x5 см, твердевших
28 сут во влажных условиях и после этого подвергавшихся 5-крат-
ному циклу водонасыщения-высушивания. Структурно-механиче-
ские свойства, водо- и морозостойкость цементогрунта при одина-
50
Таблица 10
Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов при добавке 14% вяжущего, кгс/сма		нонэтпялан ПОЛОГОМ ИХЗЭЯВИ		сч	1	со о	сг>	СО	О
		л/«кэ ‘021g снчхэонхйэшш ИОНЧГЭГЛ Э ВХНЭИЕ -5"п ОЛОНЛЕНИМО1ГЕ			146	о	— г-	сп	ОО аг	СО
		з/еиэ отэонхйая -он иончгэкЛ э влнакэи OJOH1EH -н иснгвоиолигэд		о	991	СО	ОО о	ь-	ОО	СО
		л/гмэ ‘oogg (лчхэонхбэиои уончгэхЛ э елнэи -0П ОЛОНХВНИИ’ОП/В		о	156	О	СЧ со	о	143	102
		алитово-алюми-	натного цемен- та, пластифи- цированного ССБ с удель- ной поверх- ностью 4260, см2/г	ОС	162	—	о «о	о	1	О
		'0Q [0 СИЧХЭОНХЙЭяОЦ BOH4iraVA э вхнаиай ОХОяОХИГВ			8	о	сч с.ч	СО	154	о
Характеристики грунтов, укрепляемых	!	портландцементом или известью	вхнлйл эээеи ои % ‘яхэашая Х1ЧяоэЛиЛл 0ИНВЖС101ГОЭ		со	Нет	сч о	о	Нет	0,45
		-эви	вхнЛДл эз ou % ‘соэеэ 0HHeJKd0tO3	LQ	Нет	tF	о о	— о	о	1	5,10
		вхнЛйл оээвм он % ‘ИИ оо‘о —2 Пнхэвь Х1чнвьэаи аннвжйагоэ			О	53,0  8,2	‘ 6,8	7,2
		OL	bxhAUj эээви % ‘ИИ 100‘0 00H9W ПНХЭВЬ SHHBiKdairoj	СО	7,3	»о	сч со	ст?	14,4	СО сч
			ИХЭОН ЬИХЭВГЯ ОГЭИ^	сч	5,8	со	О *о	сч ~	сч	15,5	25,0
Наименование грунтов				—•	Оптимальная грунто- вая смесь, приготовлен- ная путем смешения xhvnwn.4P.nwur.Tnrn песка	и моренного суглинка /Моренный тяжелый су- глинок (Московская обл., Красногорский р-н) Покровная пылеватая глина (Московская обл., Подольский р-н) Лёсс типичный, тяже- лый пылеватый суглинок СУССР. пайлн Белой		Церкви) Лёссовая пылеватая глина (УССР, Полтав- ская обл.)
RU
АМЙГ.Ь.Г
Продолжение табл, id
ИОнэшелэн VOXOITOM ИХЭЭЯЕИ		СМ	3	со	г-	о	О со
j/гиэ ‘02l£ снчюонхйаяои ^ончва^А о ед. на wall ОЛОНХЕИИИСНВЕ			СО оо	см	со	о	!о
j/гиэ ‘059t огчхэонхйаяои УОНЧ1ГЭ1ГК э вхнаиац ОЛОИХЕНИИОПГЕ -ояохивэр		о	ОО	о со	2	ст>	<2
J/сИЭ *0029 гачхэонхОаясш gOMqiraVA э вхнаиац ОЛОНХЕНИИСН1/Е		о>	109	S'	см	СО	
	£ 'би 2 ° - BuEE St g “ S S g “а =S«So52S и» чек5; Ч S CJ Н К и; СО я Q Ef u Я д сч ч S 5 <-> o'* я §в С	со	113	’ф 1О	СО	ь-	8
л/«иэ ‘001S «чхэоихЦэяоп цончваГЛ э ЕХЙЭИ811 ОЛОЯОХИВЕ		*-	fr-		СО СМ	со	124
Характеристики грунтов, укрепляемых портландцементом нли известью	exhAcIj аээви он % ‘нхээТпэя х1чяоэАиХл аинЕжёаХГоэ	<о	о	4,83	СМ	со ° СО	ТГ	0,65
	вхнАйл аээви О“ % ,ЕОЭеЭ аииижйаЯоэ	ю	06*9	о о	®	5 о	Ж	Нет
	ExnAdj аээЕи ои % *ии до‘0 —Z YlMXOEh Х1чивьэаи aHHEwdatfog		4,2	7,3	ОО	о со	см см	31,3
	вхиАбх аээви он % ‘им [00*0 ааиаи 1тнхэвь аинЕжОэТГоэ	со’	25,1	8‘91	оо	о 1О	оо	7,1 /
	ИХЭОНЬИХЭЕТГН ОГГЗИР!	см	22,9-	16,3	ь-	со о	см	ю
Наименование грунтов		-	' si	«S'Sog-' 5 Л о = сУ g si	S ° ° 2s«Sfe ' ю	о S У о о и	00)22 « §оз1Ц “THi 9* §«-s°h°s§«5E?s^ss?ss&^ к s « ^ >•	rSw >^'2 о- ° « Е 8 с£^.яйё^3о£я2	|6. К -	о-S чЛ« о-ч «Дг 2 ® *	“ о S« . 3 £5о^з£ 3§ So® .но я — яЕ S>-cS Е Е	cEctso			
52
ковых дозировках вяжущего материала в существенной степени
зависят от минералогического, а следовательно, и химического
составов и свойств цемента, а особенно от генезиса и связанных
с ним коллоидно-химических свойств, минералогического и грану-
лометрического составов укрепляемого грунта.
При укреплении одного и того же типа грунта основными фак-
торами, определяющим прочность цементогрунта, являются мине-
ралогический состав, степень дисперсности (тонкость помола) и
активности цемента. При этом в случае одинакового минералоги-
ческого состава и соблюдении прочих равных условий прочность
цементогрунта закономерно повышается с увеличением дозировки
цемента. Для большинства исследованных образцов цементогрун-
та наиболее высокие показатели прочности достигаются при до-
бавке алитового портландцемента, а самые низкие — при добавке
алюминатного портландцемента грубого помола (удельная поверх-
ность 3120 см2/г).
Алитовые портландцементы обеспечивают не только наиболее
высокую прочность, но и более водопрочную морозостойкую струк-
туру цементного камня, а следовательно и цементогрунта, что осо-
бенно важно для дорожных целей.
При добавке к грунту тонкомолотого алюминатного портланд-
цемента с удельной поверхностью 6280 см2/г прочность цементо-
грунта несколько ниже, чем при той же добавке алитового порт-
ландцемента, хотя удельная поверхность его меньше, чем тонкомо-
лотого алюминатного цемента, и составляет 5100 см2/г.
Добавка алюминатного тонкомолотого портландцемента (удель-
ная поверхность 6200 см2/г) обеспечивает более высокую прочность
для большинства проб цементогрунта, чем такая же добавка алю-
минатного портландцемента более: грубого помола (удельная по-
верхность 3120 см/г).
Это подтверждает ранее установленный факт, что при одинако-
вом минералогическом составе цемента активность цемента и проч-
ность цементогрунта повышаются с увеличением удельной поверх-
ности, т. е. тонкости помола цемента.
По степени воздействия на различные виды грунтов белитово-
алюминатный портландцемент занимает промежуточное место.
Результаты исследований, частично приведенные в табл. 10,
позволяют расположить портландцементы различного минералоги-
ческого состава, учитывая достигнутую прочность цементогрунта,
в следующий ряд:
алито- >алитово-алю- >алюминат- >белитово-	>алюминат- .
вые минатные,	ные тонкого по- алюминатные ные грубого по-
пластифициро-	мола	мола
ванные ССБ
Выполненные исследования также показали, что структурно-ме-
ханические свойства цементогрунта при прочих равных условиях
изменяются в зависимости от генетических свойств в значительно
большей степени, чем в зависимости от минералогического состава
К 53
портландцемента. Особенно это заметно при укреплении цементом
гумусовых горизонтов почв.	* ,
Максимальное значение предела прочности при сжатии было
-получено при укреплении оптимальной смеси и равнялось
207 кгс/см2 при добавке 14% по массе алитового портландцемента.
При той же добавке (14% по массе) алюминатного портландцемен-
;а грубого помола к гумусовому горизонту подзолистой почвы
было получено минимальное значение прочности — всего лишь
6 кгс/см2, что в 34 раза меньше прочности, полученной при укреп-
лении грунта оптимального гранулометрического состава.
При укреплении гумусового горизонта выщелоченного чернозема
предел прочности при сжатии был равен 23 кгс/см2 при добавке
14% алитового портландцемента, а для того же грунта при добавке
14% алюминатного цемента с удельной поверхностью 3120 см2/г,
прочность при сжатии была равна 13 кгс/см2, т. е. была меньше в
1,8 раза, чем при добавке алитового цемента. При укреплении же
лессовидной пылеватой карбонатной глины, на которой сформиро-
вался указанный выше чернозем (т. е. материнской породы выще-
лоченного чернозема), той же добавкой алитового портландцемен-
та (14%) предел прочности при сжатии составил 117 кгс/см2, а при
добавке алюминатного цемента в том же количестве прочность
уменьшилась в 1,4 раза и равнялась 83 кгс/см2.
Если же сравнить прочность, получаемую при одинаковой до-
бавке портландцементов, аналогичных по минералогическому со-
ставу, но для разных генетических горизонтов этого же выщело-
ченного чернозема, то картина будет следующей.
При добавке к подстилающей чернозем карбонатной лессовид-
ной глине, как было указано выше, алитового портландцемента
предел прочности при сжатии составил 117 кгс/см2, а для гумусо-
вого горизонта чернозема, сформировавшегося на этой же лессо-
видной глине, прочность при сжатии при той же добавке (14%)
алитового цемента равна всего лишь 23 кгс/см2. Таким образом,
прочность образцов цементогрунта аналогичного состава, но отли-
чающимся лишь наличием в нем гумусовых веществ в количестве
6,3%, под их действием уменьшается в 5,1 раза.
При добавке 14% алюминатного цемента грубого помола к этой
же карбонатной глине прочность образцов цементогрунта равна
83.кгс/см2, а при добавке того же цемента в указанном количестве
к гумусовому горизонту чернозема прочность образцов при сжатии
составляет всего лишь 13 кгс/см2, т. е. под действием гумусовых
веществ уменьшается в 6,4 раза.
Примером еще более резко отрицательного действия генетиче-
ских особенностей грунта на прочность цементогрунта являются ре-
зультаты укрепления гумусового горизонта дерново-подзолистой
почвы. При добавке к такому грунту 14% алитового цемента пре-
дел прочности при сжатии составляет всего 14 кгс/см2, а при такой
же добавке алюминатного цемента итого меньше—10 кгс/см2.
Таким образом, в зависимости от минералогического состава це-
мента прочность уменьшается в 1,6 раза.
54
При укреплении моренного суглинка, на котором сформирова-
лась указанная подзолистая почва таким же количеством алитово-
го цемента, прочность цементогрунта становится весьма большой и
•составляет 129 кгс/см2, а при добавке алюминатного цемента гру-
бого помола — 79 кгс/см2. При этом понижение прочности, обуслов-
ленное минерало! ическим составом цемента, относительно такое же.
Если же сравнить прочность, получаемую при добавке одинако-
вых по минералогическому составу цементов при равной их дози-
ровке (14%), но для разных генетических горизонтов подзолистой
почвы, то наблюдается следующее. При укреплении алитовым це-
ментом предел прочности при сжатии образцов моренного суглин-
ка равен 129 кгс/см2, а при той же добавке (14%) указанного це-
мента к гумусовому горизонту подзолистой почвы прочность такого
цементогрунта составляет всего лишь 16 кгс/см2, т. е. в 8 раз мень-
ше прочности цементогрунта из моренного суглинка.
Из приведенных данных вытекает, что наличие гумусовых ве-
ществ в грунте (особенно кислых гумусовых веществ) является от-
рицательным фактором, обусловливающим малую прочность цемен-
тогрунта.
Весьма положительным фактором, способствующим приобрете-
нию цементогрунтом большой прочности и морозостойкости, явля-
ется наличие в грунте углекислого кальция (например, в лёссе), а
также большое содержание в грунте песчаных частиц (оптималь-
ная смесь, моренный суглинок).
Твердо установленным фактом являются наличие и протекание
сложных процессов взаимодействия продуктов гидратации цемента
с тонкодисперсными частицами грунта. При этом такое взаимодей-
ствие может быть направлено как в положительную сторону, так и
в отрицательную. Последнее имеет место при укреплении грунтов,
содержащих гумусовые вещества, при большом содержании мине-
рала монтмориллонита или кислой среды в порах грунта.
Для сравнения с прочностью цементогрунтов, получаемой при
добавке портландцемента, различных по своему минералогическому
составу, в табл. 10 приводятся результаты испытаний по определе-
нию прочности образцов тех же видов грунтов, укрепленных добав-
ками извести-пушонки в том же количестве (14% по массе смеси).
Несмотря на то что известь является не гидравлическим, а воз-
душным вяжущим и при этом активность извести значительно мень-
ше, чем у любого вида портландцемента, для ряда глинистых ви-
дов грунтов прочность водонасыщенных образцов грунтов, укреп-
ленных известью, была равной, а в ряде случаев и большей, чем
прочность аналогичных образцов грунта, но укрепленных белито-
воалюминатным или алюминатным портландцементом грубого по-
мола. При этом важно отметить то обстоятельство, что образцы
грунтов, укрепленных известью, твердели 28 сут во влажных усло-
виях, т. е. так же, как и образцы цементогрунтов, укрепленных гид-
равлическим вяжущим, — портландцементом.
Наиболее высокую прочность при сжатии при добавке 14% из-
вести имели образцы лёссовой и лёссовидной пылеватых глин —
94 кгс/см2. Полученная прочность при укреплении известью лёссо-
вой глины в 1,5 раза превышает прочность той же глины, укреплен-
ной белитово-алюминатным портландцементом и в 1,3 раза больше
прочности образцов той же глины, но укрепленной алюминатным
портландцементом грубого помола.
Большое содержание в указанных глинах глинистых частиц
(28—25%) и большое число пластичности (25—23), а также со-
держание углекислого кальция в количестве 5—7% являются теми
положительными факторами, которые обеспечивают протекание
сложных физико-химических и химических процессов взаимодейст-
вия извести с тонкодисперсной частью грунта. При этом в массе
известкованного грунта формируется прочный каркас, в состав ко-
торого входят самопроизвольно образовавшиеся гидратированные
силикаты кальция различной основности, выкристаллизовавшийся
гидрат окиси кальция и частично кар'бонатизированная известь.
Присутствующие в большом количестве в грунте глинистокол-
лоидные частицы играют роль гидравлической добавки, в результа-
те чего и протекают реакции взаимодействия, свойственные гидрав-
лическим вяжущим. В конечном счете воздушная известь проявля-
ет себя как гидравлическое вяжущее. Это подтверждается испыта-
ниями образцов, твердевших длительные сроки во влажных услг'
виях.
Таким образом, при определенном составе глинистого грунта
известь может конкурировать с некоторыми видами портландцемен-
тов, имеющих большую активность.
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ИЗВЕСТЬЮ
В Советском Союзе объемы применения извести для укрепления
различных видов грунтов возрастают с каждым годом. К 1980 г. при
строительстве автомобильных дорог и аэродромов суммарная пло-
щадь конструктивных слоев дорожных и аэродромных одежд с ис-
пользованием грунтов, укрепленных известью, составила около
Т>0 млн. м2. Применяемая известь должна отвечать требованиям
ГОСТа на известь строительную I и II сорта. При этом содержание
в извести MgO не регламентируется.
Для укрепления грунтов применяют гашеную известь в виде
извести-пушонки или молотую негашеную известь гидрофобную и
негидрофобную. Негашеную комовую известь также допускается
применять, но при обязательном предварительном ее гашении в пу-
шонку или тонком дроблении.
В сухой период года в IV и V дорожно-климатических зонах при
укреплении сухих грунтов допускается вводить известь в грунт в
виде известкового молока.
При твердении строительных растворов, приготовленных на га-
шенной извести, тонкодисперсные частицы гидрата окиси кальция в
присутствии воды начинают перекристаллизовываться в более круп-
ные кристаллы. В результате сращивания кристаллов <За(ОН)з об-
56
разуется пространственно разветвленный каркас, окружающий и
цементирующий частицы песка.
Наряду с указанным выше процессом при твердении извести в
строительных растворах происходит процесс карбонртизации гид-
рата окиси кальция за счет поглощения углекислоты из воздуха
Са (ОН)2+СО2=СаСО3+Н2О.
Такой процесс протекает медленно в присутствии влаги при до-
статочно крупных газопроницаемых порах и распространяется на
небольшую глубину в твердеющем материале.
Пленка углекислого кальция, образующаяся в первый период
твердения на поверхности извести, кольматирует поры и тем самым
затрудняется дальнейшее проникновение углекислоты в более глу-
бокие внутренние слои материала. Благодаря этому процесс кар-
бонатизации сильно тормозится и может даже почти приостано-
виться.
Цементирующие массу песка в монолит кристаллы Са(ОН)2 и
СаСОз придают ему относительно небольшую прочность. Такой
материал недостаточно устойчив по отношению к воздействию во-
ды и мороза.
По этой причине укрепление грунтов известью продолжает со-
вершенствоваться в настоящее время по пути укрепления глинистых
разновидностей грунтов: супесей и, особенно, суглинков й глин. Про-
цесс их цементации в прочный монолит протекает по-иному, чем
при твердении строительных растворов.
Наличие в супесях, суглинках и глинах тонкодисперсных частиц
алюмосиликатного состава, а также активного кварца в условиях
щелочной среды, вызванной гидратом окиси кальция, приводит к об-
разованию гидросиликатов тоберморитового типа различной основ-
ности. Эти соединения обладают более высокими цементирующими
свойствами, чем, например, СаСОз и Са(ОН)2. Их водостойкость и
морозостойкость имеют относительно большую величину.
Таким образом, тонкодисперсная часть грунта играет роль ак-
тивной гидравлической добавки и воздушно-твердеющее вяжущее,
каким является известь, под действием таких грунтов самопроиз-
вольно превращается в гидравлическое вяжущее. Эта качественная
особенность многократно и убедительно подтверждена эксперимен-
тальными исследованиями.
Установление указайных выше закономерностей и особенностей
процессов твердения и структурообразования позволило положи-
тельно решить вопрос об укреплении известью песчаных и гравий-
ных грунтов, а также обломочных материалов с большой открытой
пористостью при условии внесения в них добавок золы уноса, зо-
лошлаковых смесей или тонкомолотого шлака, играющих роль ак-
тивных гидравлических добавок и микрозаполнителя.
При укреплении глинистых разновидностей грунтов, а также
различных обломочных природных и искусственных грунтов при
условии добавки к ним тонкодисперсных веществ, выполняющих-
роль гидравлических добавок, происходит образование пространст-
57
ко ЛЖамея яс .
венной структуры кристаллизационного типа, медленнотвердеющей
во времени.
Исходя из теоретических представлений, изложенных выше, сле-
дует считать установленным, что при укреплении известью тонко-
дисперсных грунтов или при тонкодисперсных добавках протека-
ют сложные взаимосвязанные процессы.
При диссоциации гидрата извести двухвалентные катионы каль-
ция, являясь сильным коагулятором, вызывают свертывание гли-
нистых и коллоидных частиц грунта, а также способствуют упроче-
нию имеющейся микроагрегатной структуры тонкодисперсной
части.
Наличие пересыщенного раствора Са(ОН)2 в порах грунта в
случае добавки извести способствует насыщению катионами каль-
ция поглощающего комплекса. В связи с образованием сильноще-
лочной среды, обусловленной наличием гидрата извести в порах
грунта, емкость поглощения грунта при pH-12—13 сильно возрас-
тает [3, 4].
Одновременно с процессами коагуляции и физико-химическими
(обменными) реакциями важное значение имеют протекающие ре-
акции химического взаимодействия извести с тонкодисперсной
частью грунта или поступающими в раствор веществами, посколь-
ку в этом случае образуются гидросиликаты кальция тоберморито-
вого типа и другие соединения, обладающие цементирующей спо-
собностью. В результате этого обычная воздушная известь приоб-
ретает свойства гидравлического вяжущего материала [3, 4].
Реакции химического взаимодействия, занимают важное место
в процессах твердения и формирования структурно-механических
свойств известкованного грунта. Наряду с указанными выше про-
цессами при укреплении грунтов известью имеют место перекрис-
таллизация Са(ОН)2 и ее карбонатизация.
В случае использования добавок молотой негашеной извести
протекают также процессы гидратационного твердения, обеспечива-
ющие существенное повышение прочности и ускорение твердения
грунта, укрепленного известью.
При наличии в грунтах активных форм кремнезема и глинозема
в результате их взаимодействия с Са(ОН)2 происходит образование
гидросиликатов и гидроалюмосиликатов кальция. При обычных
температурах эти реакции протекают медленно, однако они значи-
тельно ускоряются при повышенных температурах и влажности.
Характер и степень химического взаимодействия извести с тон-
кодисперсной частью грунта существенно зависят от типа глинис-
тых минералов, их сочетания и количественного содержания в
грунте.
Образование.новых минералов при укреплении грунтов изве-
стью в производственных условиях было установлено Ж. Л. Ид-
сом, Ф. П. Николсом и Р. Е. Гримом, которые при помощи рентге-
но-структурного анализа выявили наличие гидратов силиката каль-
ция в образцах грунта, укрепленного известью, твердевшего 3 го-
да в дорожном основании [72].
58
Ж. X. Хилд и Д. Т. Дэвидсон выделили из образцов, приготов-
ленных из смеси бентонита и извести и твердевших в течение 7 мес,
продукт реакции —• кристаллический гидрат алюмината каль-
ция [76].
В. С. Ормсби и Л. X. Больц [83], изучая структуру известково-
каолинитовых смесей под электронным микроскопом, показали, что
реакция химического взаимодействия между каолинитовой глиной
и Са(ОН)2 происходит уже на ранних стадиях твердения при отно-
сительно малых дозировках извести (1—6% по массе смеси).
Изученные продукты реакции и новообразования в виде гидро-
силиката кальция недостаточно кристаллизовались. Однако эти но-
вообразования следует считать оснрвным цементирующим вещест-
вом при укреплении каолинитовой глины известью и оптимальной
влажности таких смесей.
Наличие химического взаимодействия извести с тонкодисперс-
ной частью грунта подтверждается также исследованиями
И. Г. Швендта, проведенными в ЧССР. По его мнению, вначале
! протекают физико-химические и коллоидные процессы, сущностью
которых являются ионный обмен и коагуляция тонкодисперсных
; частиц. Затем, весьма медленно протекают химические процессы по
типу пуццолановых реакций, в результате которых образуются гид-
росиликаты кальция, обусловливающие нарастающую во времени
t прочность укрепленного грунта.
Для подтверждения указанного выше были Подвергнуты терми-
: ческому анализу образцы трех видов глинистых грунтов, укреплен-
ных известью. Анализ полученных кривых дифференциально терми-
,ческого анализа этих укрепленных грунтов показал наличие экзо-
! термин при температуре около 900° С, что свидетельствует о наличии
новообразований тоберморита. При этом для тех образцов грун-
' та, где наблюдался наибольший эффект экзотермии при указанной
' температуре, была достигнута и наиболее высокая прочность. На-
личие новообразований тоберморитового типа возрастает с уве-
личением добавок извести.
При этом важное значение имеет тип глинистых минералов (их
! минералогический состав и структура), преобладающих в тонко-
дисперсной части грунта).
Испытания, проведенные на трех сериях образцов мономине-
ральных глин (каолинитовой, галлуазитовой и монтмориллонито-
t вой), показали, что чем большая проявлена активность глины по
отношению к поглощению ею извести, тем большую прочность при-
i обретают образцы, укрепленные добавками извести.
Наличие гумусовых веществ, а также кислая среда резко сни-
жают прочность укрепленного известью грунта так же, как и грун-
t та, укрепленного цементом. С уменьшением содержания в грунте
। глинистых частиц уменьшается эффективность воздействия доба-
вок извести, чего не наблюдается при одинаковых добавках порт-
F ландцемента в аналогичный грунт.
При содержании в грунте карбонатов кальция (см. табл. 10)
Г прочность укрепленного грунта резко возрастает по сравнению с
Е	59
В. ТС
AMEM.RC
некарбонатными разновидностями грунтов как при добавках из-
вести, так и при добавках портландцемента.
О положительном влиянии глинистых частиц на прочность из-
весткованного грунта указывают также данные, полученны П. Т.
Шервудом [84] для образцов начального срока твердения (рис. 6).
Приведенные на рис. 6 данные, характеризующие прочность образ-
цов 7-суточного срока твердения, указывают на то, что укрепление
цементом более эффективно для песчано-гравийных и песчаных
грунтов. При укреплении жирной и пылеватой глины небольшими
дозировками извести (5%) и портландцемента прочность получает-
ся примерно одинаковой. Такой вывод для образцов раннего срока
твердения (7 сут) хорошо согласуется с результатами, полученными
ранее в Союздорнии.
Следует отметить, что процесс твердения извести протекает
крайне медленно, поэтому более показательными являются опыты
с образцами длительного срока твердения. Для сопоставления влия-
ния свойств вяжущего материала и условий твердения на прочность
известкованного грунта и цементогрунта с образцами длительно-
го срока твердения были проведены следующие опыты. Покровный
тяжелый пылеватый суглинок и супесь оптимального грануломет-
рического состава укрепляли добавками алитового портландцемен-
та и гашеной или негашеной молотой извести. Образцы размером
5x5 см твердели в течение 30 или 300 сут. При этом часть образ-
цов твердела на воздухе, другая часть в воде в указанные выше сро-
ки. Затем каждая серия образцов подвергалась 15-кратному водо-
Рис. 6. Изменение предела прочности при сжатии (для образцов 7-суточного
срока твердения) в зависимости от вида грунта, дозировки и вида вяжущего
материала:
/ — песчано-гравийная смесь; 2—разнозернистый песок; 3 — одномерный мелкий песок;
4 — легкий суглинок; 5 — пылеватая глина; 6 — жирная глнна
60
Таблица II
Грунт	Вяжущее	Количество мжуще- го, % по массе грунта	Предел прочности прн сжатии, кгс/см’ в за- висимости от сроков твердения, сут			
			30	300	30	300
			Твердение в в	образцов эде	Твердение на во	образцов здухе
	Портландцемент	10	56	61	Размо-	Размо-
					кают	кают
		14	64	136		
Покровный тя- желый суглинок	Известь молотая негашеная То же	10 14	97 109	98 112	37 60	я 61
	Известь гашеная	10	Размо-	38	Размо-	Размо-
	пушонка		кают	62	кают	кают
	То же	14	58			»
	Портла ндцемент	10	109	161		
		14	160	208	29	53
	Известь молотая	10	134	132	108	32
Супесь	опти-	негашеная То же	14	62	70	127	38
мального состава	Известь гашеная пушонка	10	107	108 107	77	77
>	То же	14	106		119	69'
насыщению-высушиванию и затем определялся предел прочности
при сжатии водонасыщенных образцов.
Результаты этих испытаний, приведенные в табл. 11, показыва-
ют, что добавка к грунту гидравлического вяжущего в виде алито-
вого портландцемента обеспечивает высокую прочность и водостой-
кость для образцов, твердеющих в воде, что и следовало ожидать.
Наоборот, твердение цементогрунта на воздухе не обеспечивает
требуемой водостойкости и прочности образцов вследствие за-
тухания в этом случае процессов гидратации и гидролиза це-
мента.
При добавке к исследованным глинистым грунтам извести (га-
шеной и молотой негашеной), которая является не гидравлическим,
а воздушным вяжущим, достаточная прочность и водостойкость об-
разцов обеспечиваются при их твердении в воде, а не на воздухе.
Это свидетельствует о том, что при взаимодействии извести с гли-
нистыми грунтами, играющими роль гидравлической добавки, на
поверхности тонкодисперсных частиц или их микроагрегатов в вод-
ной среде самопроизвольно синтезируются гидросиликаты кальция,
цементирующие грунт.
61
RU
Следовательно, из данных табл. И и других вышеизложенных
соображений известь в таких условиях твердеет и проявляет себя
как гидравлическое вяжущее. На основе этого физико-химическая и
химическая активность тонкодисперсной части грунта в данном слу-
чае должна рассматриваться как потенциальный резерв, обеспечи-
вающий повышение прочности укрепленных грунтов.
При правильном и умелом его использовании можно достигнуть
требуемых технических показателей с относительно небольшим рас-
ходом вяжущих веществ, в том числе и добавок извести.
Наличие химического взаимодействия глинистой части грунта
с известью, приводящее к синтезированию в массе обработанного
грунта водостойких новообразований, обладающих цементирую-
щей способностью, подтверждается экспериментальными исследо-
ваниями других авторов.
Ж- Л. Идс и Р. Е. Грим [72] исследовали продукты реакции га-
шеной извести с чистыми глинистыми минералами и установили по-
явление новых кристаллических веществ — гидратов силиката каль-
ция.
Исследованиями, проведенными Л. В. Гончаровой и Г. А. Лев-
чановским [13, 25] по изучению структуры укрепленных известью
грунтов на сканирующем электронном микроскопе в сочетании с
дифрактометрическими и термографическими исследованиями, бы-
ло установлено наличие гелеобразных соединений гидросиликатов
кальция. Эти соединения переходят со временем (через 5 лет и бо-
лее) в кристаллические тоберморитоподобные слоистые новообразо-
вания гидросиликата кальция — CSH(p) и C2SH2.
Наилучшие результаты при укреплении грунтов известью дости-
гаются при определенной оптимальной добавке извести в пересче-
те на содержание активной СаО. Оптимальная добавка извести —
величина переменная и зависит от состава и свойств тонкодисперс-
ной части грунта, ее минералогического состава, емкости об-
мена и состава поглощенных катионов, pH среды и других фак-
торов.
При излишней добавке извести (превышающей на 2—3% опти-
мальную) в массе укрепляемого грунта будет накапливаться
Са(ОН) 2, способный переходить в СаСО3, т. е. новообразование ме-
нее прочное и менее водостойкое, чем гидросиликаты и гидроалю-
минаты кальция. В результате этого в структуре известкованного
грунта появятся менее прочные места.
Подбор составов смесей и испытание образцов при укреплении
грунтов известью производят в соответствии с требованиями «Ин-
струкции по применению грунтов, укрепленных вяжущими матери-
алами для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог
и аэродромов» СН 25-74.
При этом учитывают, что при укреплении грунтов молотой нега-
шеной или молотой негашеной гидрофобной известью величина оп-
тимальной влажности смеси, обеспечивающая как максимальное
уплотнение смеси, так и оптимальное ее увлажнение в процессе
твердения, должна быть несколько повышенной.
€2
Рис. 7. Зависимость предела прочно-
сти при сжатии различного вида глин,
укрепленных 10% извести, от време-
ни твердения образцов:
1 — третичная глииа: 2 — оксфордская гли-
на; 3 — киммериджская глина; 4 — тяже-
лая гольтская глииа
Рис. 8. Зависимость предела прочно-
сти при сжатии жирной глины, укреп-
ленной 5% извести от температур!*
твердения. Цифрами на кривых обо-
значен срок твердения образцов в
сутках
В этом случае значение оптимальной влажности известковогрун-
товой смеси может быть ориентировочно подсчитано по эмпириче-
ской формуле, предложенной И. В. Егоровым,
1Г0смеси=и70грунта +2+0.2Д,
где Д — дозировка извести.
Как было указано выше, в ряде исследований отмечается мед-
ленное твердение известковогрунтовых образцов. Об этом также
свидетельствуют и результаты экспериментальных исследований
П. Т. Шервуда [84], частично изображенные на рис. 7. Эти данные
характеризуют нарастание прочности известкованных глин раз-
личного состава в длительные сроки твердения при температуре
25° С. Как видно из рис. 7, в начальный период твердения прочность
образцов ряда глин незначительна. Через 366 сут прочность образ-
цов исследованных глин, укрепленных 10% извести, увеличилась во
много раз, особенно образцов из третичной глины, по сравнению с
прочностью образцов 7-суточного срока твердения.
При оценке прочности глинистых грунтов, укрепленных извес-
тью, важно также учитывать не только время, но и температуру,
при которой происходит твердение. Процессы твердения при добав-
ках извести существенно ускоряются с увеличением температуры, о
чем свидетельствуют данные определения прочности при сжатии
образцов жирной глины, укрепленной добавкой извести в количе-
JKW. AMIS.Kt'
стве 5% и твердевшей различные сроки (рис. 8). С увеличением
температуры твердения до 40—45° С прочность известкованного
грунта увеличилась в 2—2,5 раза по сравнению с прочностью об-
разцов, твердевших при температуре 15° С.
Полученные в лабораторий данные подтверждаются практиче-
скими наблюдениями. Модуль деформации известковогрунтового
основания, построенного и твердевшего в условиях жаркого климата
в районах искусственного орошения, через 1—2 года после построй-
ки и эксплуатации дороги был примерно в 2 раза выше, чем через
1—2 мес после постройки дороги.
Приведенные выше данные свидетельствуют о коренном преоб-
разовании свойств тонкодисперсной части грунта при добавке из-
вести и омоноличивании грунта в целом с приданием относительно
высокой прочности и водостойкости.
Важной и положительной особенностью извести является также
ее способность химически и физически связывать воду, содержащу-
юся в порах грунта. Такое свойство извести имеет особенно важное
значение в тех случаях, когда необходимо укреплять переувлаж-
ненные грунты.
Результаты исследований и производственный опыт, накоплен-
ные в СССР, США, ФРГ и других странах [3, 4, 25, 82], показывают,
что введение добавок извести, особенно молотой негашеной, весь-
ма эффективно в следующих случаях:
при укреплении известью, известью и цементом переувлажнен-
ных грунтов;
в целях устройства земляного полотна из переувлажненных
грунтов, обеспечения уплотнения грунтов до максимальной плот-
ности и кратковременного проезда транспорта.
При укреплении переувлажненных грунтов известью часть вно-
симой извести (2—5% от массы грунта) расходуется на химическое
и физическое связывание излишка воды, подсушивание грунта и
придание ему более жесткой консистенции. Основная же дозировка
извести (6—10% от массы грунта) обеспечивает преобразование
свойств грунта и требуемую степень прочности и водостойкости.
При укреплении грунта известью и цементом вторая задача (при-
дание прочности и др.) решается за счет добавок цемента.
При возведении земляного полотна из переувлажненных грун-
тов известь вводится в количестве 2—6% от массы грунта, посколь-
ку в этом случае решается лишь задача изменения консистенции
грунта, возможности его максимального уплотнения и обеспечения
производства работ по устройству земляного полотна во влажный
период года.
Повышение прочности переувлажненных грунтов и обеспечение
проезжаемости транспорта по таким грунтам (автомобилей, само-
летов) имеют важное народнохозяйственное значение. Этим обстоя-
тельством и объясняется расширение исследований и увеличение
объемов по применению различных методов укрепления переувлаж-
ненных грунтов при строительстве автомобильных дорог и аэрод-
ромов [25].
«4
Проходимость транспортных средств по переувлажненным грун-
там или относительная их прочность после укрепления может быть
оценена в полевых условиях с помощью ударника Союздорнии.
В лабораторных условиях это свойство грунта может быть охарак-
теризовано по величине эквивалентного сцепления Сакв, определя-
емого на шариковом пенетрометре Н. А. Цытовича [25].
Физико-химические процессы (обмен катионов, коагуляция гли-
нистых и коллоидных частиц и др.), быстро протекающие при до-
бавке в грунт извести, и процесс химического и физического связы-
вания воды резко изменяют консистенцию обработанного известью
грунта. Мягкопластичная и даже текучая консистенция, столь ха-
рактерная для переувлажненного грунта, под действием извести
быстро переходит в твердо пластичную консистенцию.
Исследования, проведенные Л. А. Марковым [25] по укреплению
тяжелого суглинка с влажностью 0,9 от его предела текучести до-
бавкой 5% извести различной степени активности, показали суще-
ственное значение этой особенности.
На рис. 9 представлены данные, характеризующие кинетику свя-
зывания воды в известкованном грунте, оцениваемую по величине
эквивалентного сцепления Сакв по времени и в зависимости от ак-
тивности извести. Как показывают данные, изображенные на рис. 9,
величина эквивалентного сцепления прямо пропорциональна актив-
ности извести.
Если процессы физико-химического взаимодействия извести с
поверхностью частиц грунта и, особенно, тонкодисперсной его
частью протекают относительно быстро, то процессы дальнейшего
твердения новообразований в виде, например, гидросиликатов, про-
текают крайне медленно.
Поэтому в целях ускорения процессов твердения и существенно-
го повышения водо-и морозостойкости известегрунта начали разра-
батывать и все шире применять комплексные методы укрепления
грунтов [4]. -
Таблица 12
Состав смеси	Добавки извести, % по массе	Предел прочности при сжатии водо насыщен-1 ных образцов, кгс/см2, в зависимости от сроков твердения, сут			
		7	28	7	28
	грунта	Покровная глина		Супесь	
Естественный грунт То же	14 8	9 5	12 7	6 5	12 7
»	+1% Na2SiO3	8	10	14	27	40
>	+1 % Na2SO4	8	14	20	26	46
»	+1% MgSOi	8	14	15	16	28
»	+2 Na2SiO3	8	18	30	—	—
>	+2 Na2SO4	8	29	43	—	—
»	+2% MgSO4	8	16	21	—	
65
АМТЯ.К1
Рис. 9. Кинетика нарастания эквива-
лентного сцепления Сэ известкован-
ного грунта во времени в зависимо-
сти от активности извести:
1 — необработанный грунт; 2 — грунт с до-
бавкой гашеной извести; 3 — грунт с до-
бавкой негашеной извести с активностью
30%: 4— то же, с активностью извести
50%; 5 — то же, 80%
Рис. 10. Нарастание прочности грун-
та, укрепленного известью и добав-
ками других веществ, в длительные
сроки твердения:
1 — лессовидный суглинок +8% извести
+0,5% NaOH; 2— то же, +8% извести
+4% жидкого стекла; 3— то же, +8% из-
вести +0,5% СаС12; 4 — лессовидный су-
глинок +12% извести; 5 — покровная гли-
на +10% извести +3% Na2SO<
Практическая возможность направленного использования при-
родных свойств грунта с учетом их влияния на процессы структуро-
образования подтверждается результатами исследований в области
комплексного укрепления грунтов известью и добавками различных
легкорастворимых солей, силиката натрия (жидкого стекла) и
других.
В табл. 12 приведены выборочные результаты исследований
Союздорнии по укреплению покровной глины и супеси оптимально-
го состава добавками гашеной извести и различных солей. Эти
данные показывают, что все исследованные добавки солей обеспе-
чивают повышенные прочности, но наиболее высокую прочность из-
весткованный грунт приобретает при добавке жидкого стекла или
сернокислого натрия.
Известковогрунтовые основания с добавкой жидкого стекла и
сернокислого железа были построены в IV дорожно-климатической
зоне под цементе- и асфальтобетонные покрытия. Наблюдения за
опытными участками показали удовлетворительное состояние таких
оснований.
Исследования Т. В. Лэмба [79] и других также установили, что
при комплексном укреплении глинистых разновидностей грунтов до-
бавками Na2SiO3, Na2SO4 и NaOH обеспечивается существенное
возрастание прочности по отношению к прочности образцов, содер-
жащих ту же добавку извести.
Можно предположить, что диссоциация гидрата извести созда-
ет сильнощелочную среду и наличие ионов кальция в насыщенном
растворе. Это способствует частичному растворению силикатов и
алюминатов, находящихся в грунте, увеличивает общую емкость
обмена, что, в свою очередь, способствует лучшему взаимодейст-
66
вию продуктов гидролиза и увеличению их цементирующей способ-
ности.
Проведенные исследования показывают, что для ряда грунтов,
особенно для глин и тяжелых суглинков, наиболее высокий допол-
нительный прирост прочности водонасыщенных образцов наблюда-
ется при введении в смесь 1—2-нормального раствора метасиликата
натрия N2SiO3-9H2O [4, 79, 80].
Следует однако отметить, что в зависимости от химического и
минералогического составов укрепляемых известью грунтов, добав-
ка легкорастворимых солей может давать различный эффект.
Процесс набора прочности идет медленно. Например, в глинах,
содержащих относительно большое количество реакционно способ-
ной SiO2,состояние равновесия и стабилизации достигнутой проч-
ности наступает только после истечения 3—5 лет.
Кинетика нарастания прочности грунтов различного генезиса
(лессовидного суглинка и покровной глины), укрепленных известью
и небольшими добавками легкорастворимых солей, изучалась
Е. И. Путилиным [47]. Полученные результаты показывают, что к
6-месячному сроку твердения образцов прочность их увеличивается
в 3—4 раза по сравнению с прочностью образцов, твердевших в
течение двух недель (рис. 10). При этом в зависимости от состава
укрепляемого грунта наиболее высокая прочность достигается при
добавке различных солей.
Так, например, при укреплении лессовидного суглинка наиболее
высокая прочность была получена при добавке 8% извести и 0,5%
NaOH (см. рис. 10, кривая 1).
При укреплении покровной глины наилучшие результаты в от-
ношении прочности были получены при добавке 10% извести и 3%
Na2SO4 (см. рис. 10, кривая 5).
С увеличением сроков твердения образцов до 1 года и более
прочность образцов при добавке легкорастворимых солей продол-
жает возрастать в меньшей степени, чем это наблюдается при ис-
пытании образцов 6-месячного срока твердения.
Следует также отметить, что добавка легкорастворимых солей
существенно повышает морозостойкость грунтов, укрепленных из-
вестью.
Для укрепления различных видов грунтов известью с добавками
или без добавок других веществ применяют гашеную гидратную из-
весть Са(ОН)2 или молотую негашеную СаО.
Учитывая, что при добавках молотой негашеной извести гаше-
ние ее происходит в массе укрепляемого грунта и при этом проис-
ходит тесный и непосредственный контакт с поверхностью частиц
грунта или его микро- и макроагрегатов с диссоциированными ио-
нами кальция в момент их выделения, степень воздействия на грунт
извести существенно возрастает.
Следует также отметить, что при использовании молотой нега-
шеной извести возникает возможность направить процессы гидра-
тационного твердения на упрочнение кристаллизационной структу-
ры укрепленного известью грунта.
67
AMEX.B.V
Как было указано выше, при укреплении известью переувлаж-
ненных грунтов молотая негашеная известь более эффективна вслед-
ствие протекания процессов химического связывания молекул воды
при добавке СаО и подсушивания при этом грунта, что влечет за
собой изменение его консистенции.
Вместе с тем необходимо отметить следующее. Использование
СаО в порошкообразном виде неизбежно вызывает образование
известковой пыли, которая крайне вредно влияет на дыхательные
пути и слизистые оболочки человека. В результате этого могут
быть ожоги и другие заболевания, вредно отражающиеся на здо-
ровье людей, работающих с известью.
Весьма важной и в то же время отрицательной особенностью,
применяемой для укрепления грунтов молотой негашеной СаО и
гашеной гидратной Са(ОН)г извести, является относительно быст-
рый процесс карбонатизации этих веществ. В результате резко
уменьшается активность извести в течение 1—2 мес ее хранения
на производственных строительных площадках. Эти особенности
извести трудно преодолимы, что является одной из главных причин
недостаточного производственного внедрения методов укрепления
грунтов известью в нашей стране.
В целях устранения этих недостатков извести были начаты ис-
следования по разработке методов, существенно тормозящих про-
цесс карбонатизации извести в период хранения ее на складах и
строительных площадках, а также уменьшающих вредное ее влия-
ние на организм человека.
В указанных выше целях Г. Н. Левчановским и 3. Ф. Егоровой
в 1960 г. был предложен метод гидрофобизации молотой негашеной
извести путем ее обработки битумом в парогазовой среде. Было
установлено, что для гидрофобизации извести можно применять до-
бавку жидкого медленногустеющего битума Б-5 в количестве 15%,
либо 10% (от массы извести) вязкого битума БН-Ш. Температура
нагрева жидкого битума перед обработкой негашеной извести дол-
жна быть в пределах 90—100° С и для вязкого битума 120—140° С.
Под гидрофобизацией извести понимается временное придание
ей водоотталкивающей способности в период хранения на складах
и площадках до момента введения в грунт.
При гидрофобизации извести битумом в парогазовой среде соз-
даются условия, способствующие образованию вокруг частиц мо-
лотой негашеной извести водоотталкивающих пленок, придающих
поверхности частиц извести свойство несмачиваемости водой. При
этом такие пленки предотвращают поглощение углекислоты изве-
стью из воздуха и, следовательно, сильно тормозят нежелательный
процесс карбонатизации извести, который сопровождается отно-
сительно быстрым падением ее активности.
Как показали исследования, проведенные М. Ф. Иерусалимской
(18, 19], степень гидрофобизации и время ее сохранения существен-
но зависят от технологии приготовления гидрофобной извести. При-
веденные на рис. 11 результаты определения активности извести,
обработанной битумом различными способами в целях ее гидрофо-
68
СО
сч
Рис. 11. Зависимость активности из-
вести от способа гидрофобизации и
времени хранения на воздухе:
1 — гидратная известь негидрофобизиро-
ваиная; 2 — то же, обработанная 15% биту-
ма БН-Ш; 3 — молотая негашеная известь
«з комовой извести перед помолом обрабо-
танная 10% битума БН-Ш; 4 — молотая не-
гашеная известь, обработанная перед помо-
лом 10% битума БН-11
Рис. 12. Кинетика суммарной сорбции
паров воды (Л) при относительной
влажности среды 97% для образцов
извести:
1 — без добавок; 2— обработанных 10%
битума; 3 — обработанных 0,5% кислотных
кубовых остатков
бизации, показывают следующее. Лучшие результаты по сохране-
нию активности извести (по содержанию CaO+MgO) при выдер-
живании ее до 1 года получаются в том случае, когда обожженную
комовую известь сначала обрабатывали вязким битумом (10% по
массе извести) и уже после этого производили помол негашеной
извести.
В этом случае неостывшая комовая известь, имеющая темпера-
туру около 150° С, как губка впитывала в себя разогретый битум
и при последующем помоле адсорбировала его на свежеобразован-
ной поверхности частиц СаО.
Благодаря этому достигались прочные связи пленки битума на
поверхности частиц молотой негашеной извести и обеспечивалась
равномерность покрытия частиц СаО битумом. Такая гидрофобная
известь в течение первого месяца хранения на воздухе практически
не снижала своей активности. Даже после 5 мес хранения на воз-
духе активность такой извести составляла 74% против 91 в исход-
ный период времени, а через год хранения активность гидрофобной
извести хотя и снизилась, но была еще достаточно высокой и со-
ставляла 55%. Важно при этом отметить, что образец гидратной
извести, не подвергавшейся гидрофобизации, уже после 5 мес хра-
нения в тех же условиях имел активность всего лишь 19% (см.
рис. 11, кривая /).
Перспективным направлением являются работы по использова-
нию добавок поверхностно-активных веществ, повышающих эффект
гидрофобизации извести и позволяющих при этом уменьшить до-
69
S.V JUL AMF.J.K.C
бавку битума или же обеспечивающих эффект гидрофобизации са-
мостоятельно.
Исследованиями, проведенными Л. А. Марковым и Н. Н. Серб-
Сербиной [25] показано, что гидрофобизация извести битумом в ко-
личестве 10% от массы извести или же поверхностно-активным
веществом в виде кислотных кубовых остатков в количестве 0,5%
от извести, значительно уменьшает суммарную сорбцию воды из-
вестью как за счет сорбции их поверхностью частиц извести, так и
за счет обволакивания ими частиц извести сплошной водонепрони-
цаемой пленкой (рис. 12).
Производственная проверка эффективности устройства извест-
ковогрунтовых оснований с применением гидрофобной извести бы-
ла проведена впервые Г. Н. Левчановским в Западной Сибири на
ряде участков дорог в Барабинской и Кулундинской степях. Мно-
голетние наблюдения за состоянием построенных опытных участ-
ков показали, что даже в суровых условиях Западной Сибири при-
менение гидрофобной молотой негашеной извести весьма целесо-
образно.
На основе исследований Г. Н. Левчановского Казахским филиа-
лом Союздорнии и Гушосдором Казахской ССР с 1963 г. было начато
широкое производственное внедрение метода укрепления грунтов
добавками гидрофобной извести в сочетании с добавками жидкого
битума [18, 25]. Широкому производственному применению такой
извести способствовало существенное улучшение технологии при-
готовления гидрофобной извести и промышленный выпуск ее на
специализированном для этих целей заводе.
К концу 70-х годов на дорогах Казахской ССР было построено
свыше 5000 км дорог и в конструктивных слоях дорожных одежд
были применены грунты различного состава, укрепленные добав-
ками гидрофобной извести. При выполнении этих работ экономи-
ческий эффект составил свыше 3 млн. руб.
КОМПЛЕКСНОЕ УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ЦЕМЕНТОМ
И ДОБАВКАМИ СОЛЕЙ ИЛИ ДРУГИХ ВЕЩЕСТВ
Эффективность действия комплексных методов укрепления грун-
тов наиболее четко проявляется при наличии тонкодисперсных час-
тиц в большом количестве. Однако и для грубодисперсных грунтов
в настоящее время разработаны также эффективные комплексные
методы укрепления.
Учитывая полиминеральность и полидисперсность грунтов, в осо-
бенности глинистых их разновидностей, можно утверждать, что ме-
ханизм действия применяемых добавок солей и других веществ за-
ключается в активном взаимодействии как с продуктами гидрата-
ции цемента, так и с глинистыми и коллоидными частицами грун-
та. При этом в массе обработанного грунта будут протекать не
только физико-химические (обменные) реакции, но также могут
синтезироваться труднорастворимые в воде соединения, которые
70
цементируют агрегаты и частицы грунта, кольматируют поры, в ре-
зультате чего повышаются прочность и морозостойкость цементо-
грунта.
Следует также отметить то важное обстоятельство, что одновре-
менно с указанными выше процессами или в результате их протека-
ния может резко измениться и среда грунта. Например, при добав-
ке в кислые грунты едкого натра в результате физико-химического
взаимодействия вначале произойдет нейтрализация кислотности, а
затем возникнут щелочная среда и выпадение в осадок окиси каль-
ция, образующегося при взаимодействии вытесненных катионов
кальция поглощающего комплекса с ионами гидроксильной группы
(ОН). Катионы внешнего раствора, адсорбируясь тонкодисперсной
частью грунта, одновременно вытесняют из слоя компенсирующих
эквивалентное количество ранее поглощенных катионов, которые
и переходят в раствор, окружающий частицы.
Реакции ионного обмена при укреплении кислых грунтов цемен-
том и добавками Са(ОН)2 или NaOH протекают в направлении,
схематически указанном на рис. 1. В результате резко улучшаются
условия гидратации цемента и твердения цементного камня, что
способствует формированию прочного разветвленного цементо-
грунтового каркаса с вкрапленными в него высокоосновными про-
дуктами гидратации и гидролиза цементных зерен.
Следовательно, тонкодисперсная силикатная и алюмосиликат-
ная часть грунта является не пассивной, а весьма активной частью
цементогрунтовой смеси и способствует при определенных условиях
формированию прочной кристаллизационной структуры.
Выполненные в Союздорнии в разные годы разносторонние ис-
следования по укреплению портландцементом и другими видами
цемента грунтов различного состава и генезиса, показывают, что по-
ложительное влияние добавок различных активных и поверхност-
но-активных веществ далеко не во всех случаях проявляется в рав-
ной степени. Степень эффективности их применения зависит от пра-
вильного и оптимального качественного и количественного сочета-
ния добавок с учетом свойств грунта и других факторов [4, 5, 78].
В качестве примера, показывающего эффективность применения
добавок некоторых веществ, в табл. 13 приводятся выборочные дан-
ные, характеризующие прочность при сжатии водонасыщенных об-
разцов цементогрунта различного состава после длительных сроков
твердения (60 и 120 сут). В указанные выше сроки твердения обыч-
но заканчиваются процессы структурообразования и прочность це-
ментогрунта в дальнейшем если и возрастает, то в относительно
меньшей степени.
Как показывают данные табл. 13, эффективность действия до-
бавок солей и влияние их на прочность и морозостойкость цементо-
грунта зависят от состава добавок и вида цемента и его дозировки.
В целях уточнения степени влияния только гранулометрического
состава грунта и одинакового качественного состава и генезиса
тонкодисперсной части грунта были проведены следующие опыты.
В качестве исходных видов грунтов, весьма различных по своему
71
JELXJ
составу и свойствам, были взяты тяжелый пылеватый покровный
суглинок, характеризующийся числом пластичности 17 и не содер-
жащий гумусовых веществ и карбонатов кальция, и чистый квар-
цевый мелкозернистый песок. Путем добавления к тяжелому пыле-
ватому суглинку тонкомолотого кварцевого песка был приготовлен
легкий пылеватый суглинок с числом пластичности 10,5 и содержа-
нием песчаных частиц в количестве 15%. Путем добавления к пес-
ку тяжелого пылеватого суглинка и тонкомолотого кварцевого пес-
ка была приготовлена легкая супесь с числом пластичности 4 и со-
держанием песчаных частиц в количестве 62 %.
Таким образом, для опытов были приготовлены четыре разно-
видности грунтов, различающихся между собой своим грануломет-
рическим составом. При этом тонкодисперсная часть таких грунтов
изменялась лишь в количественном отношении, а качественный со-
став этой части был однотипен.
Указанные разновидности грунтов подвергали укреплению до--
бавками портландцемента марки 500 в количестве 8, 10, 12 и 14%
до массе смеси и при указанных дозировках цемента вводили до-
бавки СаС12, NaOH, Na2SO4, Са(ОН)2 в различных количествах.
Таблица 13
Состав смеси	Предел прочности при сжа- тии, кгс/см2			
	После тверде- ния, сут		После 15 цик- лов заморажи- вания—оттаи- вания, сут	
	60	120	60	120
Легкий пылеватый суглинок + 10% портландце- мента	88	86	86	77
То же, +1% Са(ОН)2 Легкий пылеватый суглинок 4- 10% портландце- мента + 1% Са(ОН)2 + 0,5% NaOH	100	102	76	85
	109	101	114	116
Покровная глина + 10% портландцемента	75	78	55	78
То же, +0,5% NaOH	103	96	70	76
»	+2% Са(ОН)2	83	100	62	97
Покровная глина + Г0% портландцемента + 0,5 NaOH + 2 Са(ОН)2)	97	131	62	108
Покровная глина + 14% портландцемента	104	130	96	130
То же, +2% Са(ОН)2	112	137	106	138
Покровная глина + 14% портландцемента + 2% Са(ОН)2 + 0,5 Na2CO3	115	152	105	135
Покровная глина + 10% шлакопортландцемента	50	56	31	41
То же, +1% NaOH	73	67	64	59
»	+1,5% Na2CO3	63	82	49	58
Покровная глина + 10% шлакопортландцемента + +2% Са(ОН)2 + 1 % Na2CO3	64	75	38	61
Покровная глина + 14% шлакопортландцемента	 72	80	61	62
То же, +1% NaOH Покровная глина + 14% шлакопортландцемента + +2% Са(ОН)2	91	92	76	79
	84	90	65	87
72
Таблица 14
Состав немейгогрунтовой смеси	Предел прочности при сжатии водо- насыщеииых образцов, кгс/см2, пос- ле твердения			Коэффици- ент морозо- ст ойкости
	7 сут	120 сут	120 сут и после- дующего 15-крат- ного за.моражива- ния-оттаивания	
Суглинок тяжелый + 10% це- мента	31,8	64,0	34,0	0,53
То же, +1% СаС12	36,9	63,6	50,6	0,79
»	+1% NaOH	43,8	67,8	54,0	0,79
»	+1% Na2SO4	39,7	67,3	41,0	0,64
»	+2% Са(ОН)2	38,0	70,8	52,8	0,74
Суглинок легкий + 8% цемента	19,6	38,5	20,0	0,52
То же, +1,5% СаС12	27,5	38,9	23,0	0,60
»	+0,5% NaOH	27,4	37,0	34,1	0,91
»	+1 % Na2SO4	18,0	32,0	23,9	0,71
»	+1,5% Са(ОН)2	30,6	41,8	38,0	0,90
Супесь легкая + 8% цемента	28,8	68,8	58,8	0,86
То же, +1% СаС12	51,0	96,3	76,0	0,79
»	+0,5% NaOH	43,4	56,0	57,7	1,03
»	+1% Na2SO4	50,5	80,9	82,8	1,02
»	+1% Са(ОН)2	42,5	85,6	68,8	0,80
Песок мелкозернистый 4- 8% це- мента	8,7	16,0	16,5	1,00
То же, +0,5% СаС12	10,3	16,4	15,6	0,98
»	+ 1,5% Са(ОН)2	12,2	22,7	23,7	1,04
После твердения образцов цементогрунта различного состава
определяли предел прочности при сжатии через 7, 28, 60 и 120 сут
влажного твердения. Часть образцов цементогрунтов указанного
состава после 28, 60 и 120 сут твердения подвергали 15-кратному
замораживанию-оттаиванию. Отдельные результаты этих иссле-
дований показывают следующее (табл. 14).
При прочих равных условиях глинистые грунты (глины, суглин-
ки, супеси), укрепленные цементом, дают значительный эффект в
повышении прочности при добавке химических веществ, изменяю-
щих коллоидно-химическую природу тонкодисперсной части грунта,
улучшающих и ускоряющих процессы структурообразования.
Положительный эффект в части ускорения процессов твердения
особенно существен при добавке Са(ОН)2, СаС12, NaOH и Na2SO4
в ранний срок твердения (7 сут). Важным положительным факто-
ром при комплексном укреплении является повышение прочности
цементогрунта после 15-кратного замораживания-оттаивания (см.
табл. 14). Это обстоятельство свидетельствует о перспективности
применения изученных добавок при комплексном укреплении кис-
лых глинистых грунтов в I и II дорожно-климатических зонах.
Песчаные грунты, характеризующиеся большой открытой порис- J
тостью и отсутствием в них пылеватых и глинистых частиц, с изу- |
ченными добавками "эффекта не дают, за исключением добавок |
К 73
гидрата извести. В последнем случае наблюдается положительный
эффект, но не столь значительный, как при укреплении глинистых
разновидностей грунтов.
КОМПЛЕКСНОЕ УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОМ
И ДОБАВКАМИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
При укреплении глинистых разновидностей грунтов (супесей, су-
глинков, глин) портландцементом в ряде случаев возникает необхо-
димость повысить структурно-механические свойства и морозостой-
кость цементогрунта, используя добавки поверхностно-активных
веществ (ПАВ) гидрофильного [5] гидрофобного типа. В последнем
случае целесообразно использовать ПАВ в виде пиридиновых ос-
татков или полимерных веществ, характеристика которых приво-
дится ниже [57, 58]. Пиридин и его производные содержатся в боль-
ших количествах в отходах промышленных предприятий г. Омска.
При смешивании глинистых грунтов с пиридиновыми остатками,
представляющими собой гетероциклические вещества, могут обра-
зовываться органические катионы типа CsHgNHj, которые вслед-
ствие положительных их зарядов и высокой активности будут сор-
бироваться на внешних и внутренних поверхностях гидрофильных
глинистых минералов. При этом будут уравновешиваться отрица-
тельно заряженные активные центры и уменьшаться емкость обме-
на грунта и его набухание. Гидрофильность глинистых минералов,
входящих в состав грунта, при этом сильно уменьшится и поры це-
ментогрунта в большей части их объема приобретут гидрофобность
(несмачиваемость).
При комплексном укреплении тяжелосуглинистых, суглинистых
и супесчаных грунтов пиридин вводился в виде водного раствора
в количестве 0,05% по массе грунта при увлажнении цементогрун-
товой смеси до оптимальной влажности. Было установлено, что до-
бавка пиридина в указанном количестве увеличивает плотность це-
ментогрунта, повышает его прочность и морозостойкость. Прочность
образцов с указанной добавкой ПАВ более чем в 2 раза превышает
прочность образцов суглинистого цементогрунта, твердеющего
28 сут, и прошедших 10 циклов замораживания-оттаивания (кри-
вые 2 и 3 на рис. 13).
Образцы с добавкой 8% цемента и 0,05% пиридина (кривая 4)
существенно превышают прочность образцов цементогрунта с до-
бавкой 12% цемента (кривая 2). Таким образом, эти данные пока-
зывают, что применение добавки пиридина всего лишь в количе-
стве 0,05% позволяет уменьшить добавку цемента на 4% (8%
вместо 12%) и получить при этом даже большую прочность це-
ментогрунта, чем при добавке 12% одного цемента. Это означает,
что при укреплении грунта толщиной 20 см и ширине цементогрун-
тового основания 8 м уменьшение дозировки цемента на 4% при
добавке указанного ПАВ гидрофобного типа можно будет сэконо-
мить 100—110 т цемента на 1 км дороги.
74
Рис. 13. Влияние добавки пиридина на
прочность и морозостойкость цементо-
грунта:
/ — суглинок +12% цемента; 2— то же,
после 10 циклов замораживания-оттаива-
ния; 3 — суглинок +12% цемента +0,05%
пиридина после 10 циклов замораживания-
оттаивания; 4 — суглинок +8% цемента
+0,05% пиридина после 10 циклов замора-
живания-оттаиваиия
Рис. 14. Влияние добавки поверхност-
но-активных веществ на прочность и
морозостойкость цементогрунта:
/ — прочность водонасыщенных образцов
цементогрунта; 2—прочность водонасы-
щенных образцов цементогрунта того же
состава после 15 циклов замораживания-
оттаивания
Испытания показали, что тяжелый суглинок, укрепленный це-
ментом в сочетании с добавкой пиридина, даже в течение двухго-
дичного срока твердения во влажной среде продолжал набирать
прочность.
Прочность при сжатии образцов суглинка, укрепленного 6%
цемента и 0,05% пиридина, увеличилась в 2 раза после указан-
ного срока твердения по сравнению с прочностью образцов 28-су-
точного твердения.
Вследствие гидрофобности пор цементогрунта и поэтому умень-
шенного поглощения воды образцы с добавкой 6% цемента и 0,05%
пиридина даже после 10 циклов замораживания-оттаивания имели. -
примерно одинаковую прочность с образцами цементогрунта с до-
бавкой 12% цемента, но без добавки пиридина.
В целях комплексного укрепления глинистых видов грунтов це-
ментом и добавками ПАВ вместо пиридиновых остатков целесооб-
разно также использовать поверхностно-активные органические ве-
щества, получаемые в качестве отхода производства высокооктано-
вых бензинов на нефтеперерабатывающих заводах и представляю-
щих собой дистиллят гидроформинга.
Основной составной частью указанных веществ являются про-
изводные нафталина с содержанием в головных фракциях гомоло-
гов бензина, а в хвостовых — трехкольчатых ароматических углево-
дородов. Непредельные углеводороды в таких полимерных соеди-
нениях составляют 14—15%, предельные — 85—86%. Указанные
—75
B.TU	AMKM.RC
отходы представляют собой слабовязкое вещество зеленовато-ко-
ричневого цвета, нерастворимое в воде, по внешнему виду и вязко-
сти напоминающее нефть. Предполагаемая эмпирическая форму-
ла С1оН4(СНз)4.
Указанные вещества добавляли в грунт в количестве 0,1—2%
по массе грунта. Результаты исследований показали положитель-
ное влияние этих добавок на прочность цементогрунта (рис. 14).
Укреплению подвергался пылеватый суглинок добавкой 10% порт-
ландцемента. Поверхностно-активная добавка вводилась в грунт
перед введением цемента. Образцы испытывали после 28-суточного
твердения.
Данные рис. 14 показывают, что предел прочности цементогрун-
та при добавке ПАВ указанного выше состава в количестве 0,5—
1% по массе грунта повышается более чем в 2 раза по сравнению
с прочностью такого же цементогрунта, но без добавки ПАВ. Такая
закономерность наблюдается и для образцов, подвергнутых
15-кратному замораживанию-оттаиванию.
Следует отметить, что порядок введения ПАВ (до или после
введения цемента) не влияет существенно на прочность цементо-
грунта. Плотность цементогрунтовых образцов при добавке ПАВ
увеличивается с 1,84 до 1,96 г/см3.
Определение деформативных свойств цементогрунта с добавка-
ми рассматриваемых веществ, проводившееся на образцах, твердев-
ших 28 сут во влажных условиях и затем подвергавшихся насыще-
нию водой в течение 2 сут, показало следующее.
Прочность на растяжение при изгибе для образцов цементо-
грунта с добавкой 0,5% ПАВ была больше на 20% (£изг=
= 18 кгс/см2) по сравнению с прочностью того же цементогрунта
без добавки ПАВ (7?изг=15 кгс/см2). При этом деформативность
цементогрунта с добавкой ПАВ улучшилась. В этом случае вели-
чина общей деформации при изгибе образцов £Общ=67-10~3 мм, что
на 50% больше величины общей деформации образцов цементо-
грунта без добавки ПАВ (£общ=40-10~3 мм).
Полученные в лаборатории положительные результаты приме-
нения добавок поверхностно-активных веществ, гидрофобизирую-
щих цементогрунт и повышающих его прочность и морозостойкость,
полностью подтвердились при проведении опытно-производственно-
го строительства.
Это свидетельствует о большой перспективности использования
рассмотренных выше поверхностно-активных веществ, являющихся
отходом промышленных предприятий.
КОМПЛЕКСНОЕ УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ЦЕМЕНТОМ
И ДОБАВКАМИ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В основе гидрофобизации цементогрунта небольшими добавка-
ми кремнийорганических соединений лежит явление адсорбции этих
реагентов поверхностью как элементарных минеральных частиц,
76
так и их микроагрегатов и возникновение на них мономолекуляр-
ных или полимолекулярных водоотталкивающих (гидрофобных)
полимерных пленок.
В процессе взаимодействия указанных реагентов с поверхностью
частиц грунта происходит обмен между реакционноспособными
участками гидрофобизатора и поглощающим комплексом тонко-
дисперсной части грунта; при этом возможно протекание реакций
полимеризации или поликонденсации.
Молекулы кремнийорганических соединений гидрофобизиру-
ющих жидкостей состоят из двух частей, противоположных по сво-
ей природе и свойствам. Одна часть представляет собой гидрофиль-
ную полярную силоксановую группировку с кремнийкислородными
связями, которая вступает в химическую связь с влагой, находящей-
ся в порах грунта, а также с реакционноспособными участками
(нескомпенсированными зарядами кристаллической решетки) час-
тиц грунта.
При этом кремнийкислородные связи ориентируются по направ-
лению к поверхности частиц грунта.
Другая часть кремнийорганических соединений представляет
собой гидрофобные неполярные углеводородные радикалы, связан-
ные с кремнием и нерастворимые в воде. Они образуют водооттал-
кивающий слой и при этом углеводородные радикалы ориентируют-
ся в направлении от поверхности частиц грунта в сторону порового
пространства.
Взаимодействие кремнийорганических гидрофобизаторов с грун-
том имеет своп особенности, зависящие от состава этих ве-
ществ. Например, при гидрофобизации растворами этилсиликоната
натрия с добавками солей кольматпруются поры грунта нераство-
римым в воде веществом, а при применении кубовых остатков этил-
силиконата натрия в порах образуется нерастворимый гель кремне-
кислоты.
При выборе добавок гидрофобных веществ исключительно важ-
но, чтобы их гидрофобизирующее действие начинало проявляться
лишь после завершения процессов твердения цементогрунта. При
этом указанные добавки не должны отрицательно влиять на про-
текание процессов, обусловливающих формирование кристаллиза-
ционной структуры.
Из кремнийорганических соединений, обеспечивающих гидро-
фобизацию цементогрунта, лучшие результаты дают добавки метил-
силиконата натрия (ГКЖ-11), этилсиликоната натрия (ГКЖ-10) и,
особенно, полиэтилгидросилоксана (ГКЖ-94). Представление об
эффективности добавок этих веществ дают данные, полученные
Ю. В. Карасем (табл. 15).
Добавки кремнийорганических веществ при укреплении грунтов
портландцементом в количестве 0,3—0,7% по массе грунта придают
несмачпваемость (гидрофобность) поверхности частиц грунта, в ре-
зультате чего уменьшается в 3—5 раз количество воды, поглоща-
емой цементогрунтом при его водонасыщении, и значительно повы-
шается морозостойк.ость такого материала.
RXJ	a keV 1
Таблица 15
Состав смеси	Прецел проч- ности при сжа- тии водоиасы- щеиных образ- цов, кгс/см2, после твердении		Предел прочности при сжа тии водонасыщен- ных образцов после 15 циклов заморажива- ния-оттаивания, кгс/см2	Водопоглоще- ние, % воды к массе сухих образцов, после их насыщения в воде в тече- ние	
	23 сут	90 сут		30 сут	120 сут
Супесь мелкая + 10% портландцемента	48,6	46,6	16,9	9,2	9,4
(контроль) То же, + 10% цемента + 0,5% ГКЖ-11	41,4	55,5	40,8	5,7	6,4
»	+10 цемента + G,5% ГКЖ-Ю	61,2	68,9	48,4	3,9	4,6
»	+ 10% цемента + 0,5% ГКЖ-94	53,2	59,6	43,1	2,4	3,5
Суглинок пылеватый +' 12% цемента	24,0	27,7	Разру-	15,7	15,8
(контроль) То же, + 12% цемента + 0,5% ГКЖ-П	34,0	43,1	ШИЛСЯ	10,0	11,1
»	+ 12% цемента + 0,5 ГКЖ-Ю	47,9	49,9	23,3	4,9	7,6
»	+ 12% цемента + 0,5% ГКЖ-94	43,5	47,9	31,1	3,5	4,6
Величины модулей упругости и модулей деформации при этом
повышаются незначительно, что указывает на повышение дефор-
мативности (уменьшение жесткости) гидрофобизированного цемен-
тогрунта.
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ИЗВЕСТКОВО-ШЛАКОВЫМ
ИЛИ ШЛАКОВЫМ ЦЕМЕНТОМ
Помимо извести, эффективным вяжущим материалом для ук-
репления карбонатных тяжелых суглинков и глин является также
известково-шлаковый цемент. Он получается путем совместного
помола гранулированного доменного шлака и негашеной комовой
извести.
Установлено, что при укреплении глинистых видов грунтов в из-
вестково-шлаковом цементе содержание извести должно быть по-
вышено до 25—30% от массы шлака. В этом случае при добавке к
тяжелому суглинку или глине известково-шлакового цемента в ко-
личестве 12% от массы сухого грунта обеспечиваются примерно та-
кая же прочность и водостойкость укрепленного грунта, как и при
аналогичной добавке портландцемента марки 400 к такому же
грунту.
При укреплении грунтов известково-шлаковым цементом или из-
вестью набор прочности в начальные сроки твердения происходит
значительно медленнее, чем при добавке портландцемента.
Как показали исследования А. Ф. Царева [63], при твердении во
влажных условиях в течение 1 года грунт, укрепленный известково-
шлаковым цементом, приобретает относительно высокую проч-
ность 70—77 кгс/см2. При этом большую роль играет правильно
78
назначенная добавка извести, поскольку при укреплении глинистых
разновидностей грунтов она активизирует процессы твердения.
Перспективны^ является применение в качестве местного вяжу-
щего материала молотых гранулированных основных доменных
шлаков. Такие вяжущие материалы обладают достаточно высокой
гидравлической активностью и с большим успехом могут быть ис-
пользованы для укрепления грунтов [24]. Как и при укреплении
портландцементом, грунты, укрепленные шлаком (шлакогрунты),
с увеличением дозировки шлака и возрастанием времени твердения,
существенно увеличивают свою прочность.
При одинаковой добавке гранулированного тонкомолотого
шлака с модулем основности 1,15 и удельной поверхностью
3300 см2/г прочность шлакогрунта зависит от свойств и грануломет-
рического состава укрепляемых грунтов.
В табл. 16 приведены средние данные, характеризующие сте-
пень прочности различных видов грунтов при добавке к ним моло-
того гранулированного шлака в количестве 15% (по массе грунта).
Наиболее высокие показатели прочности достигаются при укрепле-
нии супесчаных грунтов, хотя и при укреплении суглинков обеспе-
чивается также высокая прочность.
Исследованиями М. А. Коршунова установлено, что в укрепля-
емом шлаком грунте содержание гумусовых веществ не должно
превышать 1,5%.
Изучение кинетики твердения шлакогрунта показало, что за-
метное нарастание прочности начинает происходить - после -90 сут
твердения и более при различных добавках шлака.
Об этом свидетельствуют данные предела прочности при сжа-
тии при укреплении шлаком тяжелого лессовидного суглинка с чис-
лом пластичности 17 (табл. 17). В этой же таблице для сопоставле-
ния приводятся данные по прочности цементогрунта с введением в
грунт различных дозировок вяжущего.
Прочность шлако- и цементогрунта после 1 года твердения при
равных дозировках вяжущего становится примерно одинаковой, а
при твердении аналогичных образцов в течение 3 лет прочность
образцов шлакогрунта на 20—25% превышает прочность цементо-
грунта.
Таблица 16
Грунт	Предел прочности, кгс/см9, при		
	сжатии	изгибе	растяжении
Суглинок тяжелый, лёссовидный (чис- ло пластичности 14)	66	19	8,0
Суглинок легкий, лёссовидный (число пластичности 10,5)	100	34	10,5
Супесь тяжелая, лёссовидная	123	37	12,0
» мелкая	108	38	12,0
Песок среднезернистый	38	16	5,5
			79
			.АМЕЯ.КЦ
Таблица 17
Дозировка вяжущего, % по массе грунта	Предел прочности при сжатии, кгс/см2. в зависи- мости от времени твердения, сут				
	28	90	180	збо	1080
Молотый шлак 5	17	44	52	70	94
Портландцемент 5	28	49	67	72	90
Молотый шлак 10	30	85	100	171	229
Портландцемент 10	80	НО	150	160	180
Молотый шлак 15	58	115	140	275	331
Портландцемент 15	112	156	232	247	273
Молотый шлак 25	100	190	220	256	—
Портландцемент 25	178	230	304	329	—
Существенное ускорение процессов твердения глинистых разно-
видностей грунтов, укрепленных молотым гранулированным шла-
ком, вызывают совместные добавки хлористого натрия и хлористо-
го кальция, взятые в соотношениях от 1 :3 до 3 : 1. Такая добавка
•СаСЬ и NaCl вводится в количестве 10% от массы шлака и повы-
шает прочность образцов 14-суточного срока твердения на 80—90%.
При твердении образцов 28 сут повышается их морозостойкость.
На ускорение процессов твердения шлакогрунта положительно
влияет также добавка углекислого натрия, которая вводится в ко-
личестве 1,5—2% от массы смеси.
Как показали исследования Б. В. Белоусова [6], в качестве мест-
ного вяжущего материала для укрепления песчаных, супесчаных и
суглинистых грунтов в условиях Казахской ССР целесообразно и
экономически выгодно применять молотые гранулированные фос-
форные шлаки, являющиеся побочным продуктом Чимкентского
завода фосфорных солей. Выход таких шлаков ежегодно составля-
ет свыше 10 млн. т.
Для укрепления грунтов следует применять гранулированный
фосфорный шлак с тонкостью помола, характеризуемой остатком
на сите 0,08 мм в пределах 8—12%. Указанные шлаки характери-
зуются малой гидравлической активностью. Хорошим активизато-
ром для фосфорных гранулированных шлаков является жидкое
стекло, имеющее кремнеземистый модуль в пределах 1,70—1,90 и
плотность 1,05—1,2 г/см3.
В результате взаимодействия тонкомолотого гранулированного
фосфорного шлака с жидким стеклом происходит образование низ-
коосновных гидросиликатов кальция и натриево-кальциевых гидро-
силикатов. Образование этих продуктов протекает при невысокой
температуре и малых концентрациях извести. В результате воз-
действия шлакосиликатного вяжущего укрепляемые им грунты при-
обретают высокую прочность, водо- и морозостойкость.
В среднем фосфорный шлак добавляют в количестве 18—20% от
массы шлакогрунтовой смеси, а раствор жидкого стекла (в пере-
счете на силикат-глыбу) 1—4% от массы шлакогрунтовой смеси.
80
При оптимальной дозировке шлакосиликатного вяжущего и ус-
тановленной технологии работы укрепленный грунт приобретает
высокую прочности и требуемую морозостойкость. Предел прочно-
сти при сжатии составляет до 200 кгс/см2, предел прочности на рас-
тяжение при изгибе — до 50 кгс/см2. При этом модуль упругости
может достигать 1800 кгс/см2. Соотношение между прочностью на
растяжение при изгибе и прочностью при сжатии находится в пре-
делах 1—2,5 и 1—4,5. Для цементогрунтов это соотношение нахо-
дится в пределах 1—4 и 1—6. Шлакогрунты обладают меньшей
жесткостью, чем цементогрунты.
Шлакосиликатным вяжущим можно укреплять засоленные
грунты.
При хлоридном засолении содержание легкорастворимых солей
в грунте допускается в количестве не более 2% от массы грунта;
при сульфатном — не более 3% и при содовом засолении — не бо-
лее 1%.
Для укрепления различных видов грунтов в качестве эффектив-
ного вяжущего материала могут быть также использованы различ-
ного состава шлакощелочные вяжущие, изготавливаемые на основе
вторичных продуктов промышленности (молотых гранулированных
доменных шлаков) и щелочных отходов различных предприятий
(содовых щелочных плавов, смеси едких щелочей).
Большой вклад в изучение процессов формирования структуры,
разработку технологии приготовления шлакощелочных вяжущих
материалов, их физико-механических свойств и пригодности для
укрепления грунтов и приготовления бетонов различного состава
внесли исследования В. Д. Глуховского, Л. А. Сильченко,
И. А. Пашкова и др. .
Возможность эффективного применения шлакощелочных вяжу-
щих материалов для укрепления различных видов грунтов в целях
устройства из них прочных дорожных оснований в последние годы
подробно изучалась В. Г. Степанцом. Проведенные им исследова-
ния убедительно показали, что для укрепления типичных грунтов
Западной Сибири (мелких песков, супесей и суглинков) с большой
технико-экономической эффективностью могут быть использованы
тонкомолотые кислые гранулированные доменные шлаки Магнито-
горского, Карагандинского и других металлургических комбинатов.
Для приготовления шлакощелочного вяжущего в качестве активно-
го компонента целесообразно применять содощелочные плавы, сме-
си едких щелочей и другие отходы химических комбинатов, содер-
жащие едкие щелочи.
Состав шлакощелочного вяжущего может быть различным в за-
висимости от требуемой прочности, состава, свойств укрепляемого
грунта и назначения слоя укрепленного грунта в дорожной
одежде.
В шлакощелочном вяжущем может содержаться 3—15% щелоч-
ного компонента от массы тонкомолотого шлака на сухое вещество.
Тонкость помола шлака должна бцть в пределах 3000—
4000 см2/г.
Рис. 15. Зависимость предела проч-
ности при сжатии грунтов, укреплен-
ных шлакощелочным вяжущим, от
влажности и количества раствора:
1 — песок мелкий +24% молотого шлака;
2 — супесь пылеватая +24% молотого шла-
ка; 3 — суглинок пылеватый +24% моло-
того шлака; 4—песок мелкий +16% мо-
лотого шлака; 5 — супесь пылеватая +16%
молотого шлака; 6 — суглинок пылеватый
+16% молотого шлака
Исследованиями В. Г. Степанца установлено, что в зависимо-
сти от дозировки шлакощелочного вяжущего и свойств укрепля-
емого грунта может быть не только обеспечена прочность в соот-
ветствии с требованиями Инструкции СН 25-74, но и значительно
превышена, если это потребуется по условиям прочности проекти-
руемой дорожной одежды.
На рис. 15 приведены данные, полученные при испытании об-
разцов песка, супеси и суглинка с использованием добавок шлака
в количестве 24 и 16% от массы грунта. Результаты испытаний
водонасыщенных образцов после 28-суточного твердения во влаж-
ных условиях свидетельствуют о том, что при добавке 24 и даже
16% молотого шлака (при укреплении песка и супеси) достигается
достаточно высокая прочность. При этом наиболее высокая проч-
ность наблюдается в том случае, когда добавка раствора щелочно-
го реагента вносится в количестве, обеспечивающем оптимальное
увлажнение смеси, и следовательно, создается возможность макси-
мального уплотнения смеси.
Обеспечивая оптимальную влажность смеси для ее максималь-
ного уплотнения, необходимо также вносить щелочной реагент в
таком количестве (т. е. концентрации и плотности), которое обес-
печивает оптимальное протекание процессов твердения шлакоще-
лочного вяжущего и формирование требуемой прочности и струк-
туры материала.
На рис. 16 приведены данные, характеризующие зависимость
прочности укрепленных грунтов (песка, супеси и суглинка) от плот-
ности (концентрации) растворов щелочных реагентов и их вещест-
венного состава. Испытания проводились на образцах, твердевших
60 сут во влажных условиях, после суточного их водонасыщения.
Тонкость помола шлака, используемого для укрепления грунтов,
составляла 3860 см2/г.
Данные рис. 16 показывают, что наиболее высокая прочность
грунтов, укрепленных шлакощелочным вяжущим, достигается в
том случае, когда плотность (концентрация) щелочного реагента
составляет 1,20—1,22 г/см3. При этом использование добавок рас-
82
твора едких щелочей обеспечивает более высокую прочность, чем
добавка раствора содовощелочного плава в том же количестве.
Исследованиями В. Г. Степанца также установлено, что при
укреплении грунтов шлакощелочным вяжущим материалом проис-
ходят сложные химические и физико-химические взаимодействия
не только между щелочными компонентами и тонкодисперсной
частью грунта, но и с глинистыми минералами, входящими в состав
грунта.
В результате указанных процессов твердения во влажной среде
формируются преимущественно гелевидные низкоосновные гидро-
силикаты кальция тоберморитового типа CSH(0), а также низко-
основные гидроалюмосиликаты. Процессы твердения протекают
крайне медленно (1?0 сут и более).
Преобладание указанных выше новообразований придает грун-
ту, укрепленному шлакоминеральным вяжущим, повышенную де-
формативность и морозостойкость по сравнению с такими же грун-
тами, укрепленными портландцементом.
Указанный выше метод укрепления грунтов проверен в произ-
водственных условиях, типичных для Западной Сибири.
Рнс. 17. Зависимость предела проч-
ности при сжатии водонасыщенных об-
разцов от дозировки цемента и вида
грунта:
1 — песчаный цементогрунт после авто-
клавной обработки; 2 — супесчаный цемен-
тогрунт после автоклавной обработки; 3 —
песчаный цементогрунт без автоклавной
обработки; 4 — супесчаный цементогрунт
без автоклавной обработки
Рнс. 16. Зависимость предела проч-
ности при сжатии от плотности рас-
творов щелочных компонентов:
1 — песок мелкий +24% шлака + раствор
едких щелочей; 2 —песок мелкий +24%
шлака + раствор содощелочного плава;
3 — супесь пылеватая +24% шлака + рас-
твор едких щелочей; 4 — супесь пылева-
тая +24% шлака + раствор содощелочного
плава; 5 — суглинок пылеватый +24% шла-
ка + раствор едких щелочей; 6 — суглинок
пылеватый +24% шлака + раствор содо-
щелочного плава
К 83
АМЕМ.КГ
ЦЕМЕНТОГРУНТ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ
В ряде районов нашей страны, где, в настоящее время идет бур-
ное развитие промышленных предприятий, при строительстве дорог
под тяжелое движение, но с малой интенсивностью, наиболее целе-
сообразно устраивать сборные покрытия или основания.
Индустриальный способ строительства дорог становится особен-
но выгодным и целесообразным в технико-экономическом отноше-
нии в тех районах, где нет каменных материалов, а строительный
сезон является очень непродолжительным (2—3 мес) при условии
проведения строительства обычными методами.
Индустриальный способ строительства дорожных одежд имеет
огромную перспективу и преимущества применения в нефте- и га-
зоносных районах Тюменской обл., где из-за отсутствия каменных
материалов экономически целесообразно применять сборные пли-
ты и другие элементы конструкций, изготовленные из местных грун-
тов, укрепленных различными способами.
Исследованиями А. В. Линцера и М. Б. Векслера убедительно
показано, что одним из перспективных методов индустриального
способа строительства для указанных условий является автоклав-
ный способ приготовления плит из песчаного или супесчаного це-
ментогрунта [10]. Цементогрунт автоклавного твердения обладает
весьма большой прочностью, которая превышает в 3—5 раз показа-
тели прочности, предъявляемые к цементогрунтам СИ 25-74. Морозо-
стойкость такого материала очень высокая. Он выдерживает
200 циклов и более на замораживание-оттаивание при температуре
—22° С.
Получаемые при автоклавном твердении цементогрунта
показатели предела прочности при сжатии и на растяжение при из-
гибе являются примерно такими же, как и у цементобетона (рис. 17,
табл. 18). Это дает основание применять такой материал в сборных
конструкциях.
Соотношение между пределом прочности при сжатии 7?с-.н
и прочностью на растяжение при изгибе RW3T составляет 5—5,5,
т. е. этот материал относительно менее жесткий, чем цементобетон.
Таблица 18
Грунт	Дозировка цемента, % ио массе грунта	Предел прочности, кгс/см2		
		при сжатии *сж	при изгибе ^изг	/?нЗГ
Песок мелкий	10	166	31	5,0
То же	15	262	52	5,3
»	20	409	68	5,4
»	25	465	83	5,6
Примечание. Влажность при изготовлении образцов для всех смесей была
равна 20%.
84
Таблица 19
Марка цементогрунта, кгс/см2	Дозировка, % но массе		
	Цемент	Грунт	Вода
30/150	10,0	90,0	16—18
40/200	12,5	87,5	16-18
. 50/250	15,0	85,0	16-18
60/350	17,5	82,5	16-18
70/400	20,0	80,0	16—18
А. В. Линцером и М. Б. Векслером разработаны оптимальные
режимы автоклавной обработки плит и других изделий из цементо-
грунта. Твердение изделий необходимо осуществлять в автоклаве
при температуре 175° С и давлении 8 кгс/см2. Для дорожных плит,
имеющих открытую площадь 6 м2 и объем более 1 м3, оптимальным
режимом автоклавной обработки является: постепенный подъем
давления пара в автоклаве до 8 атм в течение 2,5 ч, затем выдер-
живание постоянного давления (8 кгс/см2) в течение 8 ч и посте-
пенный спуск давления до атмосферного — 2,5 ч.
При выдерживании указанного режима обработки и использо-
вании для укрепления супесчаных и мелких песчаных грунтов обес-
печивается получение высокопрочного цементогрунта следующих
марок: 30; 40; 50; 60; 70 кгс/см2 по пределу прочности на растяже-
ние при изгибе и соответственно 150; 200; 250; 350; 400 кгс/см2 по
пределу прочности при сжатии.
Ориентировочные составы смесей по маркам цементогрунта ав-
токлавного твердения даны в табл. 19.
Высокопрочный цементогрунт автоклавного твердения следует
считать разновидностью комплексно укрепленного грунта, учитывая
то важное значение, которое имеют высокая температура (175° С)
и давление (8 кгс/см2) в формировании структуры и высокой проч-
ности такого вида цементогрунта.

АМЕМ.КГ
Глава 3
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ЗОЛОШЛАКОВЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В настоящее время для получения электроэнергии в котлоагре-
гатах тепловых электростанций (ТЭС) в огромных количествах
сжигают различные виды твердого топлива (угли разного состава,
горючие сланцы, торф). В результате образуются топливные отходы
в виде зол уноса, золошлакбв и шлаков. Эти отходы, как правило,
требуют выделения значительных площадей под отвалы. Выполне-
ние такого мероприятия особенно затруднительно вблизи городов,
когда эти отвалы не только занимают дефицитные территории, но
и являются источником загрязнения и антисанитарного состояния
прилегающих районов и воздушного бассейна.
Важно учитывать такое обстоятельство, что количество указан-
ных отходов все время возрастает. Например, установлено, что в
странах, где энергетика основывается на сжигании твердых видов
топлива, количество энергетических отходов удваивается каждые
10—15 лет.
В СССР в настоящее время выход таких отходов составляет
около 75—80 млн. т в год. Отсюда возникает общегосударственная
задача рационального использования в технико-экономическом и
даже в санитарно-гигиеническом отношении топливных отходов в
различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в дорож-
ном строительстве. По ориентировочным данным, в СССР исполь-
зуют около 600—700 тыс. т золошлаковых отходов в год.
Следует отметить и такое важное обстоятельство, что золы, зо-
лошлаки и шлаки, полученные при сжигании твердого топлива,
добытого в пределах одного и того же бассейна, весьма разнятся
по химическому составу. В табл. 20 приведены данные, характеризу-
ющие ориентировочно золы различных видов топлив [14, 15].
Таблица 20
Вид топлива	Количество составляющих, %					
	SIO»	А1аО3	FeaOs	СаО	MgO	SOs
Антрацит	16—50	5—37	5—40	До 20	До 2	ДО 3
Каменный уголь	22—60	14—43	3—32	» 25	» 3	. 6
Бурый уголь	30—58	20—45	2—25	. 8	. 5	» 4
Горючие сланцы	20—60	5—20	2—10	10—50	» з	. 13
Торф	40—15	16—10	17—15	18—50	, 5	. 5
86
Золы уноса очень разнообразны по своим свойствам и химиче-
скому составу. Это зависит от многих факторов: вида сжигаемого
топлива и степени его размельчения на ТЭС; вида улавливающих
устройств на ТЭС; температуры сжигания топлива в котлоагрега-
тах и т. д. [16].
В связи с указанным для широкого использования золошлаков
в дорожном строительстве важна разработка надежных методов,
позволяющих учитывать те или иные свойства зол или золошлаков
с целью более эффективного их применения для устройства различ-
ных конструктивных слоев дорожных одежд.
Ниже приведены два важных направления использования зол
уноса для устройства конструктивных слоев дорожных одежд:
в качестве самостоятельного вяжущего;
в качестве активного компонента смешанного вяжущего в соче-
тании с цементом, известью или битумом.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛ УНОСА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ
САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ВЯЖУЩЕГО ПРИ УКРЕПЛЕНИИ ГРУНТОВ
J
Для устройства укрепленных конструктивных слоев дорожных
одежд в качестве самостоятельного вяжущего могут быть исполь-
зованы главным образом золы уноса сухого отбора тепловых элек-
тростанций, работающих и сжигающих в своих котельных установ-
ках твердое топливо, к которому относятся: горючие сланцы Северо-
Запада и Поволжья; бурые угли Ангренского месторождения в
Средней Азии и Канско-Ачинского месторождения в Красноярском
крае; торф Белорусской ССР [11, 14, 54].	)
Производственное использование зол уноса для укрепления грун-
тов в различных конструктивных слоях дорожных одежд возможно
при отборе сухой золы, удовлетворяющей требованиям «Технических
указаний по использованию зол уноса и золошлаковых смесей от
сжигания различных видов твердого топлива для сооружения зем-
ляного полотна и устройства дорожных оснований и покрытий ав-
томобильных дорог» ВСН 185-75, с ряда тепловых электростанций,
расположенных в указанных регионах.
В Советском Союзе в различных климатических районах по-
строено около 600 км участков дорог с использованием сухих зол
уноса в качестве самостоятельного вяжущего при укреплении грун-
тов для устройства оснований и даже покрытий со слоями износа
различных конструкций дорожных одежд.
Золы уноса применяли в качестве самостоятельного вяжущего
главным образом для укрепления несвязных грунтов.
При строительстве дорог общего пользования золой уноса укреп-
лялись различные крупнообломочные несцементированные грунты,
включая различные естественные смеси (песчано-гравийные, грун-
то-гравийные, грунто-щебеночные различного состава), пески гра-
велистые, пески разноразмерные и одноразмерные мелкие, а также
супесчаные грунты.
К 87
АМЕЯ.Ы
В районах Северо-Запада при строительстве дорог использова-
лись различные виды песчано-гравийных и гравелистых неконди-
ционных смесей, пески одноразмерные мелкие, характерные для
районов Прибалтики, а также супесчаные грунты и малопрочные
отходы камнедробления.
Для обеспечения I или II классов прочности укрепленного мате-
риала в основаниях дорожных одежд применяли следующие соста-
вы смесей. На дорогах Эстонской ССР при укреплении песчано-гра-
вийных и гравийных смесей дозировка золы уноса составляла 15—
20% по массе смеси; мелких одноразмерных песков — 20—25; су-
песчаных грунтов — 20—30% [35].
Зола уноса имела удельную поверхность до 1800—2000 см2/г
с содержанием свободной извести 7—32% (по массе золы).
На дорогах в Ленинградской обл. при укреплении песчано-гра-
вийных смесей и малопрочных отходов камнедробления дозировка
золы уноса составляла 20% по массе смеси; песчаных грунтов —
20% без или в сочетании с 5% СаС12, взятого по массе золы.
На дорогах Латвийской ССР при укреплении песчано-гравий-
ных смесей дозировка золы уноса составляла 20% по массе смеси
без или в сочетании с 5% СаС12 или 2% цемента; песчаных грун-
тов— 20% без или в сочетании с 5% СаС12.
В Красноярском крае, в районе г. Красноярска, для устройства
оснований дорожных одежд использовались местные песчано-гра-
вийные смеси и связные грунты, укрепленные 15% золы уноса.
При строительстве дороги IV категории в Средней Азии для уст-
ройства оснований дорожной одежды использовались барханные
лески, укрепленные 17 и 20% золы уноса. Были также построены
участки с использованием барханного песка, укрепленного 7% золы
уноса в сочетании с 3% битума для устройства слоя покрытия на
дорс)ге в сельской местности.
В Белорусской ССР на участке дороги IV категории использова-
ли в основании дорожной одежды местный песчаный грунт, укреп-
ленный 40% золы уноса сухого отбора Лидской ТЭС [39].
Как показали результаты обследований и наблюдений за по-
стпоенными участками дорог с использованием зол уноса для уст-
ройства укрепленных слоев оснований и покрытий дорожных одежд,
последние хорошо сформировались, имели достаточную прочность,
водостойкость и долговечность.
Так, например, нй дороге в Эстонской ССР уже в в1961 г. в ка-
честве основания была использована укрепленная и уплотненная
смесь из местного песка, обработанного золой уноса в количестве
20—25% по массе смеси.
В 1969 г. на этом участке были сделаны вырубки, которые дали
следующие результаты: прочность при сжатии образцов из этих
вырубок составила 126 кгс/см2; водонасыщенных в воде —
113 кгс/см2; объемная масса укрепленного песка находилась в пре-
делах 1,94—2,12 т/м3.
В табл. 21 приведены результаты испытаний образцов, приго-
товленных из полевых смесей, которые были использованы для ос-
88

Продолжение табл. 21
Примечание, При строительстве на всех дорогах была использована сухая зола горючих сланцев Прибалтийской ГРЭС.
90
нования дорожных одежд на ряде дорог Ленинградской обл. и
Латвийской ССР.
Данные табл. 21 свидетельствуют о том, что хотя грунты, укреп-
ленные золами уноса, твердеют медленно и характеризуются в на-
чальные сроки твердения сравнительно небольшой прочностью, в
более поздние сроки твердения, например в 120-суточном возрасте,
они набирают прочность, которая соответствует уже I или II клас-
сам прочности согласно Инструкции по применению грунтов, укреп-
ленных вяжущими материалами, для устройства оснований и по-
крытий автомобильных дорог и аэродромов (СН 25-74).
Весьма показательны в части обоснования эффективности ис-
пользования зол уноса в качестве самостоятельного вяжущего при
укреплении грунтов результаты обследования в 1974 г. двух участ-
ков дорог в Ленинградской обл. Первый участок был построен в
1971 г. (табл. 22).
Таблица 22
Показатели	У частки	
	проектный	опытный
Интенсивность движения по дороге, авт./сут	500	500
Конструкция дорожной одежды в ме-	Двухслойная ас-	Двухслойная ас-
сте штамповых испытаний	фальтобетонна я смесь — 9 см; щебень — 4 см; ПГС — 25 см	фальто бетонная смесь— 10 см; песок, укреплен- ный золой уноса,— 14,5 см
Разновидность грунта, укрепленного вяжущим	—	Мелкий песок
Коэффициент трещиноватости Модуль упругости дорожной одежды, кгс/см2:	3,1	4,5
проектный	1500	1500
требуемый по условиям движения	1500	1500
фактический, определенный при об- следовании дороги	3580	3130
Коэффициент запаса прочности до- рожной одежды	2,4	2,1
Объемная масса подстилающего грун- та, г/см3 Объемная масса скелета грунта, г/см3	1,87	1,83
	1,72	1,76
Влажность верхней части слоя укреп- ленного грунта, %	—	16,0
Влажность ннжней части укрепленного грунта, %	—	12,4
Влажность ннжнего слоя основания нз пгс, %	5,5	—
Влажность подстилающего песчаного грунта, %	10,3	4,0
Модуль упругости слоя укрепленного грунта, кгс/см2	-*	57 50
91

AMIK.B.X)
Автомобильная дорога относится к IV категории, по условиям
увлажнения она пролегает на местности, относящейся к I типу.
Модуль деформации равен 380 кгс/см2.
Проектом автомобильной дороги была предусмотрена дорожная
одежда, состоящая из: покрытия — двухслойной асфальтобетонной
смеси толщиной 8 см; верхнего слоя основания из щебня толщиной
20 см; нижнего слоя основания из песчано-гравийной смеси.
Взамен запроектированного было предусмотрено основание из
песчаного грунта, укрепленного 20% золы уноса горючих сланцев
Северо-Запада, толщиной 20 см с добавкой и без добавок СаСЬ-
Строительство осуществлялось комплектом машин с ведущей
машиной фрезой, профилирование — автогрейдером, уплотнение —
катком на пневматических шинах.
В результате обследования участков были сделаны следующие
выводы:
участок дороги, включающий конструктивный слой' из грунта,
укрепленного золой уноса, находился в довольно хорошем состоя-
нии после 2,5 лет эксплуатации;
поверхность покрытия ровная, поперечный профиль не искажен,
имеются поперечные трещины с интервалом от 5 до 32 м;
фактический модуль, определенный при обследовании, превыша-
ет требуемый в 2,1 раза на участке с основанием из укрепленного
грунта;
устройство основания из песчаного грунта, укрепленного золой
уноса, улучшает водный режим земляного полотна, снижая влаж-
ность его верхней части.
Второй участок был построен в 1972 г. (табл. 23). Дорога IV ка-
тегории. Модуль деформации 380 кгс/см2. Участки подъезда нахо-
дятся по условиям увлажнения во II типе местности.
Проектом автомобильной дороги была предусмотрена дорожная
одежда, состоящая из покрытия — однослойного асфальтобетона
толщиной 5 см и основания из щебня толщиной 15 см.
Запроектированное щебеночное основание было заменено на ос-
нование из гравелистого песка, укрепленного 20% золы уноса При-
балтийской ГРЭС.
Строительство осуществлялось комплектом машин с ведущей
машиной фрезой.
В результате обследования участков были сделаны следующие
выводы:
участок дороги, включающий конструктивный слой из грунта,
укрепленного золой уноса, находится в хорошем состоянии;
поверхность покрытия ровная, поперечный профиль не иска-
жен; имеются продольные и поперечные трещины с интервалом
7—14 м; .
фактический модуль, определенный при обследовании, на участ-
ке с основанием из укрепленного грунта превышает проектный в
1,3 раза;
92
Таблица 23
Показатели	Участки	
	опытный	проектный
Интенсивность движения на дороге,
авт/сут
Конструкция дорожной одежды в ме-
сте штампованных испытаний
Разновидность грунта, укрепленного
вяжущим	Л
Коэффициенты трещиноватости г '.
Модуль упругости дорожной одежды,
кгс/см2:
проектный
требуемый по условиям движения
фактический, определенный при об-
следовании дороги
Коэффициент запаса прочности до-
рожной одежды
Объемная масса подстилающего песча-
ного грунта, г/см3
Объемная масса скелета грунта, г/см3
Влажность верхней части слоя укреп-
ленного грунта, %
Влажность нижней части слоя укреп-
ленного грунта, %
Влажность подстилающего грунта, %
Модуль упругости слоя, укрепленного
грунта, кгс/см2
50	50
Асфальтобетон — 5 см, гравелистый песок, укреплен- ный 20% золы уно- са, — 14 см Гравелистый песок	Асфальтобетон — 5 см, щебень — 15 см
13,9	0
1500	1500
2010	1550
1,3	1,0
—	2,03
14,4	1,76
12,4	—
6,0 6300	15,5
влажность подстилающего грунта на участке с основанием из
укрепленного золой уноса гравелистого песка меньше, чем на участ-
ке с основанием, осуществленным по проекту, что свидетельству-
ет об улучшении водного режима земляного полотна.
Построенные опытные участки в Средней Азии на дороге
IV категории были также подробно обследованы. В результате об-
следования были сделаны следующие выводы:
барханные пески, укрепленные золой уноса Ангренской ГРЭС,
взятой в количестве 17—20% по массе смеси, могут быть рекомендо-
ваны для устройства верхних и нижних слоев оснований;
барханные пески, укрепленные 7% золы уноса в сочетании с
3% битума без или с местной катионактивной добавкой Э-1 могут
быть рекомендованы для устройства верхних слоев оснований и сло-
ев покрытий на дорогах IV и V категорий общего пользования или
сельских дорогах;
модуль упругости конструкции дорожных одежд с указанными
слоями оснований или покрытий, устроенных из барханных песков,
укрепленных золой уноса без или в сочетании с битумом для усло-
93

AMEX.RD
важным показателям
как самостоятельное
вий Средней Азии, должен быть не менее 1400 кгс/см2 в 7-суточном
возрасте.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что в настоящее вре-
мя имеются все предпосылки, обоснованные научными исследова-
ниями опытным и производственным строительством, для широкого
внедрения в практику конструктивных слоев дорожных одежд с ис-
пользованием зол уноса в качестве самостоятельного вяжущего.
Однако при этом должны быть решены некоторые принципи-
альные вопросы, касающиеся получения сухих зол уноса тепловых
электростанций дорожниками по соответствующим требованиям к
ним. Эти требования разработаны и изложены в Технических ука-
заниях ВСН 185-85 и Инструкции СН 25-74. Указанные требования
разработаны в отношении удельной поверхности зол уноса, нали-
чия свободной окиси кальция и содержания сернокислых соедине-
ний в пересчете на SO3 и по другим менее
компонентного состава золы, используемой
вяжущее (табл. 24).
В настоящее время особенно актуальны вопросы применения
зол уноса в дорожном строительстве и разработки требований к
ним с учетом индивидуальных особенностей зол в зависимости от
их химико-минералогического состава, способа улавливания, вида
сжигаемого топлива и укрепляемого грунта.
В Союздорнии [14] проведены исследования в целях более уг-
лубленного изучения свойств зол уноса горючих сланцев Прибалти-
ки, применяемых в качестве самостоятельного вяжущего, а также
в целях уточнения требований к ним и разработки методов, обеспе-
чивающих нейтрализацию или уменьшение вредного действия тех
или иных компонентов, присутствующих в золах уноса в количест-
вах, превышающих установленное техническими условиями.
При использовании зол уноса следует учитывать, что в зависи-
мости от неоднородности сжигаемого топлива, температуры сжига-
ния и других факторов, химико-минералогический состав зол уно-
са может резко меняться с увеличением или уменьшением коли*
Таблица 24
Показатели	Требования к золе уноса		
	самостоятельному медленно твердею- щему вяжущему	активному компоненту смешанного вяжущего	
		с цементом	с известью
Содержание свободной окиси кальция, % Удельная поверхность, см2/г Содержание сернистых и сернокислых соединений, % (в пересчете на SO3) Потерн при прокаливании, %	Не менее 8 Не менее 3000 Не более 6 Не более 5	Не более 4 Не менее 3000 Не более 3 Не более 10	Не менее 3000 Не более 10
94
Рис. 18. Изменение морозостойкости песчаного грунта, укрепленного золой уноса
в зависимости от содержания в золе свободной извести:
а —удельная поверхность 3000 см2/г; б — удельная поверхность 4100 см2,'г;
1 — песок +25% золы уноса (СаО=6%); Г — песок +25% золы уноса (СаО=9,2%): 2 —
то же (СаО=15%); 3 — то же (СаО=25%); 4 — песок +35% золы уноса (СаО=6%);
4' — песок +35% золы уноса (СаО=9,2%); 5 — то же (СаО=15%); 6 — то же (СаО=25%)
чественного или качественного состава тех или иных компонентов,
определяющих их вяжущие и другие свойства.
В процессе исследований были уточнены требования к золам
уноса горючих сланцев в отношении допускаемого количества сво-
бодной извести (СаО), а также содержания сернокислых соедине-
ний в пересчете на SO3. При этом указанные выше показатели ком-
понентного состава золы уноса, влияние их количества на прочност-
ные показатели и морозостойкость укрепленных грунтов устанавли-
вались в зависимости от удельной поверхности золы уноса при твер-
дении образцов в условиях влажного хранения до 1 года.
Исследования проводили на мелких одномерных кварцевых пес-
ках, имеющих высокую открытую пористость (около 35%) и требу-
ющих в связи с этим до 12—14% добавок цемента. Для укрепления
песков использовали золу уноса сухого улавливания от электро-
фильтров Прибалтийской ГРЭС.
На рис. 18 показано изменение морозостойкости кварцевого
мелкозернистого песчаного грунта, укрепленного 25 и 35% золы
уноса с различным содержанием в золе свободной извести.
Критерием оценки морозостойкости укрепленного золой уноса
песчаного грунта являлся предел прочности при сжатии водонасы-
щенных образцов после 15 циклов замораживания-оттаивания. Из-
менение морозостойкости прослеживалось в течение года твердения
образцов во влажных условиях.
Результаты свидетельствуют о том, что с увеличением содержа-
ния свободной извести в золе от 6 до 15% наблюдается потеря мо-
розостойкости песчаного грунта, укрепленного 25 и 35% золы
уноса. Еще более существенно снижается морозостойкость такого
грунта при содержании 25% свободной извести; особенно низкая
морозостойкость наблюдается у образцов после 28 сут твердения
во влажной среде.
_____95

AMEX.RD
Таким образом, при удельной поверхности 3000—4100 см2/г и со-
держании в золе свободной извести от 15% и выше наблюдается
существенное снижение морозостойкости несцементированных грун-
тов, укрепленных золами уноса. Вредное влияние больших коли-
честв свободной извести можно объяснить возникновением и разви-
тием гидросульфоалюминатных кальциевых структур, образующих-
ся при твердении зол уноса.
Видимо, при укреплении песчаных грунтов и других несцемен-
тированных материалов нарастание прочности в ранние сроки
твердения происходит в основном за счет роста и упрочнения крис-
таллизационной структуры гидросульфоалюмината кальция, обра-
зующегося в результате взаимодействия гипса с монокальциевым
алюминатом.
Закономерности процессов кристаллизационного структурообра-
зования гидросульфоалюмината кальция при взаимодействии
гипса с безводными алюминатами или их гидратами в зависимости
от величины пересыщения были подробно изучены акад. П. А. Ре-
биндером и его сотрудниками. В их работах показано, что гидро-
окись кальция повышает пересыщение, возникающее при раство-
рении безводных алюминатов кальция и их гидратов.
Таким образом, роль гидросульфоалюминатов кальция в про-
цессе твердения цементов, а также и зол уноса определяется вели-
чиной пересыщения, при котором происходит их кристаллизация.
Гидросульфоалюминат, кристаллизирующийся при высоких пере-
сыщениях, создает защитные пленки на частицах исходного вяжу-
щего и выступает как замедлитель схватывания.
Эти процессы наблюдаются при укреплении песчаного грунта
золами уноса с содержанием свободной извести от 15% и выше и
добавкой золы уноса от 25% и выше.
В условиях высоких пересыщений кристаллизация гидросульфо-
алюмината сопровождается большими кристаллизационными дав-
лениями, что снижает прочность образующихся структур твердения.
Гидросульфоалюминат кальция, кристаллизирующийся при низ-
ких пересыщениях, является полезной структурной составляющей,
что имеет место при укреплении песчаного грунта золами уноса с
содержанием свободной извести до 15% по массе золы. При этом
возникают крупные кристаллы гидросульфоалюмината, неспособ-
ные замедлить схватывание вяжущего, но создающие собственную
прочную структуру твердения.
Вредное действие повышенных количеств свободной извести в
золе при укреплении песчаных грунтов можно также объяснить тем,
что в результате гидратации и карбонатизации извести образуется
карбонат кальция, который неморозостоек.
Таким образом, можно полагать, что наиболее эффективно ис-
пользовать при укреплении несвязных грунтов золы уноса горючих
сланцев, содержащие свободной извести до 15% и имеющие удель-
ную поверхность 3000 см2/г и более.
При содержании в золе уноса свободной извести выше 15% для
нормального протекания процессов структурообразования и полу-
96
Рнс. 19. Изменение морозостойкости
песчаного грунта, укрепленного зо-
лой уноса (удельная поверхность
3000 см2/г), в зависимости от дози-
ровки СаС12 и содержания в золе
свободной извести в возрасте 28 сут
и 1 года твердения образцов:
1 — песок +25% золы уноса (СаО=15%) —
28 сут твердения; 2 — то же, 1 год твер-
дения; 3 — песок +25% золы уноса (СаО=
=25%) — 28 сут твердения; 4 — то же,
1 год твердения
f
L
чения необходимой морозостойкости, особенно в ранние сроки твер-
дения образцов, необходимо вводить добавки легкорастворимых
оюлей, например хлористого кальция (рис. 19).
/ Установлено, что введение добавок хлористого кальция в коли-
честве 3—5% по массе золы уноса существенно увеличивает моро-
зостойкость укрепляемого песчаного грунта как в ранние сроки
твердения (28 сут), так и в более поздние (до 1 года) при содер-
жании в золе свободной извести 15 и 25% по массе золы.
Например, если прочность после испытания на морозостой-
кость песчаного грунта, укрепленного золой уноса в количестве
25%, при содержании извести 25% составляла 10 кгс/см2, то при
введении 5% СаС12 она достигала 44 кгс/см2 для образцов, тверде-
ющих в течение 28 сут. Также существенно увеличивается морозо-
стойкость и в более длительные сроки твердения (до 1 года).
Таким образом, добавки хлористого кальция в количестве 3—5%
по массе золы существенно улучшают протекание процессов струк-
турообразования в среде несцементированных обломочных грун-
тов, укрепленных золами уноса горючих сланцев, с содержанием
15% и более свободной извести.
Положительное действие хлористого кальция в этом случае так- с
х же можно объяснить с позиций физико-химической механики. (
В растворах хлористого кальция резко ускоряются реакции образо-
вания гидросульфоалюмината и кинетика нарастания прочности,
вызванная кристаллизационным структурообразованием гидро-
сульфоалюмината, ускоряются также процессы твердения и других )
силикатов кальция. Поэтому увеличение морозостойкости песчаного )
грунта, укрепленного золой уноса, при содержании извести 15%
как в ранние, так и в поздние сроки твердения обеспечивается при /
t введении соответствующих добавок хлористого кальция не толь- I
4—421	97	'
-ИЯк. АМЕЯ.К1
7
(
\ ко за счет более быстрого образования сульфоалюмината, но и бла-
; годаря ускорению процессов твердения двухкальциевых силикатов
и других активных компонентов, находящихся в золах уноса горю-
/ чих сланцев. Это и способствует повышению конечной прочности и
} морозостойкости укрепленного грунта.
Другим важным направлением исследований было уточнение
требований в отношении количественного содержания в золах уно-
са горючих сланцев сернокислых соединений в пересчете на SO3.
С этой целью вводили различные количества сульфата натрия (от
3 до 8% по массе золы) в кварцевый песчаный грунт, укрепленный
25% золы уноса с различным содержанием свободной извести (рис.
20, а). При этом изменение морозостойкости устанавливали в раз-
личные периоды времени твердения образцов во влажной среде.
Как видно из рис. 20, а, введение добавок Na2SO4 в количестве до
5% по массе золы уноса при содержании в золе свободной извести
до 15% (включительно) не ухудшает морозостойкость укреплен-
ного песчаного грунта, а в некоторых случаях, например при содер-
жании в золе уноса свободной извести около 15%, даже несколько
и улучшает ее как в ранние сроки твердения (28 сут) образцов во
влажной среде, так и в более поздние (до 1 года).
Можно полагать (учитывая химический состав золы уноса, со-
держащей SO3 около 4,43%), что введение в нее около 5% сульфата
натрия, обеспечивающего общее содержание сернокислых соедине-
ний около 8%, не снижает морозостойкости укрепленного песчаного
грунта.
Аналогичные исследования проведены с применением золы уно-
са с удельной поверхностью 4100 см2/г и содержанием SO3 около
9,2% (рис. 20, б). Введение в такие укрепленные смеси сульфата
натрия в количестве даже 3% по массе золы уноса существенно
снижает морозостойкость укрепленного грунта, особенно при ис-
Рис. 20. Изменение морозостойкости песчаного грунта, укрепленного золой уноса
в зависнмостн от дозировки NasSCh и содержания в золе свободной извести:
а — удельная поверхность 3000 см2/г; б — удельная поверхность 4100 см2/г:
/ — песок +25% золы уноса (СаО=6%); 2 — то же +3% Na2SO4; 3 — то же +5% Na2SO4;
4 — то же +8% Na-aSO, (образцы разрушились); 5—песок +25% золы уноса (СаО—15%);
6 —то же +3% Na2SO4; 7 — то же +5% Na2SO,; 8 —то же +8% Na2SO4 (образцы разру-
шились); 1' — песок +25% золы уиоса (СаО=9,2%); 2' — то же +3% Na2SO4; 3'— то же
+5% NasSO,; 4’ — то же +8% Na2SO4
98
Таблица 25
Группа	Химический состав золы уноса,%						Потери при прока- ливании, %	Частицы, не раство- ряющиеся в НС1, %	СаО сво- бодная, %
	SiO2	Fes0,	A12O3	СаО	MgO	so3			
А	78,3	3,7	7,7	6,7	1,0	0,9	1,06	82,3	1,1
В	41,0	6,8	5,7	43,8	2,6	5,6	1,90	41,0	9,5
С	27,0	4,8	5,8	44,5	5,5	10,4	2,00	24,3	13,3
пользовании золы с содержанием извести около 9,1%. С увеличени-
ем содержания извести в золе уноса до 15% среднее влияние суль-
фата натрия ослабевает.
На основе полученных результатов можно утверждать, что до-
пустимое содержание SO3 в золах уноса зависит от их удельной по-
верхности и содержания свободной извести.
При содержании в золе свободной извести до 15% (включитель-
но) и удельной поверхности золы уноса 3000 см2/г допустимым ко-
личеством сернокислых соединений в золе следует считать 8%, при
удельной поверхности выше 4000 см2/г— 10%.
Другим важным направлением работ были изыскание и разра-
ботка способов укрепления связных грунтов золами уноса, применя-
емыми в качестве самостоятельного вяжущего.
Нужно отметить, что состояние вопроса об укреплении связных
грунтов золами уноса, применяемыми в качестве самостоятельного
вяжущего, в литературе освещено мало. Следует отметить работы,
выполненные в ПНР [82].
В разных районах ПНР на дорогах с нижним слоем основания
из песка, глины или пылевидных лёссовых суглинков были устро-
ены опытные участки.
На одном из опытных участков на песчаном грунте было осуще-
ствлено однослойное укрепление с добавкой 6% сухой золы уноса
(группы С) и 6% портландцемента (табл. 25). Для сравнения на
другом опытном участке с глинистым грунтом дорожное покрытие
укладывали на слое глины толщиной 15 см, улучшенном 8% золы
уноса из Конина. На пылевидных лёссах опытные участки имели
следующую конструкцию.
Нижний слой основания: лёсс+(8—12%) золы уноса (груп-
пы В) из Конина; верхний слой основания; лёсс+6% золы уноса
(группы В) из Конина+портландцемент в пропорции золы уноса к
цементу 1:1.
Оба слоя при оптимальном содержании воды уплотнялись и по-
крывались слоем асфальтобетона или литого асфальта. Все опыт-
ные участки, построенные от 3 до 7 лет тому назад, находятся в хо-
рошем состоянии. Модули деформации дорог составляют к небла-
гоприятному для дорог времени 1500—2500 кгс/см2, а максимальные
прогибы — меньше 0,7 мм.
4*	99
КО
AMEJ.KD
Польскими исследователями установлено, что предел прочности
при сжатии образцов из смесей грунтов (пылевидных песков, глин,
суглинков), укрепленных 5—15% золы уноса из Конина, удовлетво-
ряет требованиям, предъявляемым к укрепленным цементом или из-
вестью грунтам для устройства улучшенных оснований или для
нижних несущих слоев оснований, а в некоторых случаях (напри-
мер, в случае гравийного песка с малым содержанием глины) так-
же для верхних несущих слоев оснований.
Но процесс нарастания прочности образцов, приготовленных
из грунтов, укрепленных золой уноса, протекает медленнее, чем при
укреплении цементом, но через сравнительно долгое время проч-
ность значительно возрастает. Со временем также увеличивается
морозостойкость укрепленных грунтов, которая через 42 дня в боль-
шинстве случаев достигает таких же значений, какие получаются
при укреплении аналогичных грунтов цементом через 28 сут. Про-
цессы твердения укрепленных золами уноса грунтов можно сущест-
венно ускорить, добавляя в такие смеси хлористый кальций или
гидроокись натрия.
Таким образом, на основе исследований и опытных работ, выпол-
ненных в ПНР, можно скорректировать и обосновать те направле-
ния исследований, которые необходимо было выполнить в СССР:
установление эффективных дозировок зол уноса, применяемых
в качестве самостоятельного вяжущего при укреплении связных
грунтов в зависимости от содержания в золе свободной извести и
ее удельной поверхности;
установление эффективных добавок химических веществ, обес-
печивающих существенное увеличение морозостойкости связных
грунтов, укрепленных золами уноса;
исследование процессов структурообразования укрепленных зо-
лами уноса связных грунтов с целью установления скорости нарас-
тания их прочности и морозостойкости, а также с целью установле-
ния наличия или отсутствия процессов деструкции, которые могут
появиться в укрепляемом материале во времени.
Для исследований использовали суглинистый грунт с числом
пластичности 12,6 и характеризуемый следующими физико-химиче-
скими свойствами: емкость поглощения 13,16 мг-экв на 100 г почвы;
поглощенные катионы (мг-экв на 100 ч почвы); Са2+—10; Mg2+— 3,
Na+—К+ — следы; pH водной вытяжки — 7,58; солевой вытяж-
ки — 5,96.
На рис. 21 представлена кривая, характеризующая буферность
исследуемого грунта, указывающая на способность его противо-
стоять изменению реакции как в кислую, так и в щелочную сторо-
ну. При этом видно, что грунт достаточно активно оказывает
буферное воздействие в щелочную сторону. Это обстоятельство име-
ет очень большое значение при укреплении грунта любыми неорга-
ническими вяжущими, в том числе и золами уноса, учитывая, что
для протекания процессов гидролиза и гидратации минералов, со-
ставляющих указанные вяжущие вещества, крайне необходима ще-
лочная среда, перенасыщенная относительно гидратов окиси каль-
100
ция. Только в этом случае будет обеспечиваться в укрепляемом
грунте прочная мозоростойкая кристаллизационная структура.
На рис. 22 представлены результаты, свидетельствующие об из-
менении прочности образцов в водонасыщенном состоянии из су-
Рис. 21. Кривая буферности суглинис-
того грунта
глинистого грунта, укрепленного
различными дозировками золы
уноса (15; 20; 25% по массе сме-
си). При этом зола уноса исполь-
зовалась с содержанием свобод-
ной извести в количестве 6% по
массе золы.
Полученные результаты ука-
зывают на то, что такой укреп-
ленный материал обладает срав-
нительно невысокой прочностью
даже в 150-суточном возрасте
твердения образцов и очень низ-
кой морозостойкостью при дози-
ровках золы уноса 15 и 20% по
массе смеси. С увеличением в
золах уноса содержания свобод-
ной извести до 15 и 25% проч-
ность и морозостойкость сугли-
нистого грунта резко возрастают
в указанные интервалы времени
(рис. 22 и 23). ____	— —
Таким образом, если при
укреплении несцементированных
обломочных грунтов наиболее
эффективно применение зол уноса
с содержанием свободной извести \
до 15%, то при укреплении су-
глинистых грунтов наиболее це-,
лесообразно применение зол уно-'
са с содержанием свободной из-
вести 15% и более по массе золы. 1
При применении зол уноса с
содержанием свободной извести ,
менее 15% наиболее целесообраз-
но для получения нужных проч-
ностных показателей и морозо- !
стойкости укрепляемого суглини-
стого грунта применять дозиров- 
ки золы не менее 25% по массе
смеси. При меньших дозировки
золы уноса и содержании в
них свободной извести менее 15% 1
необходимо изыскивать способы то же +25% золы уноса; 4 — суглинок
позволяющие существенно уве- ) +20% золы унщаао(=2°%)15%); 5-т° же
время твердения образцов, сут
Рис. 22. Изменение прочности сугли-
нистого грунта, укрепленного 15; 20;
25% золы уноса (удельная поверх-
ность 3000 см2/г) при твердении об-
разцов до 150 сут:
101
ИХТ
АМЫ.КС
Рис. 23. Изменение морозостойкости
суглинистого грунта, укрепленного зо-
лой уноса (удельная поверхность
3000 см2/г) в зависимости от дози-
ровки NaOH или Na2SO4 и содержа-
ния в золе свободной извести в 120
суточном возрасте твердения образ-
цов:
1 — суглинок +20% золы уноса (СаО=
=6%)+NaOH; 2 —тоже (СаО=15%) +
+NaOH;3 —тоже (СаО=25%) + NaOH;
4 — суглинок +20% золы уноса (СаО=
=6%) + Na2SO4; 5 — то же (СаО=15%) +
+ NaSO4; 6 — то же (CaO=25%)+Na2SO4
Рис. 24. Изменение морозостойкости
суглинистого грунта, укрепленного зо-
лой уноса (удельная поверхность
3000 см2/г) в зависимости от дози-
ровки СаС12 и содержания в золе
свободной извести при 120 суточном
твердении образцов:
1 — суглинок +20% золы уноса (СаО=
=6%) + СаС12; 2 —то же (СаО=15%) +
+ СаС12; 3— то же (СаО=25%) + СаС12;
4 — суглинок +25% золы уноса (СаО=
=6%) + СаС12
личить прочность и морозостойкость таких укрепленных грун-
тов. В этом направлении также проводились исследования.
Полученные результаты свидетельствуют о весьма эффектив-
ном действии добавки NaOH, которая учитывая буферные свойст-
ва исследуемого грунта, весьма существенно изменяет среду грун-
та в сторону ее щелочности, что на ряду с образованием в поровом
пространстве грунта гидратов окиси кальция (в результате ионного
обмена) способствует получению сравнительно высокой морозо-
стойкости (см. рис. 23).
Эта же зависимость обеспечивается и при укреплении суглини-
стого грунта золами уноса, содержащими 15 и 25% свободной из-
вести. Добавка NaOH весьма эффективна в количестве 1% от мас-
сы сухого грунта.
Достаточно эффективна и добавка сульфата натрия (0,5% от
массы сухого грунта), которая также увеличивает морозостой-
кость суглинистого грунта, укрепленного 20% золы уноса, как и с
содержанием свободной извести в количестве 6; 15 и 25% по массе
золы уноса. Эффективность этой добавки наиболее четко просмат-
102
ривается при укреплении суглинистого грунта, содержащего 6%
свободной извести. С увеличением содержания свободной извести
до 15 и 25% эффективность добавки уменьшается и не проявляется
так заметно.
На рис. 24 представлены результаты, показывающие изменение
морозостойксти суглинистого грунта, укрепленного золой уноса с
удельной поверхностью 3000 см2/г, в зависимости от дозировки хло-
ристого кальция и содержания в золе свободной извести в 120-су-
точном возрасте твердения образцов.
Добавка хлористого кальция весьма эффективна при укреплении
суглинистого грунта золой уноса с содержанием извести 6% по
массе золы. При этом морозостойкость, оцениваемая по пределу
прочности при сжатии водонасыщенных образцов после 15 циклов
замораживания-оттаивания, составляла в 120-суточном возрасте
32 кгс/см2 при добавке СаС12 в количестве 0,75% по массе грунта,
а без добавки морозостойкость такого материала практически была
равна нулю.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОЛ УНОСА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ
АКТИВНОГО КОМПОНЕНТА СМЕШАННОГО ВЯЖУЩЕГО
В СОЧЕТАНИИ С ЦЕМЕНТОМ ИЛИ ИЗВЕСТЬЮ
Исследованиями и опытно-производственным строительством,
выполненными институтом Союздорнии, его Казахским и Омским
филиалами, институтами Гипродорнии, Госдорнии, Белдорнии, а
также Ростовским инженерно-строительным институтом [54, 14]
доказано, что для целей устройства укрепленных конструктивных
слоев дорожных одежд в качестве активного компонента смешанно-
го вяжущего в сочетании с цементом или известью могут быть ис-
пользованы золы уноса сухого отбора тепловых электростанций,
работающих и сжигающих в своих котельных установках твердое
топливо, к которому относятся: бурые угли Подмосковного и Днеп-
ропетровского угольных бассейнов; каменные угли и антрацит До-
нецкого угольного бассейна; каменные угли Львовско-Волынского,
Кузнецкого, Карагандинского и Экибастузского угольных бассейнов.
Указанные выше золы, как правило, не содержат свободную из-
весть, поэтому их применение в качестве самостоятельного вяжуще-
го нецелесообразно.
В Белорусской ССР и центральных областях РСФСР для сжи-
гания применяют торф. Золы уноса после сжигания торфа содер-
жат свободную известь, но в небольших количествах. Удельная по-
верхность таких зол незначительна. Поэтому такие золы целесооб-
разно использовать в сочетании с добавками других вяжущих ве-
ществ.
Практическое использование зол уноса указанных угольных бас-
сейнов для укрепления грунтов в сочетании с цементом или из-
вестью подкреплено соответствующими конкретными разработками
и нормативно-техническими документами [54].
103
RI	AMJEK.J
В настоящее время всем потребителям, в том числе и дорожни-
кам, которые могут использовать такие сухие золы, уноса в сочета-
нии с цементом или известью для укрепления грунтов, Минэнерго
СССР может отпустить около 500—700 тыс. т в год. Указанные
объемы не так значительны, ‘поэтому это одна из причин, которая
пока еще не позволила наладить в СССР широкие производствен-
ные работы по использованию сухих зол уноса ТЭС. Были построе-
ны только опытно-производственные участки дорог в различных
климатических и грунтовых условиях, на которых в качестве кон-
структивных слоев дорожных одежд устроены слои из грунтов, ук-
репленных сухими золами уноса, применяемыми в сочетании с це-
ментом или известью.
В Московской обл. при реконструкции Московской кольцевой
автомобильной дороги (участок Горьковское — Рязанское шоссе)
устроено основание толщиной 17 см из песчаного грунта, укреплен-
ного золой уноса в сочетании с цементом. Такое основание устроено
на дороге, характеризующейся тяжелым и интенсивным движе-
нием.
В Казахской ССР на реконструируемом участке дороги II кате-
гории в качестве слоя основания толщиной 18 см использована гра-
вийно-песчаная смесь, укрепленная известково-зольным вяжущим,
полученным при смешении активированной гидрофобной извести с
каменноугольной золой уноса Алма-Атинской ГРЭС.
В Омской обл. на подъезде к дороге устроено основание дорож-
ной одежды толщиной 16 см из легкого пылеватого суглинка, ук-
репленного золой уноса каменного угля в сочетании с битумом
МГ-70/130.
В Брестской обл. на участке дороги устроено основание дорож-
ной одежды толщиной 16 см из песчаного грунта, укрепленного тор-
фяной золой уноса в сочетании с добавками цемента.
В Ростовской обл. на участке дороги IV категории устроено ос-
нование дорожной одежды толщиной 19 см из песчаного грунта,
укрепленного каменноугольной золой уноса в сочетании с цементом.
На дорогах Украины в Кировоградской и Иваново-Франковской
областях устроены участки дорог с основаниями дорожных одежд
из местных каменных материалов, укрепленных каменноугольными
или буроугольными золами уноса и известью. Толщина слоев ос-
нований составляет 16—18 см в зависимости от категории дороги и
других слоев дорожных одежд.
В общей сложности в различных районах СССР на дорогах
с различными климатическими и грунтовыми условиями построено
и апробировано в практике дорожного строительства около 50—
70 км участков дорог с использованием зол уноса в сочетании с це-
ментом или известью. В основном укрепляли несвязные грунты и
только в одном случае (в Омской обл.) связные — легкосуглини-
стые.
В качестве несвязных грунтов применялись разнозернистые, мел-
козернистые одноразмерные пески, различные местные малопроч-
ные каменные материалы.
104
В зависимости от требований, предъявляемых к укрепленным
слоям оснований и виду укрепляемых грунтов, в опытно-производ-
ственном строительстве использовались следующие составы смесей.
В Московской обл. при реконструкции МКАД для устройства
укрепленного основания использовалась смесь из среднезернистого
песка, укрепленного 15% каменноугольной золы уноса в сочетании
с 7% цемента.
Результаты прочностных показателей и морозостойкости образ-
цов, приготовленных из смесей, непосредственно отобранных с
опытного участка, приведены ниже.
Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов, кгс/см2,
твердевших:
7 сут........................................................ 36
28	» ........................................................ 71
60	» ....................................................... 120
120	»....................................................... 140
Предел прочности водонасыщенных образцов после 15 циклов замо-
раживания-оттаивания, кгс/см2:
Ris............................................................ 68
R120.......................................................... 138
Предел прочности образцов при изгибе, кгс/см2:
R2s............................................................ 23
Rl20............................................................ 37
Полученные результаты свидетельствуют о высоких прочност-
ных показателях и морозостойкости укрепленного грунта в основа-
нии дорожной одежды.
В Казахской ССР на реконструируемом участке дороги для уст-
ройства основания использовалась гравийно-песчаная смесь, укреп-
ленная 25% известково-зольного вяжущего марки 125. При этом
расход золы составлял 20%, а расход активированной гидрофобной
извести 5% по массе смеси.
В Омской обл. для устройства основания использовалась смесь
из легкого суглинистого пылеватого грунта, укрепленного 20% зо-
лы уноса каменного угля в сочетании с 8% битума марки МГ-70/130.
Физико-механические показатели укрепленного грунта приведены
в табл. 26.
Результаты испытания образцов из производственных и лабо-
раторных смесей показали, что введение золы уноса в грунт при
укреплении его битумом повышает показатели физико-механических
свойств укрепленного грунта.
В Брестской обл. для устройства укрепленного основания ис-
пользовалась смесь из мелкого песчаного грунта, укрепленного
25% торфяной золы уноса в сочетании с 4—6% цемента.
В Ростовской обл. на дороге IV категории для устройства укреп-
ленного основания использовалась смесь мелкого песчаного грунта,
укрепленного 20% золы уноса каменного угля в сочетании с 5% це-
мента. В табл. 27 приведены модули упругости конструктивных
слоев дорожных одежд этой дороги [22].
Анализ результатов полевых испытаний конструкции дорожной
одежды участка дороги в Ростовской обл. свидетельствует о том,
105
K.V JUL AMJEK.R'C
что с течением времени укрепленное основание с использованием
золы уноса набирает прочность.
На дорогах Украины, в Кировоградской и Ивано-Франковской
обл. для устройства укрепленных дорожных оснований использова-
лись гравийные смеси, дресва, природный и искусственный песок,
несвязные грунты других видов. Суммарный расход извести и зо-
лы, необходимый для их укрепления, колебался в пределах 10—
30 % • Соотношение между известью и золой в таких смесях должно
составлять от 1 : 9 до 3 : 7.
Сведения о свойствах таких смесей, определенных на лаборатор-
ных образцах и путем испытания дорожных одежд, приведены в
Таблица 26
Показатели	Грунт 80%+зола 20%4-битум 8%		Грунт 100%-рбитум 7%	
	Лаборатор- ная смесь	Производ- ственная смесь	Лаборатор- ная смесь	Производ- ственная смесь
Предел прочности при сжатии сухих	23,5	16,2	18,25	11,4
образцов при температуре 20° С, кгс/см2	21,4	15,3	19,20	12,24
То же, при температуре 50° С, кгс/см2	15,9	12,3	14,10	10,5
	19,4	14,05	12,85	10,76
Предел прочности при сжатии водо-	5,5	1,6	4,6	0
насыщенных образцов при температуре 20° С, кгс/см2	9,11	2,28	6,30	1,28
Набухание, %	7,0	12,8	6,7	25,4
	3,0	10,99	3,6	15,7
Коэффициент уплотнения	1,0	.0,95	1,0	0,95
Примечание. В числителе приведены показатели свойств для
ных после 7-суточного хранения, в знаменателе — после 28-суточного.
образцов, испытан-
Таблица 27
Наименование конструктив- ных слоев	Толщина слоя, см	Динамические модули упругости, кгс/смя				
		Осень 1970 г.	Весна 1971 г.	Осень 1971 г.	Несна 1972 г.	Осень 1972 г.
Битумоминеральная смесь	5	26 800	26900	26 800	26000	27000
Щебень	10	3040	2980	3000	2 970	3 000
Песок, укрепленный 20% золы уноса в соче- тании с 5% цемента	19	2 900	3200	5800	3 600	3 900
Земляное полотно		820	580	800	600	780
Конструкция в целом (средний динамический модуль упругости)		2 400	2 000	2 500	2100	2 500
106
Таблица 28
Материал	Предел прочности,кгс/ем2, при		Модуль упругости, тыс.кгс/см2
	сжатии	изгибе	
Песок	35—55	10—20	10—20
Гранитные высевки	50—80	15—30	15—35
Гравий	30—60	8—15	10—20
Щебень	50—70	10—20	15-25
Примечание. Песок, гранитные высевки, гравий и щебень были укреплены 20%
золы н 5% извести.
табл. 28. Из табл. 28 видно, что укрепленные золой уноса и из-
вестью основания из щебня, дресвы, гравия или песка не только не
уступают по прочности равным по толщине основаниям из гранит-
ного щебня, но и, как правило, превосходят их.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что в настоящее
время явно назрела необходимость (подкрепленная результатами
исследований и опытно-производственным строительством) по су-
щественному расширению объемов строительства участков дорог
с использованием зол уноса, применяемых в сочетании с цементом,
известью и битумом.
Особенный интерес вызывают исследования по укреплению пес-
чаных и супесчаных грунтов, укрепленных жидким битумом, с до-
бавкой золы уноса для условий Западной Сибири. Такие грунты,
, укрепленные одним жидким битумом, характеризуются крупнопо-
ровой структурой, недостаточными сдвигоустойчивостью и проч-
ностью в водонасыщенном и сухом состояниях.
Известно, что при укреплении несвязных грунтов неоптимально-
го гранулометрического состава рекомендуется введение добавок
дисперсных веществ. Это позволяет улучшить поровую структуру,
прочность, водо- и сдвигоустойчивость укрепленного грунта. С этой
целью в супесчаные грунты вводили добавку золы уноса, характе-
ризующуюся большой удельной поверхностью.
Результаты исследования показывают, что добавка золы уноса
(19—20% от массы сухой смеси) повышает прочность бнтумогрун-
та в сухом и водонасыщенном состояниях в 1,5—3 раза (табл. 29).
Добавка неактивной тонкодисперсной золы в количестве 19—
20% к супесчаному грунту (число пластичности менее 3), ранее не-
пригодному для укрепления, позволила получить материал, отве-
чающий требованиям, предъявляемым к укрепленным грунтам. Оп-
тимальный расход жидкого битума составлял 7—8% по массе
смеси.
Для улучшения свойств суглинистых и глинистых грунтов, ук-
репленных жидким битумом, применяли добавки неактивной золы
уноса с различной удельной поверхностью. Введение неактивной
золы уноса в глинистый грунт в количестве 25—30% от массы сухо-
К107
АМЕЯ.Ы
Таблица 29
Показатели	Состав битумогрунта			
	Грунт 100%+ +битум 7%	Грунт 81%+ + зола 19%+ +битум 8%	Грунт 100%+ +битум 6%	Грунт 80%+ +зола 20%+ +битум 7%
Предел прочности при	3,0	8,6	8,3	10,1
сжатии сухих образцов при 20° С, кгс/см2 То же, при 50° С, кгс/см2	2,4	7,4	6,6	9,9
Предел прочности при	2,0	6,3	4,2	6,9
сжатии водонасыщенных образцов при 20° С, кгс/см2 Водонасыщение, %			6,6				
Набухание по объему, %	0,7	0,67	0,9	0,7
го грунта и укрепление его 9—10% жидкого битума позволили полу-
чить прочный и водоустойчивый дорожно-строительный материал.
Прочность при сжатии водонасыщенных образцов битумогрун-
та с добавкой золы уноса в 4 раза выше прочности таких же образ-
цов из грунта, обогащенного 30% песка (табл. 30).
Очевидно, улучшение свойств глинистого грунта, укрепленного
жидким битумом в комплексе с добавкой золы уноса, происходит
за счет увеличения удельной поверхности глинистых агрегатов по
площади контакта их с битумом. При введении 20—30% золы во
влажный грунт она тонким слоем равномерно распределяется на
поверхности грунтовых агрегатов, в некоторой степени активируя их
за счет содержания Са(ОН)2 и SiO2. При введении такого же коли-
чества песка не происходит этого явления. Песок остается в смеси
отдельно от глинистых агрегатов.
При увеличении удельной поверхности глинистого грунта и не-
которой ее активации повышается интенсивность образования хемо-
сорбционных связей, обеспечивающих повышение водо-, теплоус-
тойчивости и прочности битумогрунта.
Положительное действие золы уноса на свойства битумогрунта
проявляется во времени. Увеличение прочности битумогрунта с до-
бавкой золы уноса продолжается в течение первых 2—3 мес, в даль-
нейшем рост прочности прекращается. В первые 7 сут битумогрунт
с добавкой золы уноса обладает прочностью в 2—3 раза большей,
чем битумогрунт без добавки золы.
На основе проведенных исследований разработаны показатели
физико-механических свойств грунтов, укрепленных золами уноса в
сочетании с жидким битумом (табл. 31).
Для условий Казахстана разрабатывались составы смесей на ос-
нове укрепления песка, песчано-гравийных смесей и других мате-
риалов известково-зольным вяжущим. При укреплении их извест-
ково-зольным вяжущим марки 75 и расходе вяжущего 20—30%
можно получить материал не выше III класса прочности, главным
образом при использовании песчаного грунта. При укреплении таких
108
Таблица 30
Глина Глина 70%+зола	70%+зола уноса 30%	из отвала 30%		ЕитУЧ. %	Битум, %		!	I 01	Ю	со	04	—	~	04	О0	QO LQ	-	—.	-	~	-	-	- сТ	12	о, о - - - 04	— СЧ	—О tF 04 Ю Ь- ''F	О	Q0 о О	—<	О	—< •—•	•—<
			о	Ch	—• to	со	О со — О Ь' СО	Ch	СО С£) О —• —< —<
			со	СМ	—-	05	ОЗ	Я	—.	О	S СО	—•	Ch	СО	О	—«	—. •—«	•—а
Глина 70% +песок 30%		Битум., %	о	04	00	Ю	tF	04	b-	Ю	О —	»О	со	00	О	—<	СО	оГ
			о	xF	С£> 04	Ю	tF	Ь-	—-	СО	О О —<	00	Ю	Ch	О	—-	04
			СО	СО	Ю	Ь- b-a	CD Ch	—«	JQ о О —	00	to оэ о	—	г- 04
•S 2 ч <и я R М О Е S ч U и	75%+зола уноса 25% |	Битум, %	со	to	04 GO	Ch 04	Ю	CO О CO О	Г"- to	CO	to to О	О —
			Г-	IO 1O	СЭ b-	04	—< Ch co —-	О	r- to	CO	tFtFO—
			о	CO	QO to	co	Ю	04	—'Ob- TF	г-.	to	о	—.	—	—
Суглинок тяжелый	75%+иесок 25%	Битум, %	со	co О	Ch tF CO co	— CO	Ch	CO CO О	—•	CO 04
			t-	QO lO 04	04	b-	GO	04	О	04	— CO	—'	О	IO	о	—	Г~	O1
			СО	to b-	to —*	~	О	ch	04	О	QO	о CO	04	04	CO	о	—	b-	04
Показатели				Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов при 20° С после 7-суточного хранения, кгс/см2 Предел прочности при сжатии сухих образцов при 20° С после 7-суточного хранения, кгс/см2 То же, при 50° С, кгс/см2 Набухание по объему, % Коэффициент водостойкости Коэффициент теплостойкости Оптимальная влажность, г/см3 Максимальная плотность, г/см3
К 109 "
AMEI.KV
Таблица 31
Показатели	Расчетные значения модулей упругости, кгс/см®, в зависимости от класса прочности		
	3000—6000	2000—3000	800-2000
	I—п	II	III
Предел прочности при сжатии сухих	20	12	8
образцов при температуре 20° С, кгс/см2, не менее	32	22	—
То же, при температуре 50° С, кгс/см2,	15	8	5
			
не менее	22	12	—
Предел прочности при сжатии водона-	12	8	4
сыщенных образцов при температуре 20° С, кгс/см2, не менее	20	12	—
Капиллярное водонасыщение по объ- ему, %, не более Набухание по объему, %, не более	2	3	5
	2	3	6
Влажность при перемешивании и уп-	Не должна	отличаться от оптималь-	
лотнении, %	ной	более чем на	2%
Коэффициент уплотнения, не менее	0,98	0,98	0,95
Примечания. I. В числителе даиы показатели 7-суточного хранения, в знамена-
теле — 30-суточного.
2. Значения модулей упругости для укрепленных грунтов приняты на основе анализа
действующих нормативных документов.
грунтов известково-зольным вяжущим марки 100—125 можно по-
лучать материал не выше II класса прочности. При этом оптималь-
ный расход вяжущего составляет 15—20%.
Схватывание известково-зольного вяжущего является медлен-
ным процессом и происходит от 1 до 2,5 сут в зависимости от гид-
равлической активности золы. Чем активнее зола, тем быстрее про-
исходит схватывание, и наоборот. Медленное схватывание известко-
во-зольного вяжущего позволяет производить работы по увлажне-
нию, перемешиванию и уплотнению в период до 2,5 сут.
Для целого ряда районов и областей РСФСР разрабатывались
составы смесей на основе различных грунтов, укрепленных золами
уноса в сочетании с цементом или известью. В табл. 32 приведены
примерные рекомендуемые составы смесей для производственного
строительства.
При проведении исследований для условий Белорусской ССР
было установлено, что наибольший эффект в группе пизкокальцие-
вых зол получен при укреплении супеси пылеватой циклонной зо-
лой Витебской ТЭЦ в сочетании с цементом. Это обеспечивается
благоприятным сочетанием кислого грунта и золы, содержащей
7% свободной СаО.
Хорошие результаты получены при укреплении песчано-гравий-
ной смеси 20% пинской циклонной золы в сочетании с 3 и 7% це-
мента.
110
Таблица 32
Прочность золоцементогравийных образцов в 2—2,5 раза выше
прочности цементогравийных образцов, приготовленных с 3 и 7%
и составляет в возрасте 28; 90 и 120 сут соответственно 21 и 27; 30
и 33; 45 и 50 кгс/см2. Такие материалы соответствуют II и 1 классам
прочности. В данном случае зола в смеси с цементом выступает в
роли малоактивной гидравлической и гранулометрической добавки,
что способствует созданию более плотной смеси.
Результатом этого являются повышенные прочность и морозо-
стойкость, а также относительно невысокое водонасыщение. Еще
больший положительный эффект (как и во всех предыдущих слу-
чаях) наблюдается при укреплении супеси пылеватой пинской цик-
лонной золой в сочетании с цементом. Так, введение би 10% цемен-
та в зологрунт на основе супеси пылеватой (25% пинской золы)
повышает прочность материала по сравнению с цементогрунтом
(10% цемента) соответственно на 15—20 и 100%. Материал моро-
зостоек: коэффициент морозостойкости близок или более 1. Таким
образом, циклонную золу Пинской ТЭЦ сухого отбора целесооб-
разно применять для укрепления мелкого одномерного песка, супе-
си пылеватой и песчано-гравийной смеси в сочетании с 3—7% це-
мента.
Для условий Украины проводились исследования в направлении
разработки составов смесей с использованием зол уноса, применя-
емых в сочетании с известью главным образом для устройства до-
рожных оснований [11]. При проведении исследований использова-
лись зола уноса Ясниноватской ТЭЦ с удельной поверхностью
5350 см2/г и из весть-пушонка.
Суммарное содержание извести и золы в укрепленных смесях
колебалось от 10 до 30%, а соотношение между известью и золой
было равным 1 :4. Для ускорения твердения смесей в них в ряде
случаев вводился хлористый кальций в размере 2,5% от количества
золы и извести.
Прочность смесей, укрепленных известково-зольным вяжущим,
приведена в табл. 33.
Таблица 33
Укрепляемый материал	Предел прочности при сжатии, кгс/см2, при расходе вяжушего состава, %				
	10	15	20	25	30
Гравий	14	21	27	33	33
	26	39	51	47	46
Щебень	28	33	39	36	34
	47	53	54	53	48
Примечание. В числителе дана прочность образцов после 28-суточного твердения.,
в знаменателе — после 90-суточного.
112
Из табл. 34 видно, что 20—25% известково-зольного вяжущего
обеспечивает укрепляемому материалу (гравию или щебню) пока-
затели прочности, соответствующие первому классу прочности.
Дорожные одежды со слоями оснований из крупнообломочных
местных каменных материалов, укрепленных известково-зольными
вяжущими составами, в настоящее время применяются при строи-
тельстве дорог в УССР.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ЗОЛ УНОСА
Учитывая особенности состава и свойств различных зол уноса и
кинетику их твердения в зависимости от применяемых добавок
вяжущих или других веществ, в Союздорнии были проведены ис-
следования: возможных разрывов во времени между процессом
увлажнения смеси до оптимальной влажности и окончательным ее
уплотнением; возможности сокращения работы уплотняющих
средств при уплотнении грунтов, укрепленных золами уноса. Для
исследований использовалась электрофильтровая зола уноса горю-
чих сланцев с удельной поверхностью 3000 см2/г и содержанием сво-
бодной извести 7%.
Поскольку содержание свободной извести в золах уноса горю-
чих сланцев колеблется до 30% и более, для исследований искусст-
венно создавались две разновидности золы с содержанием свобод-
ной извести 15 и 25%.
Для исследований также использовалась электрофильтровая
зола уноса с удельной поверхностью 4100 см2/г и содержанием сво-
бодной извести 9%, на основе этой золы готовились также золы с
содержанием свободной извести 15 и 25%.
Подвергались исследованию и золы уноса бурого угля с удель-
ной поверхностью 2800 см2/г, а также золы уноса от сжигания тор-
фа с удельной поверхностью 2100; 5000 и 7500 см2/г, зола уноса от
сжигания каменного угля с удельной поверхностью 1600 см2/г
и зола уноса горючих сланцев с удельной поверхностью 1600 см2/г
и свободной известью в количестве 14%.
Укреплению подвергался мелкий одноразмерный песок, име-
ющий значительную открытую пористость, при укреплении которого
требуется, как правило, высокая дозировка цемента (10—14% по
массе смеси). Зола уноса вводилась в количестве 20—25% по мас-
се смеси без или в сочетании с 5% цемента. При этом в некоторые
смеси вводилась добавка хлористого кальция в оптимальных коли-
чествах.
В табл. 34 приведены данные об изменении пластичного состоя-
ния смесей, оцениваемого по срокам начала и конца схватывания
песчаного грунта, укрепленного 25% золы уноса с удельной поверх-
ностью 3000 и 4100 см2/г и содержанием свободной извести от 7 до
25%. Результаты показывают, что в зависимости от удельной по-
верхности золы и содержания свободной извести существенно из-
К113
АМЕМ
меняются сроки начала и конца схватывания смеси из укрепленного
золой уноса грунта. При одной и той же удельной поверхности золы,
но с различным содержанием извести существенно меняются сроки
схватывания укрепленных смесей. Например, если при 7%-ном со-
держании свободной извести время конца схватывания смеси со-
ставляло 26 ч 30 мин, то при 25 %-ном содержании извести время
конца схватывания составляло уже 17 ч 35 мин.
С увеличением удельной поверхности золы уноса сроки схваты-
вания также существенно сокращаются. Например, при удельной
поверхности золы уноса 4100 см2/г и содержании свободной извести
9% время конца схватывания составляло 22 ч 10 мин; с увеличением
содержания извести до 25% время конца схватывания уменьшает-
ся до 7 ч 25 мин.
Существенно уменьшаются сроки схватывания при введении в
указанные выше смеси добавок хлористого кальция в количестве
5% по массе золы. В табл. 35 приведены данные об изменении ука-
занных показателей для смесей из песчаного грунта, укрепленного
25% золы уноса с удельной поверхностью 3000 и 4100 см2/г, содер-
жанием свободной извести от 7 до 25% и введением в смеси 5%
СаС1г- Полученные результаты свидетельствуют о том, что добавка
СаС1г особенно существенно уменьшает сроки схватывания смесей
с высоким содержанием извести и высокой удельной поверхностью
золы уноса.
Таблица 34
	Количество воды, необхо- димое для нормальной густоты теста, %	Сроки схватывания теста, ч	
X			
			
Состав смесей		Начало	Коней
			
Зола уноса (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=7%) Зола уноса (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=15%) Зола уноса (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=25%) Зола уноса (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=9%) Зола уноса (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=15%) Зола уиоса (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=25%)	31,0 34,0 39,0 30,5 35,5 43,0	—	—
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=7 %)	16,5	20 ч 15 мин	26 ч 30 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=15%)	15,75	16 ч 55 мин	20 ч 41 мин
Песок -|- зола уноса 25% (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=9%)	15,0	17 ч 10 мин	22 ч 10 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=15%)	16,0	11 ч 00 мин	14 ч 20 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=25%)	17,5	3 ч 40 мин	7 ч 25 мин
114
Таблица 35
Состав смеси	Количество воды, необхо- димое для нор- мальной гус- тоты теста, %	Сроки схватывания теста, ч	
		Начало	Конец
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=7%)+5% СаС12	11,50	4 ч 15 мин	21 ч 36 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=15%) + +5% СаС12	11,15	3 ч 00 мин	8 ч 00 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 3000 см2/г, СаО=25%) + +5% СаС12	12,10	2 ч 40 мин	7 ч 10 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=9%) +5% СаС12	11,10	2 ч 50 мин	6 ч 45 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=15%) + +5% СаС12	12,45	2 ч 05 мин	6 ч 23 мин
Песок + зола уноса 25% (удельная поверхность 4100 см2/г, СаО=25%) + +5% СаС12	13,75	1 ч 25 мин	6 ч 13 мин
Таким образом, при изучении данных табл. 34 и 35 очевидно
влияние количественного состава свободной извести в золе, удель-
ной поверхности золы и добавок хлористого кальция на пластичное
состояние зольногрунтовых смесей. При этом некоторые из указан-
ных смесей, например смесь, состоящая из песка, укрепленного
25% золы уноса с удельной поверхностью 3000 см2/г и содержанием
свободной извести 7%, практически в течение 24 ч не меняет свои
реологические и другие свойства.
Косвенная оценка свойств приготовленной смеси по пределу
прочности образцов и морозостойкости приведена в табл. 36. Пока-
затели, характеризующие состояние смеси, выдержанной при оп-
тимальной влажности в условиях влажного хранения в течение 2; 4;
6; 8; 10; 12; 16; 18; 20; 24 ч практически не изменяются и находятся
в пределах точности определения. Таким образом, укрепленная
смесь практически до 24 ч не меняет свои реологические и другие
свойства. Полученные результаты указывают на то, что на произ-
водстве можно начинать уплотнение смесей даже через 14—16 ч и
позже после увлажнения их до оптимальной влажности при условии
обеспечения в течение этого времени оптимальной влажности смеси.
Исследования, аналогичные указанным выше, были проведены
также применительно для зол уноса, полученных при сжигании раз-
личных видов твердого топлива.
В табл. 37 приведены данные об изменении сроков начала и кон-
ца схватывания смесей из песчаного грунта, укрепленного 25% зол
уноса различных видов твердого топлива в сочетании с 3% цемен-
К115
AMEI.KC
Таблица 36
116
Таблица 37
Состав смесей
Количество
воды, необхо-
димое для нор-
мальной гус-
тоты теста,
%
Сроки схватывания
теста, ч
Начало	Конец
Песок + 25%' золы уноса бурого угля
(удельная поверхность 2800 см2/г) +
+ 3% цемента
Песок + 25% торфяной золы уноса
(удельная поверхность 2100 см2/г) +
+ 3% цемента
Песок + 25% торфяной золы уноса
(удельная поверхность 5000 см2/г) +
+ 3% цемента
Песок + 25% торфяной золы уноса
(удельная поверхность 7500 см2/г) +
+ 3% цемента
Песок + 25% золы уноса каменного
угля (удельная поверхность 1600 см2/г) +
+ 3% цемента
Песок + 25% золы уноса горючих
сланцев (удельная поверхность
1600 см2/г) + 3% цемента
21,6	3 ч 45 мин	8 ч 30 мин
32,0	3 ч 10 мин	20 ч 15 мин
24,75	4 ч 35 мин	13 ч 25 мин
26,6	4 ч 20 мин	13 ч 00 мин
33,4	4 ч 45 мин	17 ч 10 мин
19,0	7 ч 45 мин	22 ч 00 мин
та. Результаты свидетельствуют о том, что эти сроки для смесей.из
грунтов, укрепленных золами уноса в сочетании с цементом, зави-
сят от минерального состава золы, а следовательно и от вида сжи-
гаемого топлива и удельной поверхности золы уноса.
Для изучения влияния разрыва во времени между моментом
приготовления смеси (выдерживанием при оптимальной влажности
во влажных условиях) и ее уплотнением (т. е. формованием об-
разцов) была принята смесь из песка, укрепленного золой уноса
бурого угля (с удельной поверхностью 2800 см2/г) в сочетании с 5%
цемента.
Косвенная оценка свойств приготовленной смеси по пределу
прочности образцов при сжатии в водонасыщенном состоянии и мо-
розостойкости, количество химически связанной воды, определен-
ное в разное время, приведены в табл. 38. Из табл. 38 видно, что
практически до 12 ч включительно смесь не меняет свои реологиче-
ские и другие свойства. Изучение результатов прочностных показа-
телей, морозостойкости, количества химически связанной воды в
указанном интервале времени (до 12 ч включительно) указывает на
то, что данные показатели практически не отличаются друг от дру-
га порядком полученных цифр. Уже начиная с 16 ч выдерживания
смеси во влажных условиях порядок цифр, характеризующих те или
иные показатели, существенно уменьшается. В этом случае падают
прочность и морозостойкость укрепленного материала.
Таким образом, можно полагать, что разрыв во времени между
моментом увлажнения смеси до оптимальной влажности и ее окон-
чательным уплотнением составит не менее 12 ч.
К! 17
АМЕЖ.КС
4
Таблица 38
s о <u S	образцов ВИЯХ, сут	о со	ю	—	—	о^юо	—	о rF	-Ф	LO -Ф	Ю О »О СО	™	О СОСОСОСОСОСОСОСОСОСО
, от массы с	te хранения 1ажиых уело	со СМ	— OOIOCCCOIO — см со см со см	ю оо сОсОсОсОсОсОсОсОсОсО
пода,	о а © Е О СО	Г-	Г-ОСООООЮСМООО СМСОСОСОСОСОСОСОСОСО
Связанная	после выдержива- ния смеси при оптимальной влаж- ности во влажных условиях до 24 ч		г-ооюсоосм,см-^см СО	Г-	СО	СО	Г-	Г-	—	СО J	J?	J	J	—’	J	со	о: л о:
ихэояиохэоеоёои хнэипиффеоя			Г^ОООСМСО — Г^Г-Ю ООООООООООГ-Г-Г- 000-000000
тии водонасыщеи- кгс/см2	после испытания на заморажива- ние-оттаивание и твердения во влажных условиях, 28 сут		оооооооооо СО	«О lO -rF Г- b- СО СО LQ сосчсчсчсчсч —	—	—	—
сти при ежа с образцов,	во влаж- х, сут	о со	or- оооооооо ^гсооосоооосоооо ^F^FCOCOCOCOC4COCOCO
О т? S 2 у = О Е	= = № я <у о < ч	СО ем	оооооооооо т*	СО 1-0	ОС —	—	— О еосчсчсчсчсчсчсчсмсч
Предо;	после Т1 ных 		Г-	СОЮООООООООСФ СМ	О	О	—	—	со	со со	со V—<	•—<	•—<	—•	»—’	»—’
яопевйро иэинвяоийоф radau чхэонжшгя			СООСЧОООООСЧ^ ООООООГ-ОСОО
1 -ийи	% ‘ВИНЭ1ГЯ01ОЛ ЭЭ Э1ГЭО11 НЭЭИЭ ЧХЭОНЖЕГН		—.r-O’^Oh-CO — too —Го—•	о	о	—	о	о	о о —« —« —<	—«	—«	—	•—*	—• —
ХВИЯСПГЭЛ Х1ЯИ -ЖЕ1ГЯ ОЯ ИЭЭИЭ эинвяижйагнд			см	со СО О	СМ	О	СО	О —	—	—	—	см	см
	Состав смеси		Песок +25% зо- лы уноса (бурого угля (удельная по- верхность 2800 см2/г) +5% цемента
118
Рис. 25. Изменение объемной массы
скелета смесей при уплотнении:
/ — песок +10% цемента; 2 — песок +25%
золы уноса бурого угля (удельная поверх-
ность 2800 см2/г); 3 — песок +25% золы
уноса горючих сланцев (удельная поверх-
ность 2500 см2/г); 4 —песок +25% золы
уноса Экнбастуза (удельная поверхность
1600 см2/г); 5 — песок +25% золы уноса от
сжигания торфа (удельная поверхность
2100 см2/г); 6 — песок +25% золы уноса
от сжигания торфа (удельная поверхность
5500 см2/г); 7 — песок +20% золы уноса
горючих сланцев (удельная поверхность
2100 см2/г); if— песок +10% цемента; 9—
песчано-гравнйная смесь +20% золы уноса
горючих сланцев (удельная поверхность
2100 см2/г)
Учитывая, что данная смесь имеет по сравнению с другими сме-
сями (см. табл. 37) время конца схватывания меньшее, чем у дру-
гих смесей, очевидно принятый разрыв во времени 12 ч будет также
справедлив и для других смесей, приготовленных из грунтов, ук-
репленных золами уноса различных видов твердого топлива в со-
четании с 3—5% цемента.
Важной особенностью грунтов, укрепленных золами уноса, яв-
ляется высокая дозировка зол уноса (20—25% по массе смеси) по
сравнению с обычными методами укрепления грунтов цементом. Со-
четание высоких дозировок золы уноса с укрепляемыми грунтами
позволяет рассматривать такие смеси как достаточно плотные с
небольшой открытой пористостью. Очевидно, и работа по уплотне-
нию таких смесей будет несколько меньшей, чем при уплотнении
грунтов, укрепленных цементом. Это было проверено в лаборатор-
ных условиях при уплотнении различных смесей из песчаного грун-
та с добавками 25% зол уноса различных видов твердого топлива.
На рис. 25 приведены результаты, показывающие определенную
зависимость плотности и влажности смесей от различного количе-
ства ударов стандартной гири с определенной высоты на приборе
стандартного уплотнения. Плотность некоторых смесей из песка с
добавками золы уноса уже после 10 ударов гири приближается к
максимальной стандартной плотности, в то время как плотность
песчаного грунта с добавкой 10% цемента после 10 ударов меньше,
чем максимальная стандартная плотность этого материала.
Приведенные исследования позволили сделать важные выводы
для разработки оптимальной технологии производства работ по
устройству дорожных оснований и облегченных покрытий из грун-
тов, укрепленных золами уноса без или в сочетании с цементом. ?
Установлено, что разрыв во времени между увлажнением смеси S
до оптимальной влажности и окончательным уплотнением может \
составлять для различных зол уноса 10—14 ч и более в зависимости 7
119 (
К ТС ЛЯк АМЕК.КЮ
С от вида золы, используемой как самостоятельное вяжущее или в со-
) четании с небольшими добавками цемента.
( Работа по уплотнению смесей из грунтов, укрепленных золами
уноса, должна существенно уменьшаться по сравнению с работой,
1 которая необходима для уплотнения до требуемой плотности грун-
[ тов, укрепленных одним цементом, даже взятым в оптимальных ко-
, личествах.
 Проведенные исследования получили проверку в опытно-произ-
водственном строительстве. Результаты работ подтвердили науч-
ные представления, развиваемые в Союздорнии и в других органи-
зациях о том, что сухие золы уноса горючих сланцев, применяемые
для укрепления различных несцементированных обломочных и пес-
чаных грунтов, являются медленнотвердеющими вяжущими веще-
ствами. Медленное твердение зольного вяжущего в укрепляемых
смесях позволяет расширить во времени технологический разрыв
между процессом увлажнения смеси и ее окончательным уплотне-
нием.
Для уточнения оптимальных разрывов во времени между увлаж-
нением смеси и ее окончательным уплотнением, а также уточнения
времени и работы при уплотнении укрепленных оснований, были
проведены опытные работы.
На дороге, построенной в Латвийской ССР, относящейся к
III категории, с конструкцией дорожной одежды из двухслойного
асфальтобетона (й=7,5 см), уложенного на слой из укрепленного
золой уноса грунта толщиной 18 см, был заложен ряд участков с со-
ставами:
Песчано-гравийная смесь + 20% золы уноса..................... 200	м
Песок + 20%	золы	уноса...................................... 400	м
Песок + 20%	золы	уноса + 5%	СаС12........................... 400	м
Песок + 25%	золы	уноса...................................... 700	м
Песок + 25%	золы	уноса + 5% СаС12........................... 100	м
Песок + 10% цемента.......................................... 120	м
Песок + 30% золы уноса........................................ 80	м
Укреплению золой уноса подвергался мелкий одномерный квар-
цевый песок.
Технология производства работ и последовательность техноло-
гических процессов были приняты такими же, как и при стандарт-
ных способах производства работ. Перемешивание смеси песчаного
грунта с золой уноса, в том числе и увлажненной, осуществляли до
тех пор, пока не достигали равномерности распределения компонен-
тов смеси в обрабатываемом слое.
Образцы, полученные из производственных смесей, испытывали
в различные сроки твердения. Результаты испытания образцов при-
ведены в табл. 39.
Для уточнения соответствующих разрывов во времени между
процессом увлажнения смеси и ее окончательным уплотнением об-
разцы формовали из смеси, которая 18 ч находилась на дороге с
момента ее увлажнения, после чего определяли предел прочности
120
Таблица 39
Состав смеси	Предел прочности при сжатии водонасышей- ных образцов, кгс см2, в возрасте, сут			
	15	28	60 .	120
Песчано-гравийная смесь 4- 20% золы уноса	4,8	9,0	—	—
Песок + 20% золы уноса	2,5	4,4	17,1	28,5
Песок + 20% золы уноса + 5% СаС12	9,9	15,8	—	—
Песок + 20% золы уноса + 5% СаС1г	12,1	21,8	33,0	39,2
Песок + 25% золы уноса Песок + 10% цемента	5,2 24,7	9,4 35,3	15,6	26,1
Таблица 40
Предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов,
кгс/сма, в возрасте, сут
Состав смеси
15	28	60	120	15	28	60	120
Формование сразу после
приготовления смеси
Формование после 18 ч
выдерживания смеси
Песок +25%. золы уно-
са +5% СаС12
Песок +25% золы уно-
са
Песок +10% цемента
12,1 21,8
5,2	9,4
24,7 35,3
33,0 39,2
15,6 26,1
11,5 20,5
6,2 11,4
18,3 25,4
при сжатии образцов и сравнивали его с прочностью образцов, при-
готовленных сразу же после увлажнения смеси.
Как видно из табл. 40, прочность водонасыщенных образцов,
приготовленных сразу же после увлажнения смеси, и прочность об-
разцов, приготовленных после 18 ч выдерживания смеси на дороге
без уплотнения, мало отличаются, что свидетельствует о том, что
при применении зол уноса горючих сланцев сухого улавливания в
качестве самостоятельного вяжущего при укреплении песчаных, а
также и других видов несцементированных грунтов возможно уве-
личение длительности технологического разрыва между процессом
увлажнения смеси и ее окончательным уплотнением.
Уплотнение смеси производили самоходным катком на пневма-
тических шинах массой 14 т, при этом фиксировали изменение плот-
ности укрепляемой смеси в зависимости от числа проходов катка ,
по одному следу. Уплотнение производили до плотности, соответст-
вующей максимальной стандартной (1,85 г/см3), полученной в ла- (
боратории в соответствии с установленными требованиями.
При уплотнении сравнительно одномерного песчаного грунта,
укрепленного золой уноса до плотности, соответствующей стандарт-
121
ной, необходимо сделать 8—10 проходов по одному следу катка мас-
сой не менее 14 т.
Таким образом, при уплотнении плотных смесей из грунтов, ук-
репленных золами уноса, взятых в количествах 20—25% по массе
смеси, существенно уменьшается время и работа катков по уплот-
нению по сравнению с аналогичными грунтами, укрепленными оп-
тимальными дозировками цемента (10—14%).
На другой дороге с конструкцией дорожной одежды из однослой-
ного асфальтобетона (Л—5 см), уложенного на слой из укреплен-
ного золой уноса грунта толщиной 15 см был заложен ряд участков
с составами: грунт+20% золы уноса, грунт+20% золы уноса + 5%
СаС1г. Укреплению подвергалась песчано-гравийная смесь.
Изучение прочности водонасыщенных образцов, приготовленных
из смесей, отобранных сразу же после их приготовления, и смесей
после выдерживания их на дороге во влажном состоянии в течение
18 ч, показало, что прочность образцов была примерно одинаковой
после 90 сут твердения (22—24 кгс/см2).
Результаты эти свидетельствуют о возможности выдерживания
смесей во влажном состоянии даже в течение 18 ч перед их уплот-
нением.
Для уплотнения песчано-гравийной смеси, укрепленной золой
уноса, до плотности, соответствующей максимальной стандартной
(1,98 г/см3), установленной в лаборатории, необходимо произвести
8—10 проходов катка по одному следу.
Таким образом, и эти данные подтверждают результаты, полу-
ченные на опытных работах в Латвийской ССР.
Выполненные исследования позволяют разработать следующую
технологию производства работ с использованием указанных отхо-
дов [36]. Несцементированные обломочные и связные грунты укреп-
ляют золами уноса или золошлаковыми смесями в сочетании с це-
ментом или известью преимущественно двумя способами:
непосредственно на дороге с помощью грунтосмесительных ма-
шин типа дорожной фрезы ДС-18 или однопроходным грунтосмеси-
телем;
в карьере или в притрассовом резерве с помощью стационарных
установок типа ДС-50А, бетоносмесительных установок цикличного
действия типа С-780, С-945, С-951, С-773 или непрерывного
действия типа С-780 с помощью лопастных вибрационных смеси-
телей.
При укреплении грунтов с использованием отряда машин с ве-
дущей дорожной фрезой ДС-18 технологическая последователь-
ность рабочих процессов будет такой:
на земляное полотно, подготовленное в соответствии с требова-
ниями СНиП Ш-40-78, вывозят различными транспортными сред-
ствами грунт в объеме, необходимом для укрепления. Его профили-
руют автогрейдером и уплотняют катком на пневматических шинах
до плотности 0,80—0,85 от максимальной стандартной;
по слою спрофилированного грунта распределяют необходимое
количество золы уноса распределителем цемента;
122
перемешивают подготовленный слой с золой уноса фрезой на
второй или третьей скоростях за два-три прохода по одному следу;
смесь профилируют автогрейдером и уплотняют катком на пнев-
матических шинах до плотности 0,80—0,85 от максимальной стан-
дартной;
далее распределителем цемента дозируют цемент или известь в
смесь грунта и золы уноса, после чего смесь перемешивают с цемен-
том или известью за два-три прохода фрезой по одному следу. За-
тем смесь увлажняют до оптимальной влажности через распредели-
тельную систему фрезы и снова перемешивают за два-три прохода
по одному следу дорожной фрезой ДС-18 на второй или третьей
скоростях;
профилируют, уплотняют и осуществляют уход за готовым ук-
репленным слоем в соответствии с требованиями, приведенными в
СНиП Ш-40-78.
Необходимо учитывать, что схватывание смесей из грунтов, ук-
репленных золами уноса или золошлаковыми смесями, наступает
после увлажнения смеси до оптимальной влажности позже, чем для
цементогрунтов, что дает возможность при необходимости удлинить
технологический 'процесс.
При проведении работ, но с ведущей машиной отряда однопро-
ходным грунтосмесителем, в отряд дополнительно включают фрезу
и распределитель цемента Д-343Б для распределения золы уноса по
ширине укрепляемого основания и дальнейшего перемешивания зо-
лы с укрепляемым грунтом. В этом случае технологическая
последовательность рабочих процессов, указанных выше, сохра-
няется.
Затем выполняют операции по дозированию цемента или изве-
сти, перемешиванию, увлажнению и повторному перемешиванию
смеси за один проход грунтосмесителя на второй или третьей ско-
ростях. Последующие работы ведут так же, как указано выше.
При проведении работ с ведущей машиной-грунтосмесителем
производительность отряда увеличивают на 30—40% по сравнению
с производительностью отряда с ведущей машиной — фрезой ДС-18
(в количестве двух фрез).
Состав отряда машин для укрепления грунтов золами уноса на-
значают по табл. 41.
При проведении работ способом приготовления готовой смеси
непосредственно на дороге выполняют в необходимом объеме транс-
портные перевозки золы уноса, цемента или извести, воды и раство-
ра хлористого кальция или каустической соды и т. д. Сыпучие или
порошкообразные компоненты смеси вывозят к строящемуся участ-
ку в автозоловозах и автоцементовозах, воду и раствор легкораство-
римых веществ вывозят в поливо-моечных машинах.
Золу уноса на дорогу подвозят непосредственно с ТЭС от золо-
погрузочных узлов автоцементовозами или автозоловозами, либо
организуют вывозку зол уноса с ТЭС по схеме: электростанция->-же-
лезнодорожный транспорт->-прирельсовый склад-»-автоцементово-
зы или автозоловозы->участок строительства автомобильной доро-
12.3
Таблица 41
Количество машин в отряде
с ведущей машиной
Машииы
фрезой ДС-18
грунтосмеси-
телем
Г рунтосмеситель
Дорожная фреза
Распределитель цемента
Автоцементовоз (для подвозки цемента или изве-
сти)
Автоцементовоз или автозоловоз (для подвозки
золы уноса)
Поливо-моечная машина (для воды и водных рас-
творов хлористого кальция)
Автогрейдер
Самоходный каток на пневматических шинах или
прицепной каток с тягачом на пневмоколесах
Автогудронатор
Передвижной склад для вяжущего (при дально-
сти возки свыше 25 км), т
2—3
2—3
2—3
4—5
2—3
1
I
1
50—75
1
1
1
3—4
5—6
3—4
1
1
1
50—75
ги. Возможна также прямая погрузка золы уноса из железнодо-
рожных вагонов в автоцементовозы или автозоловозы с последу-
ющей вывозкой ее на строящийся участок дороги.
При укреплении грунтов золошлаковыми смесями в сочетании с
цементом технологическую последовательность рабочих процессов
принимают такую же, как и при использовании золы уноса в соче-
тании с цементом или известью.
При этом учитывают, что вывозку золошлаковых смесей осуще-
ствляют с полей гидроудаления ТЭС.
При укреплении грунтов золами уноса, применяемыми в качест-
ве самостоятельного вяжущего, отрядом с ведущей машиной — до-
рожной фрезой или грунтосмесителем технологическую последова-
тельность выполнения рабочих процессов принимают такую же, как
и при укреплении грунтов цементом. При этом учитывают, что окон-
чательное уплотнение таких смесей может быть закончено через
14—18 ч с начала увлажнения смеси.
При необходимости в укрепляемые золами уноса грунты добав-
ляют хлористый кальций и другие добавки, которые вводят в смесь
в виде раствора через дозировочные устройства грунтосмесительных
машин при увлажнении смеси до оптимальной влажности, выполняя
в требуемом порядке другие технологические операции.
Золы уноса доставляют на дорогу автомобилями или железно-
дорожным транспортом в вагонах-цементовозах до станции назна-
чения, где с помощью компрессорных установок перегружают в
прирельсовые складские помещения силосного или другого типа,
обеспечивающие возможность быстрой загрузки золой автоцементо-
возов или автозоловозов. Такие прямые перегрузки требуют четкой
организации работ. Задержки с подачей под загрузку автоцементо-
124
возов или автозоловозов и другие организационные неполадки не-
избежно приводят к излишним простоям железнодорожных цистерн-
цементовозов, что в свою очередь существенно отражается на стои-
мости работ по укреплению грунтов золой уноса.
Золы уноса можно перевозить в вагонах-цементовозах бункер-
ного типа с гравитационной системой разгрузки. В этом случае так-
же может быть предусмотрена как прямая погрузка золы в авто- J
цементовозы или автозоловозы, так и разгрузка золы в подрельсо-
вый разгрузочный бункер с дальнейшей подачей золы наклонным
конвейером в прирельсовый склад силосного или другого типа, от-
куда золу грузят в автоцементовозы или автозоловозы и вывозят на
дорогу.
Для приготовления укрепленных смесей в стационарных грунто-
смесительных установках необходимо перед началом производст-
венного выпуска укрепленной смеси на дорогу выполнять пробные
замесы с целью установления оптимального времени перемешива-
ния, точности дозирования компонентов смеси, равномерности и од-
нородности получения смеси из накопительного бункера смеситель-
ной установки. Поскольку при укреплении грунтов расход зол уноса
в основном достигает 20—25% и более по массе смеси, такое коли-
чество вяжущего дозаторные установки грунтосмесителя ДС-50А
отдозировать не могут, поэтому для соблюдения запроектированно-
го и подобранного в лаборатории состава смеси необходимо сни-
зить производительность установки до 60—70 т/ч за счет умень-
шения подачи укрепляемого грунта через соответствующий до-
затор.
При производительности смесительной установки 60—70 т/ч
обеспечивается укладка укрепленного слоя длиной 200—220 м/сме-
ну при толщиной 15—17 см и ширине 8—8,5 м.
В случае применения зол уноса в качестве активного компонен-
та смешанного вяжущего в сочетании с цементом или известью при
использовании грунтосмесителя ДС-50А золу дозируют через доза-
тор цемента, а цемент или известь — через дозатор сыпучих доба-
вок. Золу уноса, применяемую как самостоятельное вяжущее, мож-
но дозировать одновременно через дозатор цемента и дозатор сыпу-
чих добавок. Это позволит при расходе золы уноса 20—25% по мас-
се смеси обеспечить производительность установки 70—80 т/ч или
250 м/смену и более при толщине обрабатываемого слоя 15—17 см
и ширине 8—8,5 м.
Золу уноса к смесительным установкам перевозят автоцементо-
возами или автозоловозами, либо непосредственно транспортируют
с прирельсового или другого склада соответствующим оборудовани-
ем в расходные бункера дозаторов цемента или сыпучих добавок
грунтосмесительных или бетоносмесительных установок.
Наиболее целесообразно и эффективно для укладки смесей на
дороге применять укладчик, обеспечивающий равномерную толщи-
ну укрепляемого слоя дорожной одежды.	1
Контроль за качеством производства работ осуществляют в со-
ответствии со СНиП Ш-40-78. При этом в центральных лаборато-
125	<
АМЕ1.КГ - J
риях трестов и управлений строительства, а также в полевых лабо-
раториях строительных управлений готовят образцы из смесей и ис-
пытывают их после 28; 90 и 120-суточного хранения во влажной
среде.
Золы уноса допускается хранить под навесами в местах, защи-
щенных от влаги и ветра, и предохраняющих золы от загрязнения
посторонними примесями. Золы уноса хранят так же в силосных
складах, как и цемент.
При производстве работ по укреплению грунтов золами уноса
или золошлаковыми смесями общий химический состав и физиче-
ские свойства которых (в части пылимости) не отличаются от це-
мента, необходимо соблюдать те же правила техники безопасности,
которые предусмотрены для устройства дорожных оснований и по-
крытий из укрепленных грунтов.
Глава 4
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ЖИДКИМИ БИТУМАМИ, ДЕГТЯМИ,
БИТУМНЫМИ ЭМУЛЬСИЯМИ И ОТХОДАМИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Разработка методов укрепления грунтов различного грануло-
метрического, минералогического и химического составов добавка-
ми органических вяжущих веществ была начата в нашей стране в
конце 20-х годов. Первые же исследования показали эффективность
применения сырых нефтей и каменноугольного дегтя различной
вязкости. В последующие годы также было начато изучение воз-
можности применения для укрепления грунтов жидких и вязких
нефтяных битумов.
В 1931—1934 гг. исследованиями П. Ф. Мельникова, Б. В. Тол-
стопятова, В. М. Безрука [3, 4] было показано, что многие виды гли-
нистых грунтов (лессовидные и покровные суглинки и др.), в том
числе и гумусовые горизонты черноземов приобретают водоустойчи-
вость, пластичность и эластичность при оптимальной добавке ка-
менноугольных дегтей или битумов. Было установлено, что при фор-
мирцвании водоустойчивой структуры дегте- и битумогрунта важ-
ное значение имеет добавка воды в количестве, примерно равном до-
бавке вяжущего материала. При этом отмечалось, что добавка ка-
менноугольного дегтя придает укрепленному грунту несколько бо-
лее высокую жесткость, чем добавка битума.
Наиболее широкое применение в нашей стране нашел способ ук- '
репления грунтов жидкими медленногустеющими битумами. Опыт
использования среднегустеющих битумов весьма невелик. Быстро-
густеющие битумы для укрепления грунтов ранее не применяли.
Многочисленные разносторонние исследования, проводимые в
Союздорнии и его филиалах, ХАДИ и других организациях, а также
опыт службы дорог, построенных из грунтов, укрепленных битума-
ми в различных природных и грунтовых условиях, позволили уста-
новить основные особенности данного способа укрепления грунтов,
сформулировать требования к исходным материалам и битумогрун-
там, определить область их применения.
В зарубежной и отечественной практике строительства дорог в
последние годы определенное решение получил вопрос о возмож-
ности и особенностях применения жидких битумов разных классов
для укрепления грунтов. Советскими и американскими учеными
изучена возможность применения для укрепления связных грунтов
разжиженных битумов в сочетании с добавками поверхностно-ак-	i
тивных веществ. Анионактивные добавки менее эффективны, чем
катионактивные (типа «Армин-12», «Арквад-2НТ» и др.). Поэтому
применять анионактивные добавки следует при введении в грунт
К 127	.•?
АМЕЯ.КО |
S
,___ ,	,.	, J __________^..._.....   ...
веществ, улучшающих его свойства, например, фильтрпрессную
грязь (отход сахарного производства), известь и др. В качестве
анионактивных добавок, кроме чистых продуктов (фенолов, кислот
жирного ряда), можно использовать смолы твердых топлив, содер-
жащие 15% и более анионактивных веществ (древесные и торфя-
ные смолы). Такие добавки повышают прочность и водоустойчи-
вость битумогрунта.
Установлено, что наибольшая эффективность применения жид-
ких нефтяных битумов для укрепления грунтов может быть достиг-
нута при использовании добавок различных веществ: активных (из-
вести, зол уноса, молотого известняка и др.) и поверхностно-актив-
ных соединений (синтетических жирных кислот, дегтей, аминов
и т. д.).
Грунты, укрепленные жидкими нефтяными битумами, характе-
ризуются длительным формированием структуры и относительно
низкими показателями прочности, водо- и морозостойкости, а так-
же сдвиге- и теплоустойчивости, большой зависимостью свойств от
погодных условий и влажности грунтов. Это предопределяет об-
ласть их применения.
В соответствии с Инструкцией СН 25-74 битумогрунты рекомен-
дуются в качестве: нижних слоев оснований на дорогах III и IV ка-
тегорий в III и IV дорожно-климатических зонах; оснований на до-
рогах IV и V категорий и покрытий на дорогах V категории во II—
V дорожно-климатических зонах.
С целью расширения области применения битумогрунтов в кон-
струкциях дорожных одежд главным образом для устройства сло-
ев покрытий и верхних слоев оснований на дорогах III и IV катего-
рий в Союздорнии и его Омском филиале был разработан способ
укрепления грунтов с использованием разжиженных (жидких) би-
тумов новых классов БГ и СГ (быстро- и среднегустеющих) без до-
бавок или в сочетании с добавками различных зол уноса.
К настоящему времени созданы благоприятные условия по ор-
ганизации промышленного выпуска высококачественных жидких
битумов, например среднегустеющих. Разработан новый ГОСТ на
битумы различных классов, ликвидировано несоответствие сущест-
вующих требований к разжижителям и товарной продукции, выпус-
каемой нефтяными заводами. У нефтеперерабатывающей промыш-
ленности появились соответствующие ресурсы на легкие разжижите-
ли, что обеспечивает возможность получения и применения для ук-
репления грунтов жидких битумов новых классов.
В целях получения укрепленного грунта, обладающего более
высокими структурно-механическими свойствами, чем те, которые
имеют грунты, укрепленные жидкими битумами или дегтями, целе-
сообразно применять в качестве основного вяжущего материала
битумные эмульсии.
Важными преимуществами применения битумных эмульсий для
укрепления грунтов является возможность:
применения в качестве вяжущего вязких битумов, находящихся
в эмульгированном тонкодисперсном состоянии;
128
объединения эмульсий с влажными грунтами без подогрева при
температуре воздуха до 5° С и, следовательно, возможность продле-
ния строительного сезона, упрощение технологии и ускорение работ
по смешению вяжущего с грунтом по сравнению с применением жид-
1 ких битумов;
создания прочных: водо-, сдвиго- и теплоустойчивых дорожных
покрытий (в условиях IV—V дорожно-климатических зон) из деше-
вых местных материалов — грунтов на автомобильных дорогах с ин-
тенсивностью движения до 1000 авт./сут.
По данным Союздорнии и его филиалов [21], для укрепления
I' грунтов 'пригодны прямые медленнораспадающиеся эмульсии трех
| видов: анионные, катионные и пасты.
Анионные эмульсии характеризуются показателями pH в преде-
	лах 9—13 и поэтому их называют щелочными. В качестве эмульга-
торов для приготовления таких эмульсий используют высшие орга-
нические кислоты (жирные, смоляные, нафтеновые и др.) или их
соли (мыла).
Катионные эмульсии, называемые также кислыми (показатель
pH = 2—6), приготовляют с использованием эмульгаторов типа
аминов, ди-, полиаминов и четвертичных аммониевых солей.
В качестве эмульгаторов для паст рекомендуются: известь (пу-
шонка или молотая кипелка), содержащая не менее 60% СаО и
MgO; фильтрпрессная грязь.
Требования к дорожным эмульсиям и их составы приведены в
«Технических указаниях по устройству покрытий и оснований из
грунтов, укрепленных битумными эмульсиями» ВСН 140-68 и «Тех-
нических указаниях по приготовлению и применению дорожных
эмульсий», ВСН 115-75.
В «работах Союздорнии [66, 69] и его Казахского филиала [19]
показаны техническая возможность и экономическая целесообраз-
ность использования прямых медленнораспадающихся битумных
эмульсий и паст для укрепления супесчаных и песчаных грунтов,
в том числе мелких пылеватых и барханных песков с целью устрой-
ства из них дорожных оснований и покрытий.
На основе проведенных исследований и широкого производствен-
ного строительства было установлено, что в условиях V дорожно-
климатической зоны получение сдвигоустойчивых битумоминераль-
ных материалов возможно на основе широкораспространенных ма-
лосвязных грунтов типа мелких пылеватых и барханных песков, ук-
! репленных вязкими битумами в эмульгированном виде в сочетании
с минеральными активными добавками типа гидрофобной извести
или цемента. Покрытие из барханного песка, укрепленного битум-
ными эмульсиями по своим свойствам близко к покрытию, устроен-
ному из горячего асфальтобетона.
Союздорнии и его Среднеазиатским филиалом разработаны спо-
соб и технология устройства подстилающих (дополнительных) сло-
ев основания из мелких, в том числе барханных песков, укреплен-	1
ных битумной эмульсией или жидким битумом с катионактивпой
добавкой Э-1, предназначенных для обеспечения проезда техноло-
5—421	129	.	(
Kll£. AMEX.Kje- I
гического транспорта по земляному полотну, отсыпаемому из одно-
размерных песчаных грунтов, слабо поддающихся уплотнению.
В последующем такие подстилающие слои могут быть использова-
ны в качестве основания, т. е. несущего слоя дорожйой одежды.
Применение данного способа при строительстве подстилающего
слоя позволяет заменить привозные связные грунты или песчано-
гравийные смеси местным песком, обработанным битумной эмуль-
сией или жидким битумом с добавкой Э-1, обеспечивает проезд до-
рожной техники в любую погоду и исключает пылеобразование при
движении машин.
Трестом Средаздорстрой Главдорстроя в 1973—1978 гг. построе-
но около 130 км автомобильных дорог, где взамен слоя из привоз-
ного связного грунта подстилающий слой был устроен из барханно-
го песка, укрепленного битумной эмульсией. Экономический эффект
составил около 900 тыс. руб.
Соответствующий интерес представляет использование катион-
активных битумных эмульсий для укрепления песчаных грунтов.
В исследованиях К. С. Динна и М. Н. Салема [71] применялись
два вида катионных эмульсий, приготовленных на битумах с пене-
трацией 40/50 и 60/70. В качестве эмульгатора применяли Редикоут
Е-11.
Установлено большое влияние температуры и возраста образцов
на прочность при сдвиге песка, укрепленного катионактивной эмуль-
сией. Когезионная прочность образцов возрастала с повышением
температуры в диапазоне 20—90° С и с увеличением скорости де-
формации. При высоких скоростях деформации и самом высоком
содержании битума получилось наибольшее значение когезионной
прочности. На повышение прочности при сдвиге существенное влия-
ние оказывало также старение образцов. В 12-недельном возрасте
образцы с наибольшим содержанием битума показали наибольшую
прочность.
Исследованиями, проведенными в Казахском филиале Союздор-
нии [19], Союздорнии, Госдорнии, ГДР установлено, что для укреп-
ления мелких одноразмерных песков и супесей хорошим вяжущим
материалом являются битумные пасты, приготовленные на вязком
битуме и твердых эмульгаторах типа извести, фильтрпрессной гря-
зи, известковой муки, зол уноса сухого отбора, содержащих частиц
мельче 0,071 мм не менее 80%. Соотношение битума и эмульгатора
принимается равным 1:3 — 1:4.
Битумные пасты придают обрабатываемому материалу значи-
тельную вязкость, прочность и водостойкость, поэтому они весьма
перспективны для устройства защитных слоев или тонкослой-
ных покрытий на основаниях из различного вида укрепленных
грунтов.
К настоящему времени для обширных территорий Западной Си-
бири, Украины, Поволжья, Казахстана и центрально-черноземных
областей РСФСР, в местах, где нет песчаных и супесчаных грун-
тов, важное практическое значение приобретает разработка спосо-
бов, обеспечивающих эффективное применение битумных эмульсий
130
и паст различного состава для укрепления суглинков и даже пыле-
ватых глин.
Разработка новых составов эмульсий и паст с использованием
более эффективных эмульгаторов, обеспечивающих получение тон-
кодисперсных и стабильных эмульсий, с применением для произ-
водства работ новых более совершенных грунтосмесительных ма-
шин и новых технологических приемов объединения минеральных
материалов с эмульгированными органическими вяжущими,— вот
те пути, которые давно назрели и крайне перспективны для прак-
тической реализации рассматриваемого направления.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
В теоретическом обосновании и широком производственном
внедрении методов укрепления грунтов органическими вяжущими
материалами в предвоенные и послевоенные годы большую роль
сыграли работы А. И. Лысихиной, А. К. Бируля, Л. Н. Ястребовой,
: К. А. Князюка и др. [23].
При укреплении грунтов органическими вяжущими под дейст-
вием составных групп этих вяжущих в сочетании с влиянием атмо-
сферных факторов и времени формируется упруго-вязкая коагуля-
ционная структура. В процессе ее образования протекают сложные
процессы взаимодействия на поверхности раздела твердой и жид-
кой фаз, при этом имеют место как физическая адсорбция, так и
хемосорбционные процессы.
Установлено, что прочный и необратимый гидрофобный слой на
поверхности частиц грунта образуется при взаимодействии их с
высокомолекулярными органическими кислотами, входящими в со-
став вяжущего, лишь в том случае, когда адсорбционный слой свя-
зан с поверхностью частиц грунта хемосорбционно.
Наличие хемосорбционной связи для обеспечения необратимой
и высокой степени гидрофобности минерального материала крайне
необходимо в том случае, когда укреплению подвергаются глини-
стые разновидности грунтов: супеси и особенно суглинки и глины.
Это объясняется высокой степенью гидрофильности глинистых ви-
дов грунтов и наличием у них тонких пленок прочносвязанной воды.
В силу этого при физической адсорбции прочность связи грун-
товой частицы с битумом будет меньше, чем с пленкой физически
' связанной воды. Поэтому в данном случае при увлажнении укреп-
ленного битумом грунта произойдет смещение битумной пленки с
поверхности грунтовых частиц. В результате этого грунт потеряет
водостойкость.
В случае же образования адсорбционного слоя битума, связан-
ного с грунтом хемосорбционно, вода не в силах будет сместить би-
тумную пленку и поэтому потери водостойкости у такого битумо-
грунта будут незначительны.
Поскольку образование хемосорбционной связи адсорбирован-
него слоя битума с поверхностью частиц грунта обусловлено нали-
.5*	131


Рис. 26. Зависимость между содержа-
нием в грунтах глииисто-коллоидиых
фракций и пределом прочности при
сжатии грунтов, укрепленных жид-
ким битумом:
1 — предел прочности при сжатии сухих
образцов; 2— то же водонасыщенных об-
разцов; 3 — количество адсорбированного
битума
чием поглощенных катионов ще-
лочноземельных металлов (Са2+
или Mg2+), или свободных катио-
нов железа, то из этого вытекает,
что не для всех разновидностей
грунта при их обработке битумом
может быть достигнута необрати-
мая и устойчивая гидрофобнза-
ция.
Исследованиями Л. Н. Ястре-
бовой [69] установлено, что с уве-
личением в грунте содержания
тонкодисперсных частиц, харак-
теризующихся большой гидро-
фильностью (особенно, когда в их
составе преобладают глинистые
минералы монтмориллонита), за-
кономерно должна увеличиваться
и дозировка битума. С увеличени-
ем тонкодисперсных частиц свы-
ше 15% существенно возрастает
количество адсорбированного би-
тума и уменьшается прочность водонасыщенных образцов (рис.
26). Для предотвращения чрезмерной гидрофильности глинистого
грунта и ее значительного уменьшения целесообразно, помимо би-
тума, вводить в небольшом количестве добавки гидрофобных по-
верхностно-активных веществ.
Таким путем можно достичь упрочнения структуры битумогрун-
та и активизировать адсорбционные процессы для повышения проч-
ности укрепленного грунта.
Обеспечение максимальной прочности и водостойкости грунта
достигается при оптимальном количестве органического вяжущего
материала (битума, дегтя и др.) и воды.
С увеличением дозировки вяжущего и воды сверх оптимального
количества происходит резкое уменьшение прочности и теплостой-
кости битумо- или дегтегрунта.
Меньшая часть битума или дегтя адсорбируется на поверхности
частиц грунта, а основная масса вяжущего заполняет поры грунта.
Для придания укрепленному грунту необходимых дорожно-
строительных свойств требуется, например, при обработке сугли-
нистого грунта 7—12% жидкого битума или дегтя. При указанном
количестве вяжущего укрепленный грунт приобретает наибольшую
прочность, водо- и теплостойкость.
Заполнение пор грунта вяжущим материалом обусловливает не-
значительную водопроницаемость и набухание, вследствие чего по-
вышаются водостойкость и прочность укрепленного грунта.
Положительное влияние воды в оптимальном ее количестве на
прочность и водостойкость битумо- или дегтегрунта особенно силь-
но проявляется при укреплении суглинков и глин.
132
S--	- - - У --Т.‘У л - S'-л- '	-У •---<?
Присутствие в грунте прочносвязанной воды обусловливает на-
сыщенность молекулярных сил и тем самым создается устойчивое
состояние пленки битума или дегтя на поверхности частиц грунта.
В этом случае смещение пленок органического вяжущего при дей-
ствии парообразной влаги не происходит, а при наличии в порах
грунта воды в свободном состоянии происходит в значительно мень-
шей степени.
Положительное действие прочносвязанной воды заключается
также и в том, что она облегчает процесс размельчения грунта до
внесения битума, а в последующем и уплотнения битумо- или дег-
тегрунтовой смеси. При влажности несколько меньшей максималь-
ной молекулярной влагоемкости грунта последний обладает мини-
мальной силой молекулярного сцепления частиц, а, следовательно,
и легче размельчается.
Более тонкое размельчение грунта, а, следовательно, разруше-
ние макро- и частично микроагрегатов, обусловливает и более со-
вершенную обработку грунта вяжущим материалом, что обеспечи-
вает более высокую степень его гидрофобизации.
Большая роль связанной воды в формировании водоустойчивой
структуры грунта, укрепленного битумом или дегтем, отмечается в
исследованиях А. К. Бируля. В разработанной им теории укреплен^
ный грунт, содержащий глинистые частицы, рассматривается как
четырехфазная система, состоящая из минеральной части грунта
(скелета), вяжущего, воды и воздуха. Физически связанная вода в
этой четырехфазной системе рассматривается как вяжущее, само-
произвольно распределяющееся в тонких порах грунта и его микро-
и макроагрегатах под действием молекулярных сил. Этому способт
ствуют также большая гидрофильность (смачиваемость) поверх-
ности частиц грунта и малая вязкость воды.
Основной вяжущий материал (битум или деготь) распределяет-
ся в порах грунта в виде относительно тонких пленок, поскольку
предполагается переход его в форму поглотительных соединений,
образующихся при взаимодействии е глинистой частью грунта.
В связи с этим в укрепленном грунте воды должно быть несколько
больше, чем вяжущего материала, а именно:
воды — в пределах 0,3—0,4 от влажности границы текучести
грунта, принимаемой за единицу;
вяжущего (битума или дегтя) —в пределах 0,3—0,2 от влажно-
сти границы текучести грунта.
Справедливость рассматриваемой теории практически доказана
при строительстве и эксплуатации мйогих тысяч километров дорог
на территории Украины и Казахстана с использованием для укреп-
ления битумом или дегтем лессовых карбонатных суглинков и тощих
глин, в том числе и гумусовых горизонтов черноземов.
В том же случае, когда укреплению указанными выше вяжущими
подвергают суглинки и тощие глины иного происхождения (генези-
са) , не содержащие карбоната кальция или гумусовых веществ,
насыщенных кальцием, то, по данным Союздорнии, роль адсорбци-
5*—421	133
AMEI.RV

Рис. 27. Увеличение прочности гли-
нистого грунта, укрепленного различ-
ными вяжущими, при разных сроках
хранения образцов:
1— грунт +14% медленногустеющего жид-
кого битума; 2 — грунт +14% среднегусте-
ющего жидкого битума; 3 — грунт +16%
высокотемпературного каменноугольного
дегтя; 4 — грунт +14% жидкого битума с
добавкой древесного дегтя (90 : 10)
онных соединений в силу недостаточно прочной связи их с поверх-
ностью частиц грунта становится незначительной.
В связи с этим предложение А. К. Бируля о нормах вяжущего и
воды и их соотношение не может быть приемлемым для любых
разновидностей глинистых грунтов и является справедливым Толь-
ко для указанных выше грунтов и природных условий местности.
Как показывают исследования Союздорнии, максимальная во-
достойкость битумо- или дегтегрунта достигается при наличии в
обрабатываемом грунте той формы воды, которая наиболее прочно
связана с поверхностью частиц грунта, т. е. при влажности макси-
мальной гидроскопичности грунта. При этом добавка битума или
дегтя должна быть в таком количестве, при котором образуются
достаточно толстые пленки вяжущего и происходит заполнение им
пор грунта. Поэтому в структуре укрепленного грунта физически
прочносвязанную воду следует рассматривать не как вяжущее, а
как положительно действующую структурообразующую добавку.
В зависимости от состава и свойств вяжущего материала и ис-
ходной его вязкости прочность укрепленного грунта бывает различ-
ной. При этом свойства и состав вяжущего по-разному сказываются
на процессе упрочнения структуры грунта во времени (рис. 27).
При укреплении глинистых грунтов (суглинков, глин) медленно-
густеющими жидкими битумами класса МГ, вследствие малого со-
держания в них полярных соединений, непредельных углеводородов
и отсутствия легкоиспаряющихся фракций формирование их струк-
туры происходит в течение весьма длительного времени. Например,
при хранении образцов в лаборатории прочность глинистого бескар-
бонатного грунта, укрепленного медленногустеющим жидким биту-
мом, продолжает повышаться, хотя и незначительно, в течение
9 мес (см. рис. 27, кривая /).
При применении жидких (разжиженных) битумов классов БГ
и СГ (быстро- или среднегустеющих) можно рассчитывать на быст-
рое формирование структуры материала: большую начальную
прочность, теплостойкость и более высокие показатели сопротивле-
ния сдвигу.
Это связано с наличием в битумах указанных классов легких
фракций, выкипающих до 360° С, что обеспечивает большую кон-
центрацию в битуме активных соединений типа смол и асфальтенов,
обладающих высокими поверхностной энергией и гидрофобными
свойствами.
Одновременно с процессами испарения легких фракций в биту-
могрунтах, приготовленных на жидких битумах БГ и СГ, будут про-
текать окислительно-полимеризационные и адсорбционные про-
цессы.
Аналогичные явления имеют место при использовании каменно-
угольных дегтей или 'битумов с добавкой древесного дегтя.
В результате этого формирование структуры укрепленного грун-
та происходит значительно быстрее и прочность образцов уже через
3 мес их хранения становится стабильной и с увеличением времени
не повышается (см. рис. 27, кривые 2, 3, 4).
При предварительной обработке грунта известью или цементом
и соответствующей добавке воды активно протекают физико-хими-
ческие (обменные) реакции катионов кальция с другими катиона-
ми, адсорбционно-связанными (поглощенными) в поверхностном
слое глинистых и коллоидных частиц грунта. При этом существен-
ное значение играют хемосорбционные процессы.
Наличие насыщенного раствора гидрата окиси кальция (а такой
раствор образуется также и при добавке цемента и его гидратации)
в поровом пространстве грунта обеспечивает, помимо обменных
хемосорбционных процессов, также полную и необратимую коагу-
ляцию глинистых и коллоидных частиц. В результате этого образу-
ются прочные и водоустойчивые микроагрегаты грунта. На внешней
и внутренней поверхности таких микроагрегатов формируется «под-
кладка», состоящая в основном из катионов кальция и молекул
Са(ОН)2. При этом создается щелочная среда (рН = 10—12), обус-
ловленная диссоциацией гидрата окиси кальция.
В результате указанных выше процессов создаются наиболее
благоприятные условия для взаимодействия битума на границе раз-
дела «грунтовая частица или их микроагрегат — битум». Поэтому си-
лы адгезии в зоне контакта битумной пленки с частицами или мик-
роагрегатами грунта в указанных условиях проявляются в макси-
мальной степени.
Как показали исследования Л. Н. Ястребовой и др., при обра-
ботке лессовидных суглинков жидкими битумами в случае исполь-
зования добавок извести (а также и цемента, поскольку в этом слу-
чае при гидратации выделяется гидрат окиси кальция) происходит
взаимодействие асфальтогеновых и нафтеновых кислот, (входящих
в состав битума) с катионами кальция и образование при этом во-
донерастворимых кальциевых солей.
В случае обработки битумом или дегтем гумусированных гори-
зонтов черноземов, каштановых, бурых или серых лесных почв при
добавке извести образуются водонерастворимые соли в виде гума-
тов кальция. Это также способствует улучшению и упрочнению в
целом таких битумогрунтов.
Проведенные исследования показали, что с увеличением содер-
жания глинисты^ частиц в укрепляемых битумом грунтах эффек-
тивность добавки извести увеличивается.
5**	-ML АМ^.КЦ
При укреплении грунтов битумом или дегтем расход активных
добавок (извести, цемента) устанавливается экспериментально по
методике, изложенной в строительных нормах (СП 25-74). Ориенти-
ровочно дозировка извести или цемента в 1,5—2 раза меньше оп-
тимальной дозировки органического вяжущего материала.
Исследованиями, проведенными М. Ф. Иерусалимской и
Г. А. Попандопуло [18, 25] в Казахском филиале Союздорнии и под-
твержденными большим производственным опытом на территории
Казахской ССР (построено свыше 5000 км дорог), установлена
большая эффективность комплексного укрепления глинистых грун-
тов жидким битумом в сочетании с добавкой гидрофобной молотой
негашеной извести. Такая известь длительно сохраняет свою актив-
ность при хранении и устраняет вредное влияние тончайших частиц
СаО на организм человека.
Тончайшая пленка битума, покрывающая частички молотой не-
гашеной извести, сохраняет активность извести. В процессе переме-
шивания извести с грунтом пленка битума механически сдирается и
частички СаО при увлажнении смеси подвергаются гашению. Обра-
зовавшиеся при этом молекулы Са(ОН)2 вступают в активное вза-
имодействие с грунтом и битумом в момент их выделения.
Химические реакции в этом случае протекают наиболее актив-
но. Указанным обстоятельством можно объяснить повышенную эф-
фективность применения добавок молотой негашенной гидрофобной
извести. Таким образом, является бесспорным, что в применении
добавок гидрофобной извести заложены не только преимущества
производственного порядка (уменьшение вредности работ с из-
вестью, улучшение условий хранения и транспортирования), но и
возникает возможность получения укрепленного грунта, облада-
ющего повышенными показателями физико-механических свойств
н более прочной структурой.
КОМПЛЕКСНОЕ УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ЖИДКИМ БИТУМОМ
ИЛИ ДЕГТЕМ И ДОБАВКАМИ ИЗВЕСТИ, ЦЕМЕНТА ИЛИ ПАВ
На основе исследований, проведенных Л. Н. Ястребовой,
К. А. Князюком, С. Л. Голованенко, Н. Ф. Сасько, М. Ф. Иеруса-
лимской и др., установлено, что грунты, укрепленные битумами и
дегтями совместно с добавками активных веществ в виде извести
или цемента, характеризуются более высокими показателями проч-
ности, морозостойкости, тепло- и водостойкости, чем без добавок.
Такие комплексно укрепленные грунты характеризуются также от-
носительно меньшей деформативностью по сравнению с битумо-
или дегтегрунтами. Поэтому использование указанных материалов
для устройства дорожных покрытий облегченного типа или основа-
ний под капитальные типы покрытий является более эффективным
как в экономическом, так и в техническом отношениях, поскольку
обеспечивается повышенная прочность дорожных одежд и удлиня-
ются сроки их эксплуатации.
136
Исследованиями А. В. Линцера установлено, что в черноземной
зоне Западно-Сибирской низменности, где преимущественное рас-
пространение имеют тяжелосуглинистые и глинистые солонцеватые
черноземы, применение комплексных методов укрепления грунтов
наиболее целесообразно.
Укрепление указанных выше видов грунтов весьма эффективно
путем добавок жидкого битума (5—6% по массе грунта) и 3—4%
извести. Взамен добавок извести можно также применять неболь-
шие добавки поверхностно-активных веществ в виде низкотемпера-
турного дегтя (10% от массы битума) или мазутного фенола (2%
от массы битума).
По данным С. С. Фадеева, при укреплении лессовидных карбо-
натных суглинков Поволжья добавками жидкого битума или высо-
космолистой нефтью в сочетании с добавкой молотой негашеной
извести (2—3% от массы грунта) резко возрастает адсорбционная
способность грунта в отношении вяжущего и возрастает адгезия по-
следнего к поверхности частиц грунта. При этом физико-механиче-
ские свойства укрепленного грунта существенно улучшаются, зна-
чительно ускоряется формирование водопрочной структуры битумо-
и, особенно, нефтегрунта.
Исследованиями Союздорнии и его Омского филиала (Т. М. Лу-
канина, В. И. Светковер, С. В. Коротков) показана эффективность
применения для укрепления грунтов жидких (разжиженных) биту-
мов классов БГ и СГ. Полученные на их основе материалы харак-
теризуются более высокой прочностью (в 3—4 раза), тепло- и сдви-
гоустойчивостью (в 1,2—1,5 раза) по сравнению с применением
медленногустеющих жидких битумов.
Процессы структурообразования битумогрунтов, приготовленных
на жидких битумах разных классов, в том числе и битумов средне-
густеющих, существенно зависят от условий формирования матери-
ала. Во влажных условиях (при относительной влажности воздуха
98% и температуре 20° С) битумогрунты независимо от класса при-
меняемых жидких битумов практически не формируются. Показа-
тели прочности при сжатии не превышают 2 кгс/см2, что ниже тре-
бований СН 25-74. Наиболее благоприятными условиями формиро-
вания материала являются повышенные температуры (304-50° С)
и низкая относительная влажность воздуха. В этом случае процесс
формирования битумогрунта завершается в течение 5—10 сут и на-
блюдается удаление максимального количества разжижителя (до
60% от введенного). В итоге в структуре укрепленного грун'КГпро-
исходит образование вяжущего, близкого по свойствам к исходному
вязкому битуму. При этом значения прочности битумогрунта в во-
донасыщенном состоянии увеличиваются до 7—14 кгс/см2. Такие ус-
ловия могут быть обеспечены при приготовлении битумогрунтовых
смесей в смесителях принудительного действия с подогревом мине-
рального материала или при применении битумогрунта в условиях
жаркого и сухого климата Средней Азии.
Исследованиями показано также, что при использовании быстро-
и среднегустеющих жидких битумов с добавками малоактивных
или активных зол уноса для укрепления грунтов достигается увели-
чение показателей прочности золобитумогрунта в 1,3—2 раза по
сравнению с использованием битумов класса МГ. Меняется также
структура золобитумогрунта: упрочняются крупные агрегаты,
уменьшается объем мелких пор, вода в которых замерзает при
очень низкой температуре (ниже —35°С). В результате морозо-
стойкость золобитумогрунтов с использованием битумов новых клас-
сов выше, чем при применении битумов класса МГ (коэффициент
морозостойкости после 20 циклов замораживания-оттаивания при
—20° С составляет 0,85 вместо 0,60).
Несвязанные грунты (песчано-гравийные смеси, пески крупные),
укрепленные циклонной золой уноса (10—15% по массе смеси) с
добавкой 2—4% битума класса БГ или СГ отвечают требованиям
III класса прочности по СН 25-74 и могут быть рекомендованы в
качестве материала для устройства нижних слоев оснований и ос-
нований на дорогах III и IV категорий во II—V дорожно-климатиче-
ских зонах. При использовании активных электрофильтровых зол
уноса и добавок 2—4% быстро- или среднегустеющих битумов
можно получить укрепленные материалы, отвечающие требованиям
I—II классов прочности по СН 25-74 при расходе зол уноса, равном
соответственно 10 и 15% по массе смеси. Такие золобитумогрунты
рекомендуются для устройства верхних слоев оснований на дорогах
III—V категорий или покрытий с двойной поверхностной обработ-
кой на дорогах V категории во II—V дорожно-климатических зо-
нах.
Эффективность укрепления грунтов медленногустеющими жид-
кими битумами может быть существенно повышена путем введения
небольших добавок полимерных или поверхностно-активных ве-
ществ.
Исследованиями Т. М. Луканиной, Р. Г. Кочетковой, Л..М. Гох-
ман [31] установлено, что наиболее целесообразной полимерной до-
бавкой для улучшения свойств жидких битумов являются термо-
эластопласты, в частности, дивинил-стирольный термоэластопласт
(ДСТ). Основной предпосылкой введения ДСТ в битум класса МГ
является то, что работа пространственной структурной сетки из
макромолекул ДСТ наиболее эффективна в системах со слабострук-
турированной смолами дисперсионной средой и коагуляционного
каркаса из асфальтенов. Именно такими системами и являются мед-
ленногустеющие битумы.
В результате получены полимерно-битумные вяжущие (ПБВ) на
основе медленногустеющего жидкого битума и ДСТ путем интен-
сивного механического перемешивания крошки ДСТ (1000—
2500 об/мин) в битуме, нагретом до 80—100° С. Состав вяжущего:
битума — 97 %, ДСТ — 3 %.
Присутствие ДСТ (2—3% от массы ПБВ) значительно улучша-
ет свойства жидкого битума класса МГ и приближает его к вязким
битумам. В отличие от битума класса МГ ПБВ характеризуется вы-
сокой прочностью и обладает способностью к высокоэластическим
деформациям. При этом повышается температура размягчения,
138
Таблица 42
Наименование органического вяжущего	ге ДСТ, % ПБВ		Глубина проникания при /=25°С, 0,1 мм	Глубина проникания при <=0°С, 0,1 мм	Растяжимость при 25°С, см	< !	/ = 0»С, см	Температура размяг- чения по кольцу и шару, °C	Температура хруп- кости по Фраасу, °C	Эластичность, %
	ЙЗ <я £ Q ы с О	от массы								
Битум вязкий БНД-60/90		0	77	28	65,0		2	48	—	20
Битум жидкий МГ 25/40 То же, с добавкой		0	-—		•—	25		18	—32	0
ДСТ		2	300	—	20,5	48		40	—	65
ПБВ		3	280	230	59,5	100		55	-39	92
улучшаются деформативные свойства при низкой температуре
(табл. 42).
При применении ПБВ ДСТ распределяется в битуме без приме-
нения растворителей, что исключает пожароопасность и облегчает
условия работы с ним. При укреплении ПБВ (4% от массы грунта)
мелкого одноразмерного песка с добавкой 20% сланцевой золы
уноса существенно повышаются прочность в водонасыщенном со-
стоянии, морозостойкость и теплоустойчивость укрепленного мате-
риала по сравнению с применением для этих целей жидкого биту-
ма класса МГ (7?ВОд составляет 8 кгс/см2 вместо 4,5; коэффициент
морозостойкости 0,9 вместо 0,4; коэффициент теплоустойчивости
1,6 вместо 1,2; прочность при изгибе равна 7,5 кгс/см2 вместо 3,3).
Полученный материал с добавкой ПБВ упруго деформируется
; при положительных температурах во всем диапазоне исследуемых
; напряжений и может быть использован для устройства облегчен-
ных покрытий.
Исследованиями В. К- Петренко установлено, что при укрепле-
нии лессовых незасоленных и засоленных грунтов в условиях сухо-
го жаркого климата среднеазиатских республик прочность и водо-
стойкость укрепленного жидким битумом грунта могут быть значи-
тельно повышены при введении в грунт небольших добйвок катион-
активного вещества Э-1 (0,01—0,04% от массы грунта). Э-1 пред-
ставляет собой четвертичные аммониевые соединения и получается
в результате синтеза смеси высокомолекулярных алкилароматиче-
ских углеводородов, содержащихся в продуктах нефтепереработ-
ки — экстракте фенольной очистки масел.
В качестве анионактивной добавки при комплексном укреплении
грунтов битумом успешно применяется госсиполовая смола, которая
получается при дистилляции жирных кислот, выделяемых из хлоп-
кового соапстока. Основной активной частью госсиполовой смолы
являются высокомолекулярные жирные кислоты и их производные.
К 139
AMEI.RV
Госсиполовая смола вводится в битум, нагретый до 80° С, в количе-
стве 5% от массы битума и тщательно перемешивается.
Как показали исследования В.А. Юрченко, А. В. Линцера и др.
[27], в условиях П дорожно-климатической зоны, характерной осо-
бенностью которой является избыточное увлажнение грунтов под-
золистого типа, наиболее целесообразно и экономически выгодно
устраивать дорожные и аэродромные одежды из местных песчаных,
супесчаных и легкосуглинистых грунтов, укрепленных добавками
сырой амбарной нефти, взятой в местах ее добычи, в сочетании с до-
бавками цемента или извести.
Такое комплексное укрепление грунтов, как показали лаборатор-
ные исследования и накопленный производственный опыт, значи-
тельно ускоряет процессы структурообразования и обеспечивает
требуемую прочность, водо- и морозостойкость укрепленного грун-
та. При укреплении легкосуглинистых грунтов оптимальная дози-
ровка нефти составляет 5—7% от массы грунта, а извести 2—4%.
При использовании вместо извести добавок цемента расход послед-
него составляет 4—5% от массы грунта.
Грунты, укрепленные указанными реагентами, вполне пригод-
ны для устройства конструктивных слоев дорожных или аэродром-
ных одежд и отвечают эксплуатационными требованиям тех кате-
горий дорог, которые строятся в настоящее время в нефте- и газо-
носных районах Западной Сибири.
КОМПЛЕКСНЫЕ МЕТОДЫ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ
БИТУМНЫМИ ЭМУЛЬСИЯМИ
Для придания цементогрунту гидрофобных свойств, а, следова-
тельно, и повышенной морозостойкости, был разработан метод ком-
плексного укрепления грунтов двумя вяжущими материалами:
портландцементом и битумной эмульсией или известково-битумной
пастой [3].
В основу этого комплексного метода были положены следующие
соображения. Портландцемент в процессе его твердения отнимает
воду из эмульсии, химически связывает эту воду и в результате об-
разует прочную и жесткую структуру кристаллизационного типа.
Вязкий битум, вводимый в грунт в виде битумной эмульсии, после
ее распада'создает упруго-вязкую структуру коагуляционного типа.
Для образования стрктуры смешанного типа и максимального
использования вяжущих свойств портландцемента и битума, а так-
же с целью исключения преждевременного распада эмульсии при
введении в грунт значительного количества активных добавок
принята следующая последовательность введения вяжущих в грунт:
вначале песок обрабатывают органическими, затем активными ми-
неральными вяжущими. Битумная эмульсия вводится в грунт в та-
ком количестве и в такой концентрации, чтобы в смеси было обес-
печено предусмотренное проектом количество битума и воды. Сум-
марное количество воды, содержащейся в эмульсии и грунте, дол-
140
; жно соответствовать оптимальной влажности смеси, определяемой
по методу стандартного уплотнения, что обеспечивает возможность
уплотнения цементобитумогрунтовой смеси до максимальной плот-
ности.
При добавке в грунт двух указанных вяжущих материалов и со-
блюдении порядка смешивания и увлажнения оптимально сочета-
ются два процесса структурообразования нового материала. Они
взаимодополняют друг друга, в результате чего и обеспечиваются
высокая прочность, водо- и морозостойкость, а также требуемая
деформативность пементобитумогрунта.
Для гидратации и последующего твердения цемента и образова-
ния кристаллизационной структуры необходимо определенное со-
держание влаги в порах обработанного грунта. Для распада битум-
ной эмульсии и высвобождения битума в чистом виде необходимо
удаление или связывание свободной воды. Портландцемент, отби-
рая воду из эмульсии и химически связывая ее при гидратации зе-
рен. способствует распаду битумной эмульсии и создает тем самым
благоприятные условия для проявления вяжущих свойств битума
и придания всей смеси в целом гидрофобных свойств. Поглотив во-
ду, входящую в состав эмульсии, зерна цемента приобретают опти-
мальные условия влажности, необходимые для нормального проте-
кания гидратации и гидролиза цемента.
Таким образом суммарно обеспечиваются условия для макси-
мального проявления вяжущих свойств как битума, так и цемента,
т. е. диаметрально противоположных по структуре материалов. При
этом обеспечивается оптимальное увлажнение грунтовой смеси, не-
обходимое для ее максимального уплотнения.
Следует также отметить то важное обстоятельство, что выделя-
ющийся при гидратации и гидролизе цемента Са(ОН)2 насыщает
поры грунта и поверхность частиц катионами кальция, что способ-
ствует повышению адгезии битума к поверхности частиц грунта и
ускорению процесса распада битумной эмульсии.
Цементобитумогрунт характеризуется не только высокой проч-
ностью и морозостойкостью, но и обладает повышенной деформа-
тивностью и малой истираемостью. Эти свойства позволяют при-
менять такой материал в суровых климатических условиях (во II и
даже I дорожно-климатических зонах) и эффективно использовать
его в конструктивных слоях дорожных одежд на дорогах I—III кате-
горий (верхний слой основания).
В исследованиях Л. Н. Ястребовой, И. А. Плотниковой, а впо-
следствии А. А. Фридман и В. С. Цветкова [60] были всесторонне
изучены свойства и структурные особенности рассматриваемого
материала и проверены в производственных условиях. Данные по
изучению морозостойкости цементобитумогрунта показывают, что
при добавке в песчаный и супесчаный грунт 15% портландцемента
прочность цементогрунта в 2—3 раза превышает прочность такого
же грунта, но укрепленного добавкой 10% цемента и 5% эмульги-
рованного битума. Однако после 50 циклов замораживания-оттаи-
вания при температуре замораживания —22° С прочность цементо-
141
АМЕМ.КС
Рис. 28. Морозостойкость комплексно-
укрепленных грунтов:
1 — песок пылеватый +15% цемента; 2 —
песок пылеватый + 10% цемента + Б%
эмульгированного битума; 3 — супесь лег-
кая + 15% цемента; 4 — супесь легкая +
+ 10% цемента + 5% эмульгированного
битума; 5 — песок среднезернистый +15%
цемента; 6 — песок среднезернистый +10%
цемента +5% эмульгированного битума
грунта начинает резко снижаться, в то время как комплексно-ук-
репленный грунт (10% цемента-|-5% битума) почти не снижает или
очень мало снижает свою прочность даже после 200 циклов замора-
живания-оттаивания (рис. 28).
Такая высокая степень морозостойкости комплексно укреплен-
ного грунта обусловливается качественно иной структурой порового
пространства, повышением адгезионного сцепления пленок битума
с поверхностью частиц грунта и зерен прогидратированного цемента.
При добавке 5% битума, учитывая его объемную массу, он зай-
мет примерно 10% пор по объему. Поры укрепленного грунта будут
полностью или частично заполнены битумом, поверхность пор при-
обретает гидрофобные свойства и не будет смачиваться водой. Од-
новременно будут также образовываться условно замкнутые поры.
Представление о характере образующейся пористости в укреплен-
ных грунтах при различных добавках вяжущих материалов дают
данные, полученные А. А. Фридман (табл. 43).
Таблица 43
Состав укрепленного грунта	Поры, заполняемые водой, %		Условно замкнутая пористость, %	Диаметр нор, мкм	
	замерзаю- щей	незамер- зающей		преобла- дающий	м акси- мальный
Песок + 10-уо цемента	25,5	4,5	7,0	90—95	287
Песок + 5% цемента + 5% эмульгированного битума	9,2	7,8	13,0	70—75	221
Песок + 10% цемента + 5% эмульгированного битума	4,3	9,9	13,8	25—35	140
Супесь + 10% цемента	13,8	13,2	4,0	10—16	143
Супесь + 5% цемента + 5% эмульгированного битума	7,2	10,8	6,0	4—14	96
Супесь + 10% цемента + 5% эмульгированного битума	2,3	12,7	7,8	4—7	57
142
Изучение структуры цементобитумогрунта дает основание пред-
положить, что при введении добавок цемента и битума в массе ук-
репленного грунта формируется сильно разветвленная пространст-
венная структура смешанного типа. Отдельные микрообъемы грун-
та сложной конфигурации характеризуются преобладанием упруго-
вязкой коагуляционной структуры, формирующейся под действием
битума, который связывает частицы грунта и их микроагрегаты в
монолитную массу. В других микрообъемах укрепленного грунта
преобладает жесткая кристаллизационная структура, обусловлен-
ная цементирующим действием гидратированных зерен цемента и
новообразований. Такие микроблоки (или участки) с диаметрально
противоположной структурой чередуются между собой, имеют очень
изломанную и неровную поверхность и связываются в монолитную
массу пленками битума или новообразованиями цемента. Такая
мозаичная, часто чередующаяся и взаимопроникающая структура
смешанною типа и обусловливает полезные качества комплексно-
укрепленного грунта: прочность, высокую морозостойкость, повы-
шенную деформативность, большую сдвигоустойчивость при повы-
шенных температурах (50° С) и износостойкость.
Указанные выше свойства можно направленно изменять, увели-
чивая или уменьшая величину добавки цемента и битума, в зави-
симости от условий работы материала в различных конструктивных
слоях дорожных и аэродромных одежд и с учетом возможных на-
грузок, интенсивности движения и климатических условий.
Уже в начальной период исследований в рассматриваемом на-
правлении предполагалась возможность применения в эмульгиро-
ванном состоянии не только вязких, но и жидких битумов.
Жидкие битумы, а также гудроны при малой их вязкости, мож-
но применять в качестве варианта комплексного метода укрепления
грунта двумя вяжущими материалами, характеризующимися разны-
ми типами структуры (кристаллизационной и коауляционной). При
этом малая вязкость указанных органических веществ позволяет
вводить их в грунт также и в неэмульгированном виде. Однако по-
лучаемые результаты не позволяют достигать таких же результатов,
как при добавке вязких битумов в эмульгированном состоянии.
А. А. Фридман и Т. М. Луканиной были проведены исследования
по сравнительному изучению эффективности добавок различных ор-
ганических вяжущих веществ, вводимых в комплексноукрепляемый
грунт [61]. В этих целях среднезернистый песок укрепляли добавка-
ми портландцемента (4%) и органического вяжущего в эмульгиро-
ванном виде (4% от массы минеральной части смеси). В целях сни-
жения расхода цемента в грунтовую смесь вводили добавку грану-
лированного шлака в количестве 15% по массе смеси.
Эмульсии готовили на вязком битуме (БНД 60/90) или на
гудроне. В качестве эмульгатора применяли сульфитно-дрожжевую
бражку (СДБ).
Образцы, приготовленные из смесей указанного состава, отли-
чающиеся между собой только лишь свойствами и составом органи-
ческого вяжущего, подвергали испытаниям после 28 и 90 сут твер-
143
AMO.KD
дения. Определяли предел прочности при сжатии водонасыщенных
образцов и предел прочности при сжатии водонасыщенных образ-
цов, прошедших 25 циклов переменного замораживания-оттаива-
ния [61].
Полученные результаты, частично приведенные в табл. 44, пока-
зывают следующее. При укреплении песка портландцементом, гра-
нулированным шлаком и добавками жидкого битума или разжижен-
ного гудрона не достигается соответствующего повышения проч-
ности укрепленного грунта в водонасыщенном состоянии, но резко
возрастает морозостойкость.
В том же случае, когда при указанных выше дозировках цемен-
та и гранулированного шлака в грунт вводится жидкий битум или
гудрон в эмульгированном состоянии в том же количестве, прочность
образцов укрепленного песчаного грунта и степень их морозостой-
кости увеличиваются в 1,5—2 раза по сравнению с прочностью об-
разцов с добавкой жидкого битума и в 2—2,5 раза и более по срав-
нению с прочностью образцов с добавкой разжиженного гудрона.
Полученные результаты прочности и морозостойкости образцов
при добавке жидкого битума или гудрона в эмульгированном со-
стоянии отвечают требованиям строительных норм СН 25-74.
Вместе с тем следует отметить, что для исследованного состава
смесей даже в случае добавки жидкого битума или гудрона в эмуль-
гированном состоянии, прочность и морозостойкость образцов из та-
ких смесей все же не достигает прочности и морозостойкости, полу-
чаемой при добавке вязкого битума в эмульгированном состоянии.
Исследованиями И. П. Гаркавенко, проведенными по укрепле-
нию цементом и битумной эмульсией типичных видов грунтов, име-
ющих широкое распространение на территории Украины, было по-
казано, что рассматриваемый комплексный метод может быть ус-
Таблица 44
Вид органического вяжущего	Время твердения образцов, сут	Предел прочности при сжатии, кгс/см’		Коэффициент морозостой- кости „25 *МРЗ /?вод
		^вод	л25 КМРЗ	
Эмульгированный вязкий битум	28	24,0	21,0	0,88
	90	30,0	28,5	0,95
Эмульгированный жидкий битум	28	17,3	12,5	0,72
	90	22,0	20,0	0,90
Эмульгированный гудрон	28	18,0	12,5	0,70
	90	21,0	16,0	0,76
Разжиженный гудрон	28	10,0	6,6	0,66
	90	13,5	9,5	0,70
Жидкий битум	28	6,3	5,0	0,78
	90	8,0	6,5	0,80
Без органического вяжущего	28	11,0	Образцы разруши- лись	—
	90	21,5	То же	—
144
Рис. 29. Зависимость модуля упруго-
сти Еу и модуля деформации Ед су-
песчаных и суглинистых грунтов, ук-
репленных цементом и битумной
эмульсией, от сопротивления изгибу
водоиасыщеииых образцов
пешно применен не только для
укрепления песчаных и супесча-
ных грунтов, но также для су-
глинистых и тяжелосуглинистых
лессовых карбонатных грунтов, в
том числе и гумусовых горизон-
тов чернозема [12j.
Обширные экспериментальные
исследования проводились с ис-
пользованием добавок портланд-
цемента и шлакопортландцемен-
та, а также битумных эмульсий,
приготовленных на вязких биту-
мах БНД 90/130 и БНД 200/300.
В качестве эмульгаторов приме-
няли сульфитно-дрожжевую бра-
жку, древесную смолу и щелоч-
ные вытравки.
При правильном соотношении
добавок цемента и битума, вводи-
мого в виде эмульсии, помимо
других показателей, достигается
большая сопротивляемость на
растяжение при изгибе.
При этом с увеличением проч-
ности на изгиб соответственно возрастают величины модулей упру-
гости и деформации укрепленных материалов (рис. 29).
В Союздорнии Т. М. Луканиной выполнены также исследования
по комплексному укреплению грунтов органическими вяжущими в
эмульгированном состоянии и добавками сланцевых (электрофиль-
тровой и циклонной) зол уноса Прибалтийской ГРЭС. В качестве
органических вяжущих использовали известковобитумную пасту и
анионактивные эмульсии, приготовленные на вязком битуме и неф-
тяном гудроне. Эффективность комплексного укрепления проверя-
ли на песках различного гранулометрического состава — крупном
и мелком, а также на связных глинистых и суглинистых грунтах с
числом пластичности до 20.
С введением в песчаный грунт золы и эмульгированного битума
в количестве соответственно 20 и 4% от массы грунта процесс уп-
рочнения укрепленного материала не замедлялся. Напротив, при
применении известковобитумной пасты прочность золобитумогрун-
та повысилась по сравнению с чистым зологрунтом (80—95 кгс/см2
в водонасыщенном состоянии в возрасте 90—150 сут вместо 50—
80 кгс/см2 без добавки битума в виде пасты).
Это явление можно объяснить положительной ролью эмульгиро-
ванного битума, релаксирующего возникающие в системе грунт —
зола напряжения, и эмульгатора извести как активатора физико-
химических процессов твердения сланцезольного вяжущего, а так-
же лучшей уплотняемостью песка, укрепленного зольнобитумным
145
KV	AMKM.RX) J
1
вяжущим, и повышением активности кварцевых частиц в при-
сутствии извести к взаимодействию с эмульгированным би-
тумом.
Указанными исследованиями установлено также, что при укреп-
лении несвязных песчаных грунтов (в том числе и одномерных) би-
тумным вяжущим совместно с золой уноса получен более морозо-
стойкий материал, чем при укреплении этих грунтов одной золой
уноса. Например, песчаный грунт с добавкой оптимального коли-
чества зольнобитумного вяжущего (20% золы и 4% битума в виде
пасты) имеет после 25 циклов замораживания-оттаивания 7?Вод—
= 50 кгс/см2, после 50 циклов — 30 кгс/см2. Коэффициент морозо-
стойкости после 25 циклов равен 0,83, после 50 циклов — 0,5. Золо-
битумогрунт выдержал до разрушения 65 циклов замораживания-
оттаивания.
При укреплении этого грунта одной золой уноса (20% от массы
смеси) коэффициент мозоростойкости равен 0,16, после 35 циклов
образцы зологрунта разрушились.
Укрепленный зольнобитумным вяжущим песчаный грунт харак-
теризуется также высокой деформативной способностью при раз-
личных температурах. Величина относительного удлинения при
—20° С примерно в 5 раз выше, чем для зологрунта (82- 104 вместо
16-104). Прочность при изгибе этого материала составляет
28,5 кгс/см2 вместо 12 кгс/см2 для грунта, укрепленного одной золой
уноса. По сдвигоустойчивости золобитумогрунт приближается к ас-
фальтобетону и имеет прочность при сдвиге в водонасыщенном со-
стоянии равную 7,7 кгс/см2.
При комплексном укреплении песчаного грунта золой уноса и
эмульгированным битумом (в виде пасты) повышается сопротивля-
емость воздействию истирающих нагрузок. Потеря в массе для об-
разцов зологрунта с добавкой битумной пасты равна 0,75 г на
1000 оборотов круга, без добавки — 2,25 г.
Таким образом, по комплексу физико-механических свойств пес-
чаные грунты, укрепленные известковобитумными пастами с до-
бавкой сланцевых зол уноса, отвечают требованиям I класса проч-
ности (СН 25-74), предъявляемым к грунтам, укрепленным неорга-
ническими вяжущими и, следовательно, могут быть рекомендованы
для устройства верхних слоев оснований или облегченных покрытий
на дорогах III и IV категорий.
При укреплении песчаных грунтов анионактивными битумными
эмульсиями в сочетании с добавками сланцевых зол уноса получен
материал, отвечающий требованиям II класса прочности (согласно
СН 25-74).
Исследованиями показана принципиальная возможность приме-
нения данного способа укрепления для глинистых грунтов. С введе-
нием эмульгированного битума (в виде пасты) в глинистый золо-
грунт при близких значениях прочности достигаются более высокие
значения водо- и морозостойкости, снижаются водонасыщение и на-
. бухание по сравнению с зологрунтом.
146
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ОТХОДАМИ ФЕНОЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Эффективным отходом, пригодным для устройства укрепленных
слоев дорожных и аэродромных одежд, является фенольная смо-
ла — побочный продукт нефтехимической промышленности при про-
изводстве фенола и ацетона из нефти. Отходы фенольного произ-
водства представляют собой смесь углеводорода, фенолов и других
органических соединений с небольшим содержанием минеральных
солей и воды. По внешнему виду это маслянистая жидкость с ус-
ловной вязкостью Сео не более 6—8 с и температурой вспышки не
ниже 60° С. По свойствам эти отходы отвечают требованиям
ТУ 38 10286—75.
При разработке метода комплексного укрепления грунтов эти-
ми отходами и известью исходили из того, что фенольные смолы
являются весьма активным компонентом в системе грунт — вяжу-
щее. Они состоят из продуктов вторичных реакций, протекающих
при кислотном разложении гидроперекиси изопропилбензола: ди-
мера а-метилстирола, -а-диметилбензилфенола и веществ более вы-
сокой циклизации и конденсации смол [32].
По аналогии со сланцевыми смолами можно предположить, что
в отходах фенольного производства содержится несколько групп
соединений, обладающих явно выраженной склонностью образовы-
вать водородные связи как между одинаковыми молекулами, так и
молекулами других классов. К ним относятся карбоновые кислоты,
фенолы, кетоны и простые эфиры. Фенолы в неполярных раствори-
телях могут ассоциироваться с образованием линейных (а, возмож-
но, и циклических) ассоциантов с любым числом исходных молекул.
При образовании водородной связи фенолы, как доноры протонов,
могут не только образовывать полимеры с любым числом исходных
молекул, но и вступать во взаимодействие с молекулами, облада-
ющими основными свойствами.
При этом водородная связь образуется, как правило, между гид-
роксильной группой фенола и атомом с неравномерной электрон-
ной плотностью в молекуле акцептора протона [32].
Кетоны и простые эфиры, которые наряду с фенолами содержат-
ся в отходах феноло-ацетонового производства, по-видимому, склон-
ны образовывать с фенолами молекулярные соединения. Это дает
основание предположить, что при использовании активности хими-
ческих компонентов, входящих в состав отходов фенольного произ-
водства, можно направленно регулировать их свойства и тем самым
повысить эффективность использования этих отходов как вяжущего
для укрепления грунтов в присутствии щелочных катализаторов.
Как показали исследования ряда авторов, для таких целей при-
меняются анионактивные ПАВ (типа низкотемпературной каменно-
угольной или госсиполбвой смол) или добавки различных активато-
ров, содержащих ионы кальция, например извести, зол уноса
и др.
При взаимодействии активных составляющих, входящих в со-
став отходов производства фенольных смол, с указанными актива-
147
АМКЯ. RD
торами происходит образование кальциевых мыл и фенолятов каль-
ция— продуктов, упрочняющих структуру обработанного грунта и
придающих ему стабильную во времени прочность и морозостой-
кость. Это предопределяет возможность эффективного использо-
вания комплексного укрепления грунтов с применением рассматри-
ваемых отходов и добавок извести при устройстве различных несу-
щих слоев дорожных одежд и аэродромных покрытий.
А. В. Левченко, Л. А. Марковым, П. И. Логиновой и другими бы-
ли разработаны способ и технология комплексного укрепления
грунтов с использованием жидких отходов фенольных и сланцевых
смол в сочетании с небольшими добавками извести. Проведенные
исследования получили надежную опытную и производственную
проверку в Волгоградской, Белгородской областях и в ряде районов
Казахской ССР. Всего было построено более 200 тыс. м2 дорог и
аэродромов, которые эксплуатируются в настоящее время. Выпол-
ненный комплекс работ позволил значительно снизить расход ка-
менных материалов и вяжущих (цемента и битума). Так, только в
Белгородской обл. на каждом километре автомобильной дороги с
основанием из грунта, укрепленного известью и отходами феноль-
ного производства, расход щебня уменьшился на 1800 м3, песка на
1000 м3 и на 80% сократилась потребность в транспортных средст-
вах для перевозки материалов.
Стоимость 1 км автомобильной дороги при этом снизилась на
12 тыс. руб.
Однако грунты, укрепленные указанными отходами (2—3% от
массы грунта) и известью (1—3% из расчета на СаО), имеют отно-
сительно низкую морозостойкость и в соответствии с требованиями
СН 25-74 могут быть применены при строительстве дорог и аэро-
дромов в основаниях капитальных и облегченных покрытий, а так-
же в покрытиях переходного типа только в IV и V дорожно-клима-
тических зонах.
При разработке соответствующего комплекса мероприятий по
использованию рассматриваемых отходов во II и III дорожно-кли-
матических зонах для устройства укрепленных оснований и других
несущих слоев дорожных одежд Т. М. Луканиной, И. Л. Гурячко-
вым, А. В. Левченко были проведены исследования с целью полу-
чения морозостойкого укрепленного материала, удовлетворяющего
требованиям СН 25-74. Исследования проводили на оптимальной
грунтогравийной смеси с максимальным размером зерен 5 мм, а так-
же на связных грунтах (супесях, суглинках и глине). В качестве вя-
жущих использовали отход фенольного производства с вязкостью
С6о=6с, содержанием свободных фенолов около 55%, а также из-
весть-кипелку с активностью 95%.
Установлено, что при укреплении оптимальной грунтогравийной
смеси 3% отхода фенольного производства и оптимальным количе-
ством извести значительно возрастает морозостойкость материала.
Коэффициент морозостойкости после 15 циклов замораживания-
оттаивания составляет 0,80—0,82, а после 25 циклов —0,65—0,75,
что соответствует требованиям СН 25-74.
148
Наиболее оптимальными по условиям морозостойкости являют-
ся связные грунты с числом пластичности не менее 4 и не более 17.
Для этих грунтов коэффициент морозостойкости изменяется в зави-
симости от числа пластичности грунта следующим образом: после
15 циклов замораживания-оттаивания от 0,78 (для грунтов с числом
пластичности 4) до 0,96 (для грунтов с числом пластичности 16),
после 25 циклов соответственно от 0,67 до 0,85.
Наиболее интенсивное формирование материала происходит в
течение 7—10 сут. В этот период грунты, укрепленные указанными
отходами и известью, цабирают 70—80% от значения прочности
при сжатии в возрасте 28 сут. При этом оптимальным режимом
формирования укрепленных грунтов являются условия влажного
твердения (относительная влажность воздуха 98% и температура
204-25° С).
Широкое опытно-производственное строительство оснований ав-
томобильных дорог и аэродромов из грунтов, укрепленных этими
отходами, проведено в Читинской, Кировской и Пермской областях
(I и II дорожно-климатические зоны), а также в Орловской и Рос-
товской областях (III и IV дорожно-климатические зоны).
В результате проведения опытных работ была усовершенствова-
на технология укрепления грунтов жидкими отходами фенольного
производства в сочетании с добавкой извести. При этом исключена
необходимость нагрева отходов и смеси грунта с вяжущим, а также
доказана возможность введения в грунт извести в порошкообраз-
ном виде, а не только в виде известкового молока.
Приготовление смеси рекомендуется осуществлять в стационар-
ных установках с принудительным перемешиванием или смешени-
ем на дороге с использованием одно- или многопроходных грунто-
смесительных машин.
При использовании укрепленных таким способом грунтов полу-
чен экономический эффект в размере 12—40 тыс. руб. на 1 км; при
этом на 70—80% сокращаются объемы перевозок материалов и на
60—70% уменьшается потребность в щебне.
На основе настоящих исследований и опытно-производственного
строительства было разработано изменение № 1 к Техническим ус-
ловиям № 38 10286—75 на смолу — отход фенольного производства.
Изменение № 1 утверждено Министерством нефтехимической про-
мышленности и введено в действие с июня 1977 г. В этом Изменении
выделена марка смолы, предназначенная специально для дорожно-
строительных работ (марка «А»).


Глава 5
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ СИНТЕТИЧЕСКИМИ СМОЛАМИ
ОБЩИЕ ДАННЫЕ
Бурное развитие химической промышленности и в связи с этим
увеличение промышленного выпуска синтетических высокополимер-
ных соединений, в том числе и различных синтетических смол хо-
лодного отверждения, открывает большую перспективу для исполь-
зования этих веществ в строительстве.
Разносторонние исследования, проведенные в Советском Союзе
и ряде зарубежных стран по использованию синтетических смол
холодного отверждения в качестве самостоятельного активного ре-
агента для укрепления грунтов, показали, что добавка таких смол
обеспечивает образование прочной и гидрофобной структуры, высо-
кую прочность, водо- и морозостойкость укрепленного грунта.
При этом структурно-механические и другие свойства укреплен-
ных грунтов можно направленно изменять в широком диапазоне,
обеспечивая при этом требуемые технические качества такого ма-
териала с учетом его работы в том или ином конструктивном слое
дорожной или аэродромной одежды.
Практический интерес к рассматриваемой проблеме объясняет-
ся также и тем, что синтетические смолы, как правило, обладают
рядом свойств, имеющих исключительно важное значение для до-
рожного и аэродромного строительства. К таким свойствам прежде
всего следует отнести: высокие адгезионные и когезионные свойст-
ва; высокие прочностные свойства укрепленных смолами грунтов;
возможность регулирования процессов отверждения смол в массе
обрабатываемого грунта и формирования структуры укрепленного
грунта в заданные по времени сроки [3, 4, 33].
Для создания прочной и долговечной структуры и требуемой
прочности укрепленного грунта требуется добавка смол в 2—5 pas
меньше, чем, например, цемента или битума.
В настоящей главе рассматриваются органические полимерные
соединения холодного отверждения, наиболее пригодные и доступ-
ные для укрепления грунтов.
Установлено, что специфические свойства полимеров при укреп-
лении грунтов могут быть реализованы в полной мере лишь тогда,
когда связи вдоль цепи намного прочнее поперечных связей, обра-
зующихся вследствие межмолекулярного взаимодействия. Полиме-
ры образуются в результате процессов полимеризации или поликон-
денсации.
При полимеризации реакция соединения нескольких молекул
(мономеров) протекает без изменения их элементарного состава и
150
не сопровождается выделением побочных продуктов. В реакции по-
лимеризации легко вступают те органические соединения, в молеку-
ле которых имеются двойные или тройные связи между атомами
(например, этилен, стирол и др.).
При поликонденсации реакция соединения нескольких молекул
одинакового или различного строения сопровождается выделением
простейших низкомолекулярных веществ. Исходные мономеры дол-
жны содержать в молекуле не менее двух функциональных групп
(ОН, NH2, СООНидр.).
Большую роль в реакциях поликонденсации играет концентра-
ция водородных ионов в растворе (pH). Изменяя pH среды, можно
управлять процессом поликонденсации.
Свойства и особенности полимера можно оценить, зная размер
образующих его макромолекул, т. е. молекулярную массу, гибкость
этих молекул и силу межмолекулярного взаимодействия.
Возможное взаимодействие полимеров с грунтами в схематиче-
ском виде изображено на рис. 30. Сращивание (сшивку) полимер-
ных цепей можно осуществить двумя путями:
включением в процесс сшивки полимерных цепей 1 частиц грун-
та и его прочных микроагрегатов 2 за счет проявления ионных или
ковалентных связей (рис. 30, а);
осуществлением лишь механического пронизывания объема
грунта полимерными цепями без участия грунтовых частиц или их
микроагрегатов в образовании структурных связей сетки полиме-
ров (рис. 30, б).
Первый путь (см. рис. 30, а), безусловно, имеет существенные
преимущества перед вторым.
Как показано на рис. 30, частицы грунта образуют часть поли-
мерной сетки и как органически целое с полимером создают про-
странственную прочную структуру. В этом случае цепочки полимера
соединяют между собой отдельные частицы и микроагрегаты грун-
та, что существенно сокращает расход полимера. Чем больше плот-
ность укрепленного грунта, тем больше проявляется влияние
свойств грунта на формирование полимерных связей.
Рис. 30. Схема взаимодействия полимеров с грунтами
AMEI.S.V
151
Наиболее благоприятными условиями, обеспечивающими фор-
мирование прочной пространственной структуры укрепленного по-
лимером грунта, является непосредственная химическая и физико*
химическая связь макромолекул с поверхностью частиц или микро-
агрегатов грунта.
Положительный эффект при укреплении грунтов синтетическими
смолами зависит от правильного выбора смолы и условий ее от-
верждения.
Учитывая особенности состава грунтов и их работу в дорожной
или аэродромной одежде, при выборе смолы для укрепления грун-
та необходимо, чтобы этот реагент отвечал следующим требо-
ваниям:
имел высокую когезию, т. е. большое внутримолекулярное сцеп-
ление. Оно зависит от длины цепи полимера;
обладал хорошей адгезией с поверхностью частиц или микроаг-
регатов грунта в присутствии воды. Адгезионная способность поли-
мера зависит от степени упорядоченности его молекул на поверхно-
сти раздела твердого тела;
обладал способностью к избирательной адсорбции по отноше-
нию к гидрофильным глинистым материалам с образованием хемо-
сорбционных связей;
хорошо растворялся в воде как в мономерной, так и в полимер-
ной форме на время введения смолы в грунт, перемешивания и уп-
лотнения смеси;
приобретал нерастворимость и несмачиваемость в воде (гидро-
фобность) после отверждения смолы в массе уплотненного грунта,
а также обладал морозостойкостью и биологической стойкостью;
отверждался в интервале температур 0—40° С как в сухом грун-
те, так и при повышенной его влажности;
имел невысокую стоимость или перспективу на ее снижение при
массовом промышленном изготовлении.
Присутствующая в грунтах вода может быть активным реаген-
том, что вызывает необходимость предъявлять определенные требо-
вания к синтетическим смолам, применяемым для укрепления грун-
тов. Лишь немногие смолы способны образовывать прочные хими-
ческие связи в водной среде.
Учитывая, что тонкодисперсные виды грунтов являются актив-
ной средой, оказывающей воздействие на отверждение смол, в на-
чальный период исследований отдавалось предпочтение применению
для укрепления грунтов смол — полимеров поликонденсационного,
а не полимеризационного типа.
Полимеризационные процессы более чувствительны к составным
частям грунта, в том числе и к кислороду воздуха, имеющегося в
порах грунта, в результате чего такие процессы могут прерываться
и не возобновляться.
Полимеры конденсационного типа менее чувствительны к при-
месям в грунтах и к кислороду воздуха.
Следует отметить, что введением би- и трифункциональных мо-
лекул можно сращивать (сшивать) отдельные сравнительно ко-
152
роткие участки молекулярных цепей в более сложные молекулярные
структуры. По этой причине мочевина как полуфункциональное со-
единение и получила весьма широкое распространение.
Строение полимера определяет его жесткость или пластичность,
а, следовательно, и характер структуры укрепленного грунта. Наи-
более гибкими и эластичными, способными к пластическим дефор-
мациям, являются полимеры, построенные из линейных молекул,
которые могут скользить одна по. другой.
Пространственные (разветвленные) и сеточные структуры, обра-
зованные в процессе сращивания (сшивки) макромолекул, облада-
ют большой жесткостью благодаря наличию прочных внутренних
связей в различных направлениях. Такое строение устраняет воз-
можность скольжения отдельных молекул без разрушения связей
между ними.
Многие физические свойства полимеров тесно связаны с вели-
чиной их макромолекул, а, следовательно, с их молекулярной мас-
сой. Условно принято считать, что к высокомолекулярным соедине-
ниям относят такие, которые имеют молекулярную массу более
5000.
Имеются основания полагать, что прочная связь между поверх-
ностью частиц грунта и молекулами полимера возникает в том слу-
чае, когда эти молекулы полярны или ионогенны. Поэтому такие по-
лимеры наиболее пригодны для укрепления грунтов.
В настоящее время изучена и проверена в производственных ус-
ловиях возможность укрепления различных видов грунтов с приме-
нением добавок: карбамидоформальдегидных смол различного со-
става; фурфурол-анилиновых смол; резорциноформальдегидных и
индено-алкиароматических смол; акриловых соединений; лигно-
сульфоновых и лигнопротеиновых соединений; кремнийорганиче-
ских и других смол.
Указанные вещества способны к холодному отверждению при
правильном выборе того или иного отвердителя.
Опыт применения для укрепления грунтов высокомолекулярных
соединений, выпускаемых химической промышленностью для дру-
гих целей, показал, что среди изготавливаемых видов синтетических
смол в ряде случаев могут быть отобраны наиболее эффективные
для укрепления грунтов и отвечающие указанным выше требовани-
ям. Однако это не всегда оказывается возможным.
Более перспективным и эффективным в части придания укреп-
ленным грунтам необходимых структурно-механических свойств
является организация производства и применения таких реагентов,
которые специально были бы предназначены для укрепления раз-
личного вида грунтов и обеспечивали быстрое отверждение их в ин-
тервале температур 0—40° С при различной влажности обрабатыва-
емого грунта.
В этом случае в полной мере 'были бы реализованы свойства
полимера и обеспечена требуемая степень прочности, водо- и мо-
розостойкости укрепленного грунта.
153
RX7	А ME Ж. JB.TC
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ КАРБАМИДНЫМИ
И РЕЗОРЦИНОФОРМАЛЬДЕГИДНЫМИ СМОЛАМИ
Карбамидоформальдегидные смолы различных модификаций
получают в результате реакции поликонденсации мочевины (карба-
мида), тиомочевины или меламина с формальдегидом.
Эти смолы вырабатываются из недефицитного сырья, поэтому
стоимость карбамидноформальдегидных смол значительно ниже
-стоимости других синтетических смол и они являются наиболее перс-
пективным материалом для практического использования их в це-
лях укрепления грунтов.
Карбамидоформальдегидные смолы относятся к термореактив-
ным полимерным смолам, способным при определенных условиях
переходить в пространственные полимеры в виде неплавких и не-
растворимых продуктов. Важным и ценным свойством этих смол
является их способность к поликонденсации на холоде и в пори-
стой среде с образованием нерастворимых в воде прочных соеди-
нений.
Поликонденсация данных смол происходит в кислой среде под
действием соляной, фосфорной или щавелевой кислот, или при до-
бавке хлористого аммония, хлорного или сернокислого железа, а
также других отвердителей. Применять эти смолы можно лишь для
укрепления грунтов, имеющих pH не более 7.
Благодаря указанным выше особенностям карбамидоформаль-
дегидные смолы нашли более широкое применение для укрепления
грунтов по сравнению с другими видами смол [49].
Наиболее эффективной и дешевой из числа выпускаемых в на-
стоящее время смол данного типа является универсальная смола
марки УКС. Смола УКС более глубокой конденсации имеет повы-
шенные механическую прочность и водостойкость, содержит мень-
шее количество свободного формальдегида (0,5—1%).
Резорциноформальдегидные смолы в отличие от карбамидо-
формальдегидных характеризуются универсальностью действия и
обеспечивают достаточно высокую прочность укрепленному грунту
при небольшой добавке реагента. Указанная смола образуется при
взаимодействии резорцина и формальдегида. Процесс конденсации
рассматриваемой смолы весьма сложный. На первой стадии обра-
зуются метилольные производные резорцина, которые затем и обра-
зуют резорциноформальдегидную смолу. Это смола из немногих
синтетических веществ, способных к быстрой поликонденсации как
при нормальной, так и при пониженной температуре в щелочной,
нейтральной и кислой средах.
Входящий в состав смолы резорцин относится к группе двух-
атомных фенолов. Он мало токсичен, очень хорошо растворяется
в воде и характеризуется повышенной химической активностью.
Важной особенностью этой смолы является способность ее к свя-
зыванию воды в количестве, превышающем массу реагентов-смоло-
образователей в 2—2,5 раза.
154
Указанная особенность рас-
сматриваемой смолы свиде-
тельствует о большой целесо-
образности ее применения для
укрепления переувлажненных
грунтов, а также в тех случа-
ях, когда в краткие сроки тре-
буется обеспечить высокую
прочность укрепленному грун-
ту.
Для отверждения резорци-
ноформальдегидной смолы мо-
гут быть использованы как
щелочные, так и кислые реа-
генты: известь, силикат натрия,
сульфат аммония, сернокис-
лый анилин, соляная кислота и
контакт Петрова. Количество
Содержание b грунте глинис-
тых. частиц, % по массе
Рис. 31. Зависимость прочности грун-
тов, укрепленных мочевинофурфурол-
формальдегидной смолой (МФФ),
от содержания в грунте глинистых
частиц:
/ — грунт +6% МФФ по массе грунта;
2—грунт 4-8% МФФ; 3—грунт 4-10%
МФФ
отвердителя обычно составля-
ет 1—2% от массы грунта. Оп-
тимальное соотношение резор-
цина к формальдегиду должно
быть равным 1 : 1 или 1 : 2. До-
бавка указанных смолообразо-
вателей в среднем составляет
5—7% от массы сухого грунта.
Т. М. Луканиной и Л. Н. Ястребовой [28, 68] было установлено,
что прочность структуры конденсационного типа, возникающей при
укреплении грунтов карбамидоформальдегидными смолами, в боль-
шой степени зависит от гранулометрического состава и свойств
грунта, его влажности, вида и количества добавляемой смолы и от-
вердителя (рис. 31).
Добавками карбамидоформальдегидной смолы можно укреп-
лять грунты, разнообразные по своему гранулометрическому соста-
ву: песчано-гравийные, пески, супеси, суглинки с числом пластично-
сти менее 17 и водородным показателем водной вытяжки не бо-
лее 7,4.
Наиболее пригодными грунтами, обеспечивающими высокую
прочность и погодоустойчивость при наименьшем расходе смол, яв-
ляются супесчаные грунты, близкие к оптимальному составу, а так-
же пылеватые пески.
Ориентировочно добавки смол в зависимости от вида грунта и
его влажности в среднем колеблются в пределах, указанных в
табл. 45.
Песчаные и супесчаные грунты, укрепленные смолами улучшен-
ного типа, например, марки УКС обладают высокой морозостойко-
стью и при правильном выборе состава выдерживают 150 и более
циклов замораживания — оттаивания, незначительно снижая при
этом достигнутую прочность.

155
АМГЖ.КГ
Грунты, укрепленные карбамидоформальдегидными смолами,
характеризуются упруго-хрупкими свойствами и конденсационным
типом структуры. Их следует относить к полужестким материалам
и применять главным образом при устройстве оснований под любые
типы покрытий, а также в качестве облегченных покрытий при обя-
зательном устройстве двойной поверхностной обработки. Покрытия
и основания из укрепленных смолами грунтов надлежит применять
в основном во II—III дорожно-климатических зонах.
В настоящее время применение карбамидоформальдегидных
смол различных марок в качестве вяжущего материала из-за боль-
шой их стоимости рекомендуется главным образом для грунтов,
малопригодных при укреплении их цементом и другими вяжущими:
пылеватых и мелких песков, кислых связных грунтов, а также при
необходимости ввода в эксплуатацию покрытия в условиях коротко-
го прохладного лета и большой влажности грунта.
Несмотря на определенные преимущества карбамидоформаль-
дегидных смол по сравнению с другими вяжущими материалами,
широкое применение их ограничено рядом других особенностей и,
в частности, недостаточной эффективностью транспортирования
растворов таких смол, содержащих 30—40% воды, на большие
расстояния.
Этот недостаток может быть устранен путем применения смол
в порошкообразном виде.
В Союздорнии были проведены исследования по применению
для укрепления грунтов сухой порошкообразной карбамидофор-
мальдегидной смолы марки УКС, полученной методом распыленной
сушки в НИИпластмасс. Сухая смола УКС по внешнему виду
представляет белый тонкий порошок, клейкий на ощупь. Влажность
такой смолы составляет 3%, содержание метилольных групп и сво-
бодного формальдегида равно соответственно 24 и 2%, раствори-
мость в воде— 100%.
Установлено, что порошкообразные карбамидоформальдегидные
смолы стабильны при длительном хранении (более года). Приго-
товленные на их основе водные растворы отвечают требованиям
соответствующего ГОСТа на техническую смолу марки УКС.
Изучение физико-механических свойств грунтов (суглинистых
и песчаных), укрепленных смолой УКС разного агрегатного соста-
ва, показало, что процесс структурообразования таких материалов
Таблица 45
Вид грунтов	Добавка смолы, % по массе грунта (на безводное вещество), при влажности	
	оптимальной	повышенной
Пески пылеватые, супеси Суглинки легкие » тяжелые	3-5 5—7 8—10	6-8 8—10 10—12
156
происходит сравнительно быстро. Прочность при сжатии водона-
сыщенных образцов суглинистого грунта, укрепленного порошкооб-
разной смолой УКС, составила 25 кгс/см2, переведенной в раствор
70%-ной концентрации — 22 кгс/см2, жидкой технической смолой —
24 кгс/см2. Эти образцы выдержали до разрушения 50 циклов за-
мораживания-оттаивания, образцы песчаного грунта— 115 циклов.
При этом коэффициент морозостойкости после 25 циклов замора-
живания-оттаивания был равен для суглинков 0,67, для песков —
0,71.
Выполненные исследования показали, что применение карбами-
доформальдегидных смол в порошкообразном виде является одним
из важных направлений использования синтетических смол для
укрепления грунтов, в том числе и переувлажненных, особенно в
условиях строительства дорог в районах Севера и Сибири. Однако
производство сухих смол весьма сложно и в промышленном мас-
штабе еще не организовано, что сказывается на их стоимости и
пока ограничивает возможность широкого применения.
Как показали исследования М. Н. Першина и А. П. Платонова
[41, 42, 43], в целях повышения эффективности применения карба-
мидоформальдегидных смол, упрощения производства работ и рас-
ширения видов веществ, применяемых для укрепления грунтов,
целесообразно идти по пути синтезирования смолы непосредствен-
но в массе грунта. Для этого необходимо вводить в грунт следую-
щие добавки: мочевину и формалин, катализатор-отвердитель в
виде сульфата окиси железа, а также тиомочевину, регулирующую
процессы образования и отверждения смолы. Количество каждого
реагента составляет: мочевина — 42%; формалин — 30%; сульфат
окиси железа — 1 % и тиомочевина — 27.
Согласно разработанной технологии работ, вначале в грунт
вносят раствор мочевины и тиомочевины в формалине, а затем ка-
тализатор-отвердитель— сульфат окиси железа. После перемеши-
вания грунта с добавками смесь уплотняют до максимальной плот-
ности.
Тиомочевина обеспечивает возможность регулирования скоро-
сти структурообразования н повышает прочность укрепленного
грунта, которая становится стабильной через 7 сут. Это является
большим преимуществом предложенных реагентов для укрепления
грунтов.
Разработанная М. Н. Першиным и А. П. Платоновым компози-
ция реагентов в указанном выше составе и в сумме составляющая
8% от массы грунта обеспечивает высокую прочность укрепленным
грунтам различного вида. Об этом свидетельствуют данные по ис-
пытанию прочности образцов укрепленных грунтов после их твер-
дения в течение 6 сут в воздушно-влажной среде и последующего
водонасыщения в течение 1 сут (рис. 32). Из рис. 32 видно, что при
правильном выборе и соотношении реагентов, а также при опти-
мальной технологии производства работ можно достичь высокой
прочности укрепленных песчаных и супесчаных грунтов.
К157
AMEM.S.V
Рис. 32. Прочность водонасыщениых
образцов различных видов грунтов,
укрепленных мономерной композици-
ей реагентов: формалина, мочевины
л тиомочевины; катализатор-отверди-
тель — сульфат окиси железа:
Г — песок; 2 — супесь; 3 — суглинок; 4 —
суглинок тяжелый; 5 — глина
укрепления песчаных и супесчаных
В связи с возрастающими тем-
пами дорожного строительства и
необходимостью более полного и
эффективного использования до-
рожных машин и оборудования, а
также с целью более полной за-
нятости рабочей силы в настоя-
щее время поставлена задача по
разработке методов круглогодич-
ного дорожного строительства.
Индустриальный круглогодичный
метод изготовления высокопроч-
ных сборных конструкций, в том
числе и сборных дорожных конст-
руктивных элементов, — наибо-
лее эффективный.
Проведенные в этом направле-
нии исследования, выполненные
А. В. Линцером, А. Н. Шуваевым,
М. Б. Векслером и другими в Тю-
менском инженерно-строитель-
ном институте [10, 26, 27], показа-
ли, что при использовании для
грунтов, карбамидоформаль-
дегидных смол улучшенных составов и при правильной технологии
работ можно обеспечить в течение круглого года изготовление вы-
сокопрочных дорожных плит и других конструктивных элементов
лз полимеро- или цементогрунта автоклавного твердения.
Новый дорожно-строительный материал, получаемый на основе
укрепления местных песчаных и супесчаных грунтов добавками
смолы и отверждения ее в заводских условиях, предлагается на-
зывать полимергрунтом.
При укреплении песчаных и супесчаных грунтов наилучшие по-
казатели прочности и морозостойкости получаются в случае исполь-
зования добавок карбамидоформальдегидных смол марок УКС-А,
УКС-Б, УКС-72. Оптимальное количество добавки смолы с концен-
трацией 64% составляет 20—22% от массы грунта. В качестве от-
вердителя смолы применяется хлорное железо в количестве 2,5—
3% от массы смолы.
Данные о прочности при сжатии и растяжении при изгибе об-
разцов грунта, укрепленных добавками смолы УКС-А в оптималь-
ном количестве при разных отвердителях, приведены в табл. 46.
Получаемая высокая механическая прочность полимергрунта при
добавке смолы УКС-А и УКС-Б в оптимальном количестве и ис-
пользовании FeCK в качестве отвердителя обеспечивает также
очень плотную структуру укрепленного грунта и малую его влаго-
емкость.
Как следствие этого такой материал характеризуется очень вы-
сокой морозе- и водостойкостью (рис. 33).
158
Таблица 46
Вид отвердителя	Предел прочности водонасыщениых образ- цов, кгс/см2, в возрасте, су г			
	7		28	
	при сжатии	при растя- жении при изгибе	при сжатии	при растя- жении при изгибе
Хлорное железо	240	63	246	64
Хлористый аммоний	162	42	180	44
Бензосульфокислота	86	38	90	40
При оптимальном количестве отвердителя FeCU (2,5—3% от
массы смолы) гелеобразование начинается через 25—30 мин, по-
этому все требуемые технологические операции, включая и уплот-
нение, должны быть выполнены в течение этого времени, что пред-
определяет изготовление плит или других конструктивных элемен-
тов из такого полимергрунта только на специально оборудованных
базах (заводах).
Опытно-производственные работы, проведенные в Тюменской
обл. на автомобильных дорогах III категории по устройству сбор-
ного покрытия из плит полимергрунта указанной выше прочности,
показали, что такое покрытие работает удовлетворительно. Замена
железобетонных плит ПАГ-14 на плиты полимергрунта в данное
время удешевляет строительство на 25—30 руб. на каждый 1 м3
уложенных плит.
Исследованиями ЛА. Н. Першина и Л. К. Пуцейко было установ-
лено [41], что укрепленные резорциноформальдегидными смолами
песчаные, легкосуглинистые и глинистые грунты при влажности,
ровной нижней границе текучести, и расходе вяжущих от 4 до 9%
от массы грунта приобретают водостойкость и значительную проч-
ность. Модуль деформации укрепленного грунта при использова-
нии в качестве отвердителя СаО достигает через 2—3 сут
1200 кгс/см2. Образцы укрепленного грунта водоустойчивы. При
погружении в воду на 20 сут. после 3-суточного твердения во влаж-
ных условиях они никаких признаков размокания не обнаружили.
Но, несмотря на полученные положительные результаты, широ-
кое применение резорциноформальдегидных смол в строительстве
Рис. 33. Изменение физико-ме-
ханических свойств полимеро-
грунта от количества циклов
замораживания-оттаивания при
—22” С:
1 — предел прочности при изгибе и
добавке 16% смолы; 2 — предел
прочности при сжатии и добавке
16% смолы; 3 — объемная масса
образца; 4 — предел прочности при
изгибе и добавке 10% смолы
пока еще ограничено высокой стоимостью и дефицитностью исход-
ных реагентов и, в частности, резорцина.
В последние годы в Союздорнии (Т. М. Луканина и др.) иссле-
дования по применению карбамиде- и резорциноформальдегидных
смол как эффективных вяжущих для укрепления грунтов проводи-
ли в направлении структурной модификации данных полимерных
материалов в грунтовой среде. Вызвано это тем, что грунты, укреп-
ленные смолами, в силу особенностей образующейся пространст-
венной структуры полимера характеризуются относительно низкой
деформативной способностью и малым сопротивлением воздейст-
вию истирающих нагрузок. Указанные особенности смологрунтов
ограничивают область использования их преимущественно в осно-
ваниях дорожных одежд.
Для улучшения структурно-механических свойств данных поли-
меров (в присутствии грунта) — снижения их жесткости, хрупкости
и повышения эластичности —в качестве пластификаторов смол
использовали вязкий битум в виде прямых медленнораспадающих-
ся битумных эмульсий, или сырые нефти. Возможность и техниче-
ская целесообразность объединения синтетических смол с эмуль-
сиями обусловлены особенностями их состава и свойств.
Согласно имеющимся представлениям в области химии поли-
меров, используемые в данных исследованиях смолы в неотверж-
денном состоянии представляют собой водные суспензии — смесь
сравнительно низкомолекулярных линейных и разветвленных поли-
меров фибриллярной структуры.
Благодаря наличию в соединениях, входящих в состав этих смол,
двойных связей и таких реакционноспособных групп как альдегид-
ная, аминная, метилольная данные смолы характеризуются высокой
химической активностью, высокой полярностью, хорошей раствори-
мостью и смешиваемостью их с водой до отверждения, большим
сродством и сильным притяжением к гидрофильной поверхности,
в том числе и к поверхности частиц грунта.
Отличительной особенностью данных смол является их способ-
ность в определенных условиях (в присутствии катализаторов или
при воздействии температур) переходить в пространственные по-
лимеры в виде неплавких и нерастворимых продуктов и при этом
связывать в структуре воду.
Полностью отвержденные смолы представляют собой полимеры
пространственной трехмерной структуры с неупорядоченно распре-
деленными связями между цепями макромолекул. Такая своеобраз-
ная густосетчатая структура полимера определяет ряд характерных
свойств его: высокую механическую прочность (при сжатии и изги-
бе), хрупкость, упругость, отсутствие высокоэластического состоя-
ния (в случае карбамидных смол), а также нерастворимость в воде
и любых растворителях.
Снижение жесткости, хрупкости и повышение деформативной
способности таких полимеров возможно путем введения в них бо-
лее низкомолекулярных веществ при условии их взаимной раство-
римости или распределения вводимого вещества по границам раз-
160
дела элементов надмолекулярной структуры смол. Это возможно
при условии, если модифицирующие вещества нерастворимы в по-
лимере, но смачивают его.
При пластификации полимерных смол особого внимания заслу-
живает вопрос о совместимости полимера и пластификатора. По-
скольку исследуемые смолы являются водными суспензиями, то
объединение их с неэмульгированными битумами (жидкими и вяз-
кими) не представляется возможным и потому в качестве пласти-
фикаторов исследуемых смол были выбраны прямые медленнорас-
падающиеся битумные эмульсии, в том числе и пасты. Последние
также представляют собой водные дисперсные системы, в которых
твердой фазой являются частицы эмульгированного вязкого биту-
ма, стабилизированные эмульгатором. Наличие в составе эмульги-
рованного битума соединений типа асфальтенов, смол, ароматиче-
ских и нафтеновых углеводородов, имеющих активные функцио-
нальные группы (ОН, СООН и др.), придает битуму определенную
химическую активность, а следовательно, возможность совмещения
с некоторыми олигомерами синтетических соединений на низких
ступенях поликонденсации.
В результате объединения синтетических смол и битумных
эмульсий возможно образование сопряженной структуры, в кото-
рой вторичные структурные образования асфальтенов будут опре-
деленным образом внедряться в надмолекулярную структуру
синтетической смолы, частично раздвигая надмолекулярные цепи
(или пачки цепей —фибриллы) и адсорбируясь на поверхности
структурных образований смол. Благодаря присутствию частиц
эмульгированного битума в местах контакта полимерных цепей
образующаяся пространственная структура полимера будет более
подвижной, эластичной и деформативной.
В результате объединения синтетических смол с битумными
-эмульсиями получен новый вяжущий материал, условно названный
смолобитумным, в котором активно сочетаются свойства исходных
реагентов: с одной стороны, — термореактивных смол и, с другой,—
термопластичного вязкого битума, обладающего вязко-пластичными
свойствами.
Установлено, что для получения комплексного смолобитумного
вяжущего пригодны прямые медленнораспадающиеся битумные
эмульсии, приготовленные на различных эмульгаторах: кислых и
нейтральных (совместно с карбамидоформальдегидными смолами),
а также щелочных, включая известково-битумные пасты (совмест-
но с резорциновыми смолами).
При объединении смол и битумных эмульсий максимально до-
пустимое количество битума 40—50%. Полученное смолобитумное
вяжущее имеет качественно новую структуру, для которой харак-
терна высокая деформативность в различных напряженных состоя-
ниях (при сжатии и изгибе) с наличием упругих деформаций.
В результате определения термомеханических свойств материа-
лов— синтетических смол и смолобитумного вяжущего — выявле-
но различие их в деформационном поведении в широком интервале
К 161
AMEM.KV
температур. В отличие от смолы — трехмерного пространственного
полимера, который характеризуется стеклообразным упругохруп-
ким состоянием и при температуре свыше 160е С оказывается тер-
момеханически неустойчивым — смолобитумное вяжущее обладает
тремя резко выраженными состояниями: стеклообразным, эластич-
ным, вязко-текучим и во всем интервале температур (от 10 до
240е С) не разрушается. Смолобитумное вяжущее обладает лучши-
ми термомеханическими свойствами по сравнению с вязкими биту-
мами, которые используются для получения битумных эмульсий.
Интервал эластичности комплексного вяжущего, полученного на
основе карбамидо- или резорциноформальдегидных смол и битум-
ных эмульсий, составляет соответственно 230 и 530°, тогда как ин-
тервал эластичности вязкого битума равен 30°, а карбамидная смо-
ла не имеет эластических свойств.
Высокоэластическое состояние смолобитумного вяжущего явля-
ется весьма важным свойством материала для работы его в покры-
тии, поскольку в этом случае при любых напряжениях невозможно
образование трещин и разрывов, возникновение необратимых де-
формаций, связанных с наличием вязкого течения.
Введение указанного вяжущего в грунт способствует формиро-
ванию в массе укрепленного грунта смешанной пространственной
структуры конденсационно-коагуляционного типа. Путем совмест-
ного укрепления грунта смолой и битумной эмульсией можно обес-
печить высокую прочность и морозостойкость укрепленного грунта,
при этом такой материал будет характеризоваться повышенной
деформативной способностью, а следовательно, не образовывать
трещин в конструктивном слое [29].
Установлено, что грунты, укрепленные смолобитумным вяжу-
щим, имеют деформативную способность не меньшую, чем грунты,
укрепленные битумными эмульсиями, и большую по сравнению с
грунтами, укрепленными карбамидными смолами.
Например, укрепленный 6% карбамидоформальдегидной смолы
песчаный грунт при испытании на изгиб упруго деформировался
вплоть до разрушающих нагрузок. Величина общих деформаций
при изгибе была равна 0,14 мм. Доля упругих деформаций от об-
щих при 0,62 ор составляла 100%.
Песчаный грунт, укрепленный битумной эмульсией (6% из рас-
чета на битум), не удалось испытать на изгиб ввиду его малой
прочности.
При укреплении песка 6% смолобитумного вяжущего величина
общих деформаций при изгибе при по сравнению со смологрун-
том увеличилась на 50% и составила 0,29 мм, при 0,3 <тр — 0,075 мм;
доля упругих деформаций от общих при этом была равной 33%.
Аналогичная зависимость наблюдалась для супесчаных и сугли-
нистых грунтов.
Показатели прочности при изгибе образцов грунтов, укреплен-
ных смолобитумным вяжущим, значительно выше, чем грунтов, ук-
репленных битумной эмульсией. Например, для супесчаного грунта
с добавкой 6% вяжущего /?ИЗг в водонасыщенном состоянии была:
162
при укреплении смолой — 32 кгс/см2; битумной эмульсией — 5,5;
смолобитумным вяжущим — 19 кгс/см2. Величина истираемости
грунта, укрепленного смолой, составила 60 г/см2 (после 10 тыс.
оборотов), при добавлении смолобитумного вяжущего—10 г/см2.
Наряду с высокой деформативной способностью и сопротивле-
нием истирающим нагрузкам грунты, укрепленные смолобитумным
вяжущим, характеризуются высокой прочностью, водо- и морозо-
стойкостью. Супесчаный грунт, обработанный оптимальным коли-
чеством битума (6% от массы грунта) в виде битумной эмульсии
при воздушном хранении после 45 циклов замораживания-оттаива-
ния (в возрасте 28 сут), имеет 7?ВОд=2,3 кгс/см2, при добавлении
того же количества смолобитумного вяжущего при влажном хра-
нении— 8 кгс/см2, коэффициент морозостойкости равен 0,6; при
воздушном хранении — 25 кгс/см2; коэффициент морозостойкости
равен 0,8. Морозостойкость супесчаного грунта повышается при
увеличении добавки вяжущего и срока хранения образцов.
Суглинистый грунт, укрепленный 8% смолобитумного вяжуще-
го, выдерживает до разрушения 42—60 циклов замораживания-
оттаивания.
При укреплении суглинистого грунта 6% комплексного вяжуще-
го на основе резорциноформальдегидной смолы марки ФР-12 и
битумной эмульсии установлено, что прочность при сжатии в водо-
насыщенном состоянии в 2,5 раза выше, чем при использовании
вяжущего на основе карбамидной смолы и битумной эмульсии (25
вместо 10 кгс/см2). Кроме того, укрепленный указанным вяжущим
грунт более морозостоек; выдерживает без разрушения до 100 цик-
лов замораживания-оттаивания.	’
Суглинистый грунт, укрепленный 4% смолобитумного вяжущего
с использованием смолы ФР-12 и известково-битумной пасты, име-
ет до испытаний на замораживание-оттаивание /?ВОД=55 кгс/см2,
после 25 и 100 циклов соответственно 45 и 30 кгс/см2. При укрепле-
нии одной смолой ФР-12 /?вод=47 кгс/см2, после 100 циклов —
15 кгс/см2.
Использование указанного вяжущего (в количестве 6% от мас-
сы грунта) оказалось эффективным и для грунта более тяжелого
гранулометрического состава — глины пылеватой с числом пластич-
ности 20. Без добавки пасты указанный грунт выдержал до разру-
шения 20 циклов замораживания — оттаивания, с добавкой битум-
ной пасты после 100 циклов мороза имел прочность при сжатии
30 кгс/см2, коэффициент морозостойкости — 0,5.
Таким образом, исследования по укреплению смолобитумным
вяжущим грунтов различного гранулометрического состава пока-
зали, что эти грунты обладают оптимальными физико-механически-
ми и деформативными свойствами по сравнению с грунтами, укреп-
ленными одной битумной эмульсией или одним карбамидо- или
резорциноформальдегидной смолами, что позволяет рекомендовать
такие материалы для устройства различных слоев оснований и по-
крытий облегченного типа.
К 163
AMEI.RV
В отличие от грунтов, укрепленных битумной эмульсией и пас-
той, формирование и упрочнение структуры грунтов, укрепленных
смолобитумным вяжущим, происходит как при воздушном, так и
при влажном режиме, не связанном с удалением воды. Это позво-
ляет укреплять грунты комплексным вяжущим во влажные перио-
ды года и получать прочную и водоустойчивую структуру укреп-
ленного грунта в условиях, исключающих испарение влаги, чего
нельзя достичь при введении в грунт одной битумной эмульсии
или пасты.
Особенно перспективно применение рассматриваемого вяжуще-
го для укрепления песчаных и супесчаных грунтов при строитель-
стве автомобильных дорог и аэродромов в условиях II дорожно-
климатической зоны.
Вместе с тем следует отметить, что для приготовления комплекс-
ного смолобитумного вяжущего желательно применять медленно-
распадающиеся битумные эмульсии, приготовленные не па вязком,
а на жидком битуме.
Исследования, проведенные в США [71, 75], показали, что пер-
спективным направлением следует считать использование неболь-
ших добавок резорциноформальдегидных смол для улучшения
свойств жидких битумов и эмульсий.
В целях уменьшения добавки карбамидной смолы, а следова-
тельно, уменьшения стоимости расходуемых материалов и прида-
ния укрепленному грунту повышенной деформативности можно с
большим успехом применять для укрепления песчаных и супесча-
ных грунтов карбамидоформальдегидную смолу в сочетании с до-
бавками сырой нефти. Б. И. Врублевским было показано, что хо-
рошие результаты получаются при добавке в грунт смолы в коли-
честве 3% (в пересчете на сухую массу) и 3% сырой нефти. При
этом отвердитель (хлористый аммоний) должен вводиться в коли-
честве 1% от массы смолы.
Замена эмульгированного битума на сырую нефть особенно
перспективна и экономически выгодна в тех случаях, когда строи-
тельство осуществляется непосредственно в новых районах добычи
нефти, где нет еще действующих нефтеперерабатывающих заводов,
например, в Тюменской обл.
Преимущество применения добавки сырой нефти в сочетании с
карбамидной смолой заключается также и в том, что нефть ввиду
малой ее вязкости можно вводить в грунт в неэмульгированиом
виде. При этом указанные реагенты добавляют в грунт раздельно.
Исследованиями Т. М. Луканиной и Р. Г. Кочетковой было уста-
новлено, что применение добавок сырой нефти и карбамидофор-
мальдегидной смолы улучшенного типа целесообразно не только
для песчаных и супесчаных, но также и для суглинистых грунтов
[30]. В качестве вяжущих реагентов применяли смолу марки УКС,
отвечающую требованиям ГОСТа. Эта смола содержала .1,2% сво-
бодного формальдегида, 67% сухих веществ, имела pH = 8 и харак-
теризовалась повышенной прочностью и водостойкостью. Для от-
верждения смолы применяли добавку хлористого аммония.
164
Совместное введение добавок смолы и сырой нефти значитель-
но повышает морозостойкость укрепленного грунта.
После 25 циклов замораживания-оттаивания коэффициент мо-
розостойкости при добавке в грунт смолы и нефти был высокий и
равнялся 0,86, при добавке одной смолы — 0,69. После 50 циклов
замораживания-оттаивания прочность образцов комплексноукреп-
ленного суглинистого грунта несколько снизилась (с 39 до
33 кгс/см2), коэффициент морозостойкости составил 0,73. Образцы
такого же грунта при добавке одной смолы испытаний на 50-крат^
ное замораживание-оттаивание не выдержали.
Данными исследованиями было показано, что комплексноукреп-
ленный грунт характеризовался высокой деформативной способно-
стью и стабильностью свойств при испытании на растяжение при
изгибе при положительных и, что особенно важно, отрицательных
температурах. Величина относительного удлинения смологрунта без
добавки нефти при температуре от 20 до —20° С составила
(23—45) • 104, с добавкой 6% нефти— (32—60)-104. В области от-
рицательных температур грунт, укрепленный двумя вяжущими,
деформировался так же, как и песчаный асфальтобетон. Модуль
упругости укрепленного грунта соответственно составил: при
20° С— 9,5-103, а при —20° С—10,4-103 кгс/см2. Свойства комп-
лексноукрепленного грунта не зависят от последовательности вве-
дения в грунт реагентов.,
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ ФУРФУРОЛЬНЫМИ СМОЛАМИ
Для получения фурфурольных смол исходным продуктом явля- %
ется фурфурол С4Н3О-СНО, представляющий собой альдегид ряда |
фурана (С4Н4О). Основным сырьем для получения фурфурола яв-
ляются продукты гидролиза древесины и растительных остатков : J
(стеблей кукурузы, хлопка).
На базе фурфурола может быть получено несколько видов син- -Й
тетических смол, представляющих практический интерес для ук- J
L репления грунтов. Наиболее изученной в этом отношении является
t	фурфурол-анилиновая смола (ФАС), явившаяся первым синтети-	.4
|	ческим реагентом, позволившим установить принципиальную воз-	С
Г , можность эффективного укрепления грунтов небольшими добавка-	'*
[	ми и применения их в дорожном и аэродромном строительстве [33].	Ч-
•	Фурфурол-анилиновая смола представляет собой продукт поли-	<
L	конденсации фурфурола и анилина, способных вступать в актив-	А
!	йое взаимодействие с грунтом при обычной температуре воздуха,	4,
L а также с другими реагентами. Процесс поликонденсации происхо-
г дит довольно быстро, без подогрева, в слабокислой среде. Фурфо-
I рол и анилин хорошо перемешиваются и объединяются с грунтом.
I Для укрепления песчаных грунтов фурфурол-анилиновая смола
Г была впервые применена во Франции в 1944 г. при высадке амери-
f канского десанта на морскокАобережье в период второй мировой .
В войны.
[	ж/'	165
|ЖЖ. AMKI.
L. '	.	- •.	„	-r.-, .	'	.	, ... .
Рис. 34. Изменение прочности грунта
в зависимости от дозировки ФАС:
/ — суглинок пылеватый после водойасы-
щення в течение I сут; 2 — тот же сугли-
нок после водонасыщення в течение 9 сут;
3 — супесь после водонасыщення в тече-
ние 1 сут; 4 — та же супесь после водо-
насыщения в течение 9 сут
Исследования, проведенные Г. Винтеркорном, показали, что
наилучшие результаты при укреплении грунтов получаются при
соотношение фурфурола и анилина 3:7. Была установлена опти-
мальная дозировка смолы —2% от массы грунта.
Эффективность метода укрепления грунтов различного состава
и генезиса фурфурол-анилиновой смолой была теоретически обос-
нована и экспериментально изучена М. Т. Кострико. Опыты по ук-
реплению фурфурол-анилином разнообразных грунтов показали,
что конечные результаты укрепления существенно зависят от цело-
го ряда факторов. Помимо состава и количества добавляемых в
грунт реагентов, большое влияние на степень укрепления грунта
оказывают минералогический, химический, гранулометрический и
агрегатный составы грунта, состав обменных катионов и емкость
обмена, содержание и состав органических веществ, легкораствори-
мых солей и углекислого кальция. Суммируя результаты исследова-
ний, М. Т. Кострико предложил классификацию грунтов по степени
их пригодности для укрепления ФАС.
Согласно этой классификации жирные глины являются непри-
годными для укрепления ФАС. Содержание в грунте СаСО3 более
1% и гумуса более 6%, а также щелочная среда порового раствора
грунта являются отрицательными факторами при укреплении грун-
та фурфурол-анилиновыми смолами.
При внесении даже небольших добавок ФАС (0,5%) суглинис-
тый или супесчаный грунт приобретает водоустойчивость. С увели-
чением добавки ФАС до 6% по массе прочность и водоустойчи-
вость укрепленного грунта становятся максимальными, а при даль-
нейшем увеличении добавки указанной смолы прочность понижает-
ся (рис. 34). Излишний расход смолы к тому же и экономически
невыгоден.
Следует отметить, что наиболее пригодные для укрепления ФАС
грунты, имеющие кислую реакцию (pH<6,5), оказываются мало-
пригодными для укрепления их цементом. Наоборот, все карбонат-
ные грунты, имеющие щелочную среду, наиболее пригодны для
укрепления цементом, малопригодны или вовсе непригодны для
укрепления их фурфорол-анилиновой смолой. К этому следует до-
бавить, что по грунтовым условиям для укрепления фурфурол-ани-
лином наиболее благоприятной является II дорожно-климатическая
166
зона, т. е. зона, в которой залегают кислые грунты, малопригодные
для укрепления цементом.
Для условий же оптимального смолообразования и отвержде-
ния ФАС после введения добавок фурфурол-анилина требуется
подсушивание грунта. По этому признаку для применения фурфу-
рол-анилина более благоприятными являются менее влажные ус-
ловия, т. е. те, которые свойственны IV и V дорожно-климатическим
зонам, однако там, как правило, залегают сильнокарбонатные и
засоленные грунты (солонцы, солончаки), непригодные или мало-
пригодные для укрепления ФАС. Этот пример наглядно показы-
вает, что выбор метода укрепления грунтов всегда требует весьма
разностороннего анализа всего комплекса природных условий.
Исследованиями Л. А. Маркова [33] было установлено, что при
укреплении глинистых разновидностей грунтов добавками фурфу-
рола и анилина решающее значение имеют также следующие тех-
нологические факторы: влажность грунта во время его обработки;
степень измельчения грунта; порядок введения реагентов в измель-
ченный грунт и степень перемешивания; степень уплотнения и ве-
личина влажности смеси в момент ее уплотнения.
Обработка грунта ФАС дает наибольший эффект при влажно-
сти грунта несколько меньше оптимальной, определяемой методом
стандартного уплотнения. Обработка сухих или переувлажненных
грунтов осложняет производство работ и снижает эффективность
действия добавок ФАС.
Изучение влияния порядка введения реагентов показало на воз-
можность вводить анилин и фурфурол как раздельно, так и в сме-
си. Однако введение ФАС в виде заранее приготовленной смеси
может быть рекомендовано лишь в исключительных случаях и при
очень малом разрыве времени между приготовлением фурфурол-
анилиновой смолы, ее введением в грунт и уплотнением.
С производственной точки зрения, раздельному введению в грунт
рассматриваемых реагентов следует отдать предпочтение. При сов-
местном их введении (т. е. готовой смеси фурфурол-анилина) в свя-
зи со сравнительно быстрым нарастанием вязкости смолы малей-
шая задержка розлива может привести к отверждению смолы в
емкостях, закупорке всей распределительной системы и порче грун-
тосмесительных машин. Это особенно опасно при температуре
воздуха более 20° С или при использовании катализаторов, ускоря-
ющих процесс отверждения смолы.
Раздельное внесение анилина и фурфурола в грунт вследствие
малой их вязкости и способности к хорошему самопроизвольному
распределению по влажным поверхностям грунтовых частиц или
их микроагрегатов значительно облегчает равномерное распределе-
ние этих веществ в массе грунта при перемешивании смеси. В свя-
зи с этим процесс перемешивания грунта с ФАС менее трудоемкий,
чем с битумом или цементом. При введении в грунт добавок ФАС
огромное значение имеет своевременное уплотнение готовой смеси
до максимальной плотности при соответствующей оптимальной
влажности.
167
RtT	АМЕЖ.КС
Физико-химические и химические процессы, приводящие к обра-
зованию в укрепленном грунте прочной конденсационной структу-
ры, начинают протекать сразу же после контакта анилина и фурфу-
рола. В адсорбционных точках (участках) частиц грунта благодаря
их каталитическому действию химическая реакция конденсации
между реагентами, а также процессы отверждения смолы протека-
ют значительно быстрее, чем на воздухе.
Повышение концентрации ионов водорода и алюминия в грун-
товом растворе (например, при обработке кислых грунтов) и на-
личие кислоты в фурфуроле так же, как и увеличение температуры
воздуха, ускоряют процессы смолообразования.
Наблюдениями в полевых условиях установлено, что для обес-
печения устойчивой прочности и гидрофобности слоев грунта, ук-
репленных малыми добавками ФАС, необходимо обеспечить про-
сушивание такого слоя до влажности не более 0,6 от оптимальной
влажности перед наступлением сезона длительного увлажнения.
Наибольшая прочность и водоустойчивость при наименьшей до-
бавке ФАС достигаются при укреплении грунтов оптимального
гранулометрического состава. Поэтому тяжелые суглинки, а также
чистые пески необходимо предварительно улучшить соответствую-
щими гранулометрическими добавками. Использование фурфурол-
анилиновых смол возможно лишь при укреплении грунтов, имею-
щих оптимальную или меньшую влажность.
Исследованиями М. Н. Першина и А. П. Платонова [40] было
установлено, что при комплексном использовании добавок фурфу-
рол-анилиновой смолы и диметилолмочевины можно достичь высо-
кой прочности и при обработке сильно переувлажненных грунтов.
В этих целях для укрепления грунта должна применяться активи-
рованная диметилолмочевина, что достигается дегидратацией ее
путем нагревания до 215° С в течение 2—4 ч. В результате нагрева
получается порошкообразное вещество, которое лишено гигроско-
пичности и длительно сохраняется, не проявляя слеживаемости.
При обработке переувлажненного грунта 3% диметилолмоче-
вины и добавке 1% щавелевой кислоты в сочетании с добавкой
ФАС обеспечивается почти равная прочность по сравнению с грун-
том оптимальной влажности и при одинаковой добавке фурфурол-
анилиновой смолы.
Наилучшие результаты были получены при обработке димети-
лолмочевиной супесчаных и суглинистых грунтов. Меньший эффект
достигается при укреплении грунтов, содержащих гумус.
УКРЕПЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПОЛИВИНИЛОВЫМ СПИРТОМ
И ДРУГИМИ РЕАГЕНТАМИ
В условиях жаркого сухого климата на большой территории
Казахской, Туркменской и Узбекской ССР расположены песчаные
пустыни, характерной особенностью которых является залегание
подвижных мелких песков барханного типа.
168
Как показали исследования И. И. Черкасова и X. М. Янни, эф-
фективным реагентом укрепления барханных песюв, залегающих
в жарком сухом климате, является по л ив ини ловя спирт [64]. По-
ливиниловый спирт (ПВС) относится к синтетиехим линейным
высокомолекулярным полимерам. Его молекулярная масса около
40 000. В качестве исходного материала для синтеза поливинило-
вого спирта используется поливинилацетат, который получается
путем реакции взаимодействия ацетилена с уксусной кислотой
в жидкой фазе и применения ртутных солей в шестве катализа-
торов.
Поливиниловый спирт хорошо растворяется в горячей воде и
плохо — в холодной. Предел прочности при растяжении пленки
поливинилового спирта более 600 кгс/см2.
Исследования процессов структурообразоваим в водных рас-
творах рассматриваемого реагента показали, что при повышении
концентрации раствора он распадается на две фазы [64]. Вначале
выделяется пластифицированный студень поливимового спирта,
который характеризуется конденсационной структурой. В части
раствора, имеющего пониженную концентрацию в процессе его вы-
сыхания, возникают силы капиллярной контракции студне. После
окончательного обезвоживания образуется твердая пленка, харак-
теризующаяся открытой гетерогенной криптаонденсационной
структурой.
Взаимодействие такой пленки с поверхностью частиц песка сво-
дится к адгезии. Эффект укрепления мелкого барханного песка
поливиниловым спиртом проявляется при очень «алых дозировках
реагента — в пределах 0,1—1% от массы грунта. При этом сыпу-
чий несвязный песок приобретает значительную прочность в сухом
состоянии. В среднем предел прочности при сжатп образцов в воз-
душно-сухом состоянии составляет около 30 кгс/сг. При насыще-
нии образцов водой в течение 2 сут прочность образцов снижается
до 2 кгс/см2. Однако для условий песчаных пустиь с жарким
сухим климатом решающее значение имеет прочность образцов в
сухом состоянии.
В случае необходимости полную водонепрониигмость пленок
поливинилового спирта можно обеспечить, вспоазуя добавки
гидрофобных поверхностно-активных веществ, ил путем конденса-
ции спирта альдегидами в присутствии кислот, играющих роль ка-
тализаторов. В этом отношении особенно эффытано действует
фосфорная кислота. Пленки, полученные из водных растворов по-
ливинилового спирта, содержащих 5% фосфорной ислоты, приоб-
ретают полную водонепроницаемость.
В условиях песчаных пустынь важное практимое значение
приобретают способы укрепления поверхности песчаных массивов
и предупреждение ветровой эрозии на больших шинадях. Для об-
разования прочных пленок, способствующих закреиению подвиж-
ных барханных песков, могут быть также использованы различные
латексы, например дивинилстирольный латекс. Латенсы представ-
6—421	169

АМЕЖ.
ляют собой водные дисперсии каучукоподобных полимеров, полу-
чаемых в результате эмульсионной полимеризации.
Дивинилстирольный латекс имеет молекулярную • массу около
92 000. Наиболее важным свойством латексной пленки является
большое ее сопротивление разрыву.
Для укрепления переувлажненных грунтов в качестве эффек-
тивного и перспективного реагента можно использовать акрилат
кальция [81], представляющий собой растворимый в воде белый по-
рошок, который при смешивании с активаторами-отвердителями
образует прочную смолу. Для быстрого и прочного укрепления
грунта необходимо вводить добавку акрилата кальция в количест-
ве 8—10% от массы грунта и 1,35—1,25% тиосульфата натрия и
персульфата аммония.
После смешения указанных реагентов с очень влажным грунтом
уже через несколько минут вязко-пластичный грунт превращается
в твердую массу, способную выдерживать значительную нагрузку.
Несмотря на исключительно высокие качества акрилата каль-
ция как эффективного реагента, превращающего в короткие сроки
переувлажненный грунт в материал с прочной структурой, приме-
нение этого вещества пока затруднительно из-за высокой его стои-
мости и дефицитности.
Рассмотренные выше примеры использования разнообразных
высокомолекулярных синтетических смол для укрепления различ-
ных видов грунтов не исчерпывают всех вариантов, возможных для
осуществления в практике строительства автомобильных дорог и
аэродромов. Вместе с тем эти примеры характеризуют те основные
направления, которые следует развивать и расширять в области
совершенствования методов укрепления грунтов синтетическими
смолами. Эти примеры также свидетельствуют и о том, что нет по-
ка смол, универсально действующих с большой эффективностью
при укреплении различных по составу и свойствам грунтов. В этом
направлении в будущем предстоит большая работа.
УКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ СУЛЬФИТНО-ДРОЖЖЕВОЙ БРАЖКОЙ
Перспективным направлением является использование для ук-
репления грунтов отходов лесной и бумажной промышленности,
получаемых при переработке древесины. Эти отходы представля-
ют собой сложного состава органические вещества, обладающие
клеющими свойствами.
Так, например, при получении целлюлозы из еловой древеси-
ны сульфатным способом в качестве отхода бумажной промышлен-
ности получают сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), основную
массу которой составляет лигнин. Первичным структурным элемен-
том СДБ являются лигносульфоновые кислоты, связанные через
сульфогруппы кальцием (лигносульфонаты кальция).
Использование отходов целлюлозно-бумажной промышленности
в виде сульфитно-дрожжевой бражки в качестве дешевого вяжуще-
,ч 170

jsfro материала для укрепления глинистых грунтов, в том числе и гу-
gi мусовых горизонтов черноземов, вполне возможно при условии дли-
тельного твердения обработанного СДБ грунта [52].
к Сульфитно-дрожжевая бражка обладает поверхностно-активны-
| ми и клеющими свойствами и является лигнинполимером.
Активным компонентом СДБ является лигносульфоновый комп-
* леке, в составе которого преобладают лигносульфоновые кислоты,
^имеющие дипольное строение и поэтому проявляющие поверхностно-
[ активные свойства. Учитывая это, СДБ широко используется как
Е; гидрофильная пластифицирующая добавка при приготовлении и
С.укладке цементобетонов, строительных растворов, а также при
1s укреплении грунтов цементом.
Как самостоятельное вяжущее, СДБ использовали до послед-
£ него времени лишь при обязательной добавке таких остродефицит-
Ь пых и дорогостоящих закрепителей, как двухромовый ангидрид,
f окись свинца и др. По этой причине указанный метод укрепления
t грунтов не нашел практического применения.
Исследования, проведенные И. С. Чоборовской, показали, что
fe высокая реакционная способность кальциевой соли лигносульфоно-
| вой кислоты, являющейся основным компонентом СДБ, обеспечи- -
L вает при определенных условиях
процесс полимеризации и конден-
L сации этих соединений.
К Учитывая особенности и спо-
Всобность тонкодисперсной части
Втрунтов к активным физико-хими-
ческим и химическим взаимодей-
1'Ствиям с поверхностно-активны-
» ми веществами, можно предполо-
Ежить, что при этом протекают
Г,-следующие процессы:
физико-химическое поглоще-
f ние личносульфонатов поверхно-
Е’стью глинистых минералов;
катионное замещение в моле-
К кулах лигносульфонатов и их на-
£ сыщение кальцием;
К необратимое связывание лиг-
£ носульфонового комплекса колло-
Г идами гумусовых веществ с пони-
р жением его гидрофильности.
F В результате глинистый грунт
^ приобретает прочность и связ-
ность в сухом и водонасыщенном
^ состоянии. Эти процессы протека-
[ ют очень медленно.
Результаты эксперименталь-
; ных исследований показывают,
I что вяжущий материал гидрофоб-
i 6*
Рис. 35. Изменение прочности водо-
насыщенных образцов грунтов, укреп-
ленных сульфитно-дрожжевой браж-
кой (СДБ);
1 — тяжелый пылеватый суглинок; 2 —
легкий пылеватый суглинок; 3 — тяжелая
супесь (сплошными линиями показаны
грунты, укрепленные СДБ, пунктирными —
битумом МГ 25/40)
171

I
1

.s
1
?

&

«»
.3§
.'Й
®.<7.
AMEN.RV
ного типа (жидкий битум) придает грунту водоустойчивость и
прочность уже в первые сутки после его обработки (рис. 35). При
этом достигнутая прочность стабилизируется к 90 сут, увеличиваясь
к этому сроку очень незначительно.
При укреплении таких же грунтов добавками СДБ, т. е. вяжу-
щим гидрофильного типа, прочность образцов в начальный период
незначительная. К 120 сут твердения она существенно возрастает
и продолжает увеличиваться даже после 240 сут (см. рис. 35).
Образующиеся во времени комплексные соединения сложного
состава придают укрепленному СДБ грунту достаточную прочность
и водоустойчивость после 3—4-месячного твердения при температу-
ре 20° С и выше.
Наиболее высокие показатели прочности и водоустойчивости по-
лучаются при укреплении тяжелых суглинков и тощих тлин, содер-
жащих карбонаты кальция, добавками кальциевой СДБ.
Требуемая дозировка вяжущего (СДБ) зависит от вида укреп-
ляемого грунта и в среднем составляет 3—4% от массы 'грунта.
Применение сульфитно-дрожжевой бражки в сочетании с до-
бавками извести (для глин и суглинков в количестве 4—6% по
массе грунта) придает комплексноукрепленному грунту повышен-
ную прочность и водоустойчивость и расширяет виды грунтов, при-
годных для такого укрепления. По своим деформационным свойст-
вам и характеру сформировавшейся структуры грунта, укреплен-
ные СДБ, приближаются к битумогрунтам. Грунты, укрепленные
СДБ, целесообразно применять в IV и южной части III дорожно-
климатической зоны для устройства оснований на дорогах IV и V
категорий.
Глава 6
УКРЕПЛЕННЫЕ ГРУНТЫ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОТХОДЫ
КАК МАТЕРИАЛ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ
МОРОЗОЗАЩИТНЫХ СЛОЕВ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УКРЕПЛЕННЫХ ГРУНТОВ
И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
Долговечность и устойчивость дорожных конструкций в значи-
тельной степени определяются устойчивостью земляного полотна
в периоды сезонного промерзания и оттаивания. Одним из наиболее
опасных видов деформаций земляного полотна в районах с сезон-
ным промерзанием и неблагоприятными условиями увлажнения яв-
ляется неравномерное пучение связных грунтов, которое может при-
вести к разрушению дорожной одежды.	о
Традиционным мероприятием по защите дорожных конструкций $ ‘
от вредного влияния мороза и воды является устройство морозоза- I
щитных слоев из грунтов, не склонных к вспучиванию при промер- \
зании: песка, щебня, гравия и т. и.	\ f
Для обеспечения морозостойкости дорожных конструкций на со- I
временных магиртралях приходится часто устраивать морозозащит- }
ные слои толщиной 30—60 см, а иногда и более. Устройство таких
мощных морозозащитных слоев требует большого количества мате-
риалов и транспортных средств на их доставку, что приводит
к резкому повышению стоимости и замедлению темпов строи- \
тельства.	/
В последние годы в нашей стране и за рубежом развивается но-
вое направление по защите земляного полотна от действия моро-
за— устройство теплоизолирующих слоев из материалов, характе-
ризующихся лучшими теплозащитными свойствами по сравнению с
песком, щебнем, гравием.
Теплоизолирующие слои при условии придания им соответст-
вующей прочности и монолитности могут одновременно выполнять
и функцию несущих слоев или, не обладая собственной несущей
способностью, лишь защищать земляное полотно от промерзания
(пенопласты).
Введение в дорожную конструкцию теплоизолирующих слоев
позволяет существенно уменьшить глубину промерзания земляного
полотна, а иногда и полностью предотвратить его промерзание.
Наиболее эффективными теплоизоляторами являются жесткие л
пенопласты из полистирола, полихлорида, полиуретана. Однако в
настоящее время эти материалы дефицитны и дороги, применение
их пока возможно лишь в исключительных случаях. Кроме того,
технология их укладки в дорожных конструкциях включает ряд
операций с использованием ручного труда.	*
В последние годы и Союздорнии изучалась возможность уст-
ройства теплоизолирующих оснований и морозозащитных слоев из
173	?
K-vldL. АМЕЖ.НС *
дешевых и недефицитных местных грунтов и промышленных отхо-
дов, укрепленных различными вяжущими [1, 2].
Одной из задач, решение которой необходимо для оценки эффек-
тивности использования укрепленных грунтов для устройства тепло-
изолирующих слоев, является изучение их теплофизических
свойств, обусловливающих влияние укрепленных грунтов на водно-
тепловой режим земляного полотна. Теплофизические свойства
укрепленных материалов определяются их теплоемкостью, коэффи-
центами теплопроводности и температуропроводности. Указанные
теплофизические характеристики входят в теплотехнические расче-
ты, связанные с обеспечением морозоустойчивости дорожных конст-
рукций.
Теплоемкость характеризует способность укрепленных грунтов
поглощать тепло при теплообмене. Различают удельную и объем-
ную теплоемкость.
Удельная теплоемкость с численно равна количеству тепла, не-
обходимого для изменения температуры единицы массы материала
на 1°. Размерность этой величины в физической и технической
системе единиц соответственно — кал/(г-°С) и ккал/(кг-°С).
Объемная теплоемкость С численно равна количеству тепла,
необходимому для изменения температуры единицы объема мате-
риала на 1°. Размерность ее — кал/см3 и ккал/м3.
Удельная и объемная теплоемкости связаны между собой соот-
ношением
С=СУоб.
где уоб — объемная масса материала.
Теплопроводность характеризует степень проводимости тепла
материалом. Коэффициент теплопроводности X численно равен ко-
личеству тепла, проходящему в единицу времени через две проти-
воположные грани единицы объема материала при температурном
градиенте, равном единице. Размерность этой величины в физиче-
- ской и технической системе единиц составляет соответственно —
, кал/(см-с-°C) и кал/(м• ч-°С).
Температуропроводность характеризует скорость распростране-
ния изменения температуры материала вследствие поглощения
' или отдачи тепла.
Коэффициент температуропроводности а является производной
величиной от теплопроводности и объемной теплоемкости
Размерность этой величины в физической и технической систе-
ме единиц соответственно — см2/с и м2/ч.
В настоящее время существует большое количество методов оп-
ределения теплофизических характеристик материалов, которые
различаются теоретическим обоснованием, способами учета утечки
тепла и техникой производства работ [50]. В соответствии с теоре-
174
тическими принципами, положенными в их основу, существующие
методы делятся на две группы, основанные на стационарном и не-
стационарном тепловых режимах.
Практическая применимость указанных методов различна и оп-
ределяется свойствами материала, его температурой, размером ис-
тытуемых образцов, требуемой точностью измерений.
Методом стационарного теплового режима коэффициент тепло-
проводности определяется непосредственно по величине теплового
потока при установившемся распределении температур в исследуе-
мом образце.
Методы нестационарного теплового режима характеризуются
тем, что температурный режим в исследуемом образце изменяется
со временем. К этой группе относятся методы регулярного теплово-
го режима, основанные на закономерности охлаждения (нагрева-
ния) тела в среде с постоянной температурой.
Подробное изложение методов определения теплофизических
характеристик различных материалов приведено в работах [50, 59,
65]. В литературе широко освещены результаты определения теп-
лофизических характеристик природных грунтов. Теплофизические
свойства природных грунтов, являющихся многокомпонентными
системами, определяются соотношением твердой, жидкой и газооб-
разной составляющих, их химическим и минералогическим соста-
вом, структурными особенностями: дисперсностью, характером и
величиной пористости, влажностью, агрегатным состоянием воды
и температурой.
В Союздорнии в последние годы проведен большой объем иссле-
дований по определению теплофизических характеристик укреплен-
ных грунтов и промышленных отходов.
Коэффициенты тепло- и температуропроводности определялись
по методам нестационарного теплового режима и регулярного теп-
лового режима. Теплоемкость определялась калориметрированием
[50, 65].
Исследовались образцы укрепленных материалов, твердевших
в атмосфере насыщенного пара в течение 28 сут, а при использова-
нии медленнотвердеющих вяжущих (зол уноса, гранулированных
доменных шлаков, извести) — в течение 90 сут.
Исследования показали, что теплофизические характеристики
укрепленных материалов колеблются в широком диапазоне и за-
висят от целого ряда факторов. Рассмотрим влияние различных
факторов на теплопроводность укрепленных грунтов и промышлен-
ных отходов.
Одним из важнейших факторов, определяющих теплопровод-
ность укрепленных грунтов и отходов промышленности, является
объемная масса. Как видно из табл. 47, теплопроводность укреп-
ленных материалов существенно снижается при уменьшении объ-
емной массы. Так, при уменьшении объемной массы примерно в
2 раза коэффициент теплопроводности уменьшается в 7 раз. Это
обусловлено тем, что основная доля теплопередачи осуществляет-
ся непосредственно через контакт между частицами, а увеличение
175
-1
-a
1
fi
Ji
•S
•э
a
Таблица 47
Состав укрепленного материала	Объемная масса скелета, кг/см3	Коэффициент теплопровод’ ности, ккал/(м-ч°С)
Песок крупный + 30% перлита + 5% цемента	947	0,12
Буроугольная золошлаковая смесь + 6% цемента +	1243	0,19
+ 1% СДБ	1605	0,25
Суглинок легкий пылеватый + 15% золы уноса су-		
хого отбора + 14-2% СаС12( от массы грунта)	1700	0,35
Суглинок тяжелый +14% цемента		
Песок мелкий одноразмерный + 6% цемента + 10%	1970	0,76
битумной эмульсии	2040	0,89
Песок мелкий одноразмерный + 25% золы уноса		
сухого отбора		
плотности приводит к возрастанию степени их контактирования.
Таким образом, изменяя объемную массу укрепленных материалов,
можно уменьшать их теплопроводность.
Вторым фактором, существенно влияющим на теплопроводность
укрепленных грунтов и промышленных отходов, является влаж-
ность.
В качестве примера в табл. 48 приведены коэффициенты тепло-
проводности укрепленных материалов, определенных при разной
влажности образцов. Определение коэффициентов теплопроводно-
сти проводились на образцах, высушенных при 105° С, после насы-
щения водой в течение 2 сут и три влажности твердения.
Как видно из табл. 48, с увеличением влажности теплопровод-
ность укрепленных материалов заметно возрастает. Это обусловле-
Таблица 48
Состав укрепленного материала	Влажностное состояние и влажность, %	Коэффициент теплопровод- ности, ккал/(м;*ч-оС)
Суглинок тяжелый + 14% цемента Суглинок легкий + 12% цемента + + 15% керамзита Песок средней крупности + 25% золы уноса сухого отбора + 30% перлита Каменноугольная	золошлаковая смесь +6% цемента Буроугольная золошлаковая смесь + + 7% цемента Песок средней крупности + 20% гра- нулированного доменного шлака + 4% цемента	Сухое Влажное 10 Водонасыщенное 17 Сухое Влажное 11,8 Водонасыщенное 14,3 Сухое Влажное 9 Водонасыщенное 31 Сухое Влажное 8 Водонасыщенное 15 Сухое Влажное 18 Водонасыщенное 35 Сухое Влажное 5,7 Водонасыщенное 12,3	0,35 1,00 1,21 0,25 0,46 0,60 0,15 0,33 0,65 0,30 0,51 0,68 0,19 0,51 0,75 0,68 0,91
176
но тем, что теплопроводность воздуха, вытесняемого из пор мате-
риалов водой, примерно в 30 раз меньше теплопроводности воды.
Таким образом, чем больше степень водонасыщения материалов
при увлажнении, тем интенсивнее возрастает коэффициент тепло-
проводности.
Проведенные исследования показали, что одним из путей умень-
шения теплопроводности укрепленных материалов является увели-
чение их гидрофобности.	;
Теплопроводность укрепленных грунтов и промышленных отхо-
дов также зависит от дисперсности исходных материалов: грунты
с повышенным содержанием крупных частиц (гравийных, песчаных)
характеризуются более высокой теплопроводностью по сравнению
с тонкодисперсными (при одинаковой влажности), так как в по-
следних резко возрастает количество неплотных контактов между
мелкими частицами, обладающими пониженной теплопроводностью.
Как видно из табл. 49, суглинки и супеси, укрепленные цемен-
том, характеризуются меньшими коэффициентами теплопроводно- 4
сти, чем пески. Однако регулировать теплопроводность укреплен- 1
ных материалов за счет использования более дисперсных исходных
грунтов или промышленных отходов не всегда целесообразно, так
как при повышении дисперсности материалов может резко возрас-
тать их водопоглощение. Например, грубодисперсные каменно-
угольные золошлаковые смеси, укрепленные цементом, в водонасы-
щенном состоянии характеризуются меньшим коэффициентом теп-
лопроводности, чем тонкодисперсные буроугольные золошлаковые
смеси, потому что влажность последних при водонасыщении значи-
тельно выше (соответственно 15 и 32%). Кроме того, увеличение
влажности материалов приводит к уменьшению их морозостойко-
сти.
Исследование теплофизических свойств грунтов и промышлен-
ных отходов, укрепленных различными вяжущими материалами,
показало, что на величину их теплопроводности влияют свойства
вяжущих материалов. При применении таких вяжущих, как грану-
лированные доменные шлаки, золы уноса, битумные вяжущие
[с коэффициентами теплопроводности 0,15—0,20 ккал/(м-ч-°C)]
теплопроводность укрепленных материалов значительно меньше,
чем при применении цемента [(коэффициент теплопроводности
0,85 ккал/(м-ч-°C)].
Естественно, что теплопроводность укрепленных материалов за-
висит от дозировки вяжущего: чем больше дозировка вяжущего с
малой теплопроводностью, тем меньше теплопроводность укреплен-
ного материала. Однако при подборе составов смесей наряду с ма-
лой теплопроводностью необходимо обеспечить требуемые показате-
ли прочности и морозостойкости материалов, что следует учитывать
при регулировании теплопроводности за счет изменения качества
вяжущего материала.
Установленные зависимости теплофизических характеристик 5
укрепленных материалов от целого ряда факторов (объемной мас-
сы, влажности, состава и свойств исходных материалов и вяжущих)
.	177
КГ	АМЕМ.КГ j?
Таблица 49
Состав укрепленного материала	Удельная теплоемкость скелета, ккал/(ма«°С)	Коэффициент теплопровод- ности, ккал/(м-ч«®С)	Коэффициент температуро- проводности, м.*/(ч»103)
Грунты			
Песок + 54-8% цемента	0,18	1,3—1,6	2,6—2,8
Песок + 4+6% цемента + 24-4% жид- кого битума, гудрона, битумной эмуль-	0,21	1,0—1,2	2,2—2,3
Песок + 44-6% цемента + 84-10% би- тумной эмульсии	0,22	0,9—1,0	1,6—1,7
Песок + 204-25% золы уноса сухого отбора	0,23	0,9—1,0	1,7—1,8
Песок + 154-20% гранулированного доменного шлака + 24-4% цемента	0,21	0,6—0,8	1,2—1,4
Песок + 154-20% гранулированного доменного шлака + 24-4% цемента + + 24-4% жидкого битума, гудрона, би- тумной эмульсии	0,24	0,5—0,65	1,0—1,25
Песок+ 54-10% цемента (или 20+ +25% золы уноса сухого отбора или + + 4+6% цемента + 8—10% битумной эмульсии) + 10-5-30% керамзита, вспу- ченного перлита, аглопорита	0,22—0,25	0,3—0,6	0,5— 1,2
Супесь + 6+10% цемента	0,20	1,2—1,3	2,1—2,3
Суглинок тяжелый + 8+12% цемента	0,22	1,0—1,2	1,7—2,0
Суглинок легкий + 15+20% золы уно- са ' сухого отбора + 1+2% от массы грунта СаС12	0,23	0,8—0,9	1,3—1,4
Суглинок легкий или супесь пылева- тая + 10% извести Промышленные отходы	0,23	0,8—0,9	1,4—1,5
Каменноугольная	золошлаковая смесь + 6—8% цемента	0,30	0,5—0,7	1,0—1,3
Каменноугольная	золошлаковая смесь + 4% цемента + 2—4% жидкого битума, битумной эмульсии или гудрона	0,32	0,45—0,55	0,9—1,2
Каменноугольная	золошлаковая смесь + 4% цемента + 15% золы уноса (Используемой в качестве активной до- бавки) Каменноугольная	золошлаковая смесь + 2% цемента + 20% гранулиро- ванного доменного шлака	0,34	0,40—0,60	1,0—1,2
	0,35	0,30—0,55	0,8—1,1
Каменноугольная	золошлаковая смесь + 20% золы уноса сухого отбора	0,34	0,35—0,60	0,7—1,0
Шлаковый щебень + 5+7% цемента	—	0,70—0,85	—
Гранулированный доменный шлак + + 5+8% цемента		0,6—0,80	
Примечание. Меньшие значения коэффициентов тепло- и температуропроводности
соответствуют материалам при влажности твердения, больше—в водоиасыщенном со*
стоянии.
178
показали возможность улучшения теплозащитных свойств укреп-';'
ленных материалов. С этой целью рекомендуется:	-з
использовать ’в качестве исходных искусственные минеральные ;=
материалы, характеризующиеся низкой теплопроводностью [л= г
=0,2—0,5 ккал/(м-ч-°С)]. В качестве таких исходных материалов '
используют золошлаковые смеси ТЭС, продукты переработки шла--
ков металлургического производства, горелые породы угольных •
шахт.	>
При применении указанных материалов, укрепленных цемен-
том, вместо песков, укрепленных цементом, коэффициенты тепло-
проводности уменьшаются в 2—3 раза. Например, коэффициент
теплопроводности песков, укрепленных цементом, составляет 1,6—
1,4 ккал/(м-ч *°С) в водонасыщенном состоянии, а коэффициенты
теплопроводности золошлаковых смесей и горелых пород уголь-
ных шахт, укрепленных цементом, — 0,7—0,5 ккал/ (м • ч -°C);
использовать вяжущие материалы, характеризующиеся низкой I
теплопроводностью 0,15-j-0,20 ккал/(м-ч-°С). В качестве таких
вяжущих рекомендуется применять золы уноса сухого отбора, золы
уноса гидроудаления с добавкой цемента, гранулированные домен- <
ные шлаки с добавками цемента. Применение указанных вяжущих
материалов позволяет уменьшить коэффициент теплопроводности
укрепленных грунтов по сравнению с коэффициентом теплопровод-
ности грунтов, укрепленных цементом, в 1,5—2 раза;
вводить в укрепленный грунт добавки легких заполнителей, об-
ладающих низкой теплопроводностью [0,05—0,35 ккал/(м-ч-сС)]:
•керамзитовый гравий, вспученный перлитовый песок и щебень, аг-
лопоритовый щебень, вспученные гранулы полистирола. При вве-
дении в укрепленный грунт добавок легких заполнителей теплопро-
водность укрепленных грунтов уменьшается в 0,5—2,3 раза;
вводить органические вещества (в виде добавок или компоиек--
та совмещенного вяжущего); жидкий битум, гудрон, битумную''
эмульсию. При введении указанных веществ открытые поры час-
тично заполняются битумными веществами, повышается количест-
во замкнутых пор, что увеличивает гидрофобность материалов и
уменьшает теплопроводность при насыщении водой. При использо-
вании органических веществ в виде добавок или компонента совме-
щенного вяжущего теплопроводность укрепленных материалов
уменьшается на 20—30%;	н
вводить в грунт, укрепленный цементом, воздухововлекающие и
пластифицирующие добавки: СНВ (смолу нейтрализованную воз-
духововлекающую) СДБ (сульфитно-дрожжевую бражку)
?кж11(ТЫА0 сУльфатное’ очищенное, воздухововлекающее
ГКЖ-94 (кремнииорганическую жидкость).	'
При введении указанных добавок в укрепленном материале об-
разуются пузырьки защемленного воздуха, уменьшается открытая
пористость, повышается гидрофобность материала
Воздухововлекающие и пластифицирующие добавки вводят в
смесь в количестве 0,05-1% от массы цемента Оптимальную ве
личину добавки уточняют при подборе состава смеси. У
4

j
1
-а


1
/
/ Таблицам
Физико-механические свойства		Основание	Морозозащит- ный слой
Предел прочности при сжатии водонасыщенных об- разцов, кгс/см2		60—20	Не менее 10
Предел прочности на растяжение при изгибе водо- насыщенных образцов, кгс/см2, не менее		6	2
Коэффициент морозостойкости (отношение предела прочности при сжатии после замораживания-оттаи- вания к пределу прочности при сжатии водонасы- щенных образцов), не менее		0,70	0,65
Примечания. 1. Показатели физико-механических свойств определяют для образ-
цов, твердеющих 28 сут, а при укреплении медлеииотвердеющими вяжущими (золой уиоса»
шлаком, известью) — для образцов, твердевших 90 сут.
2. Количество циклов замораживания-оттаивання, температуру замораживания и режим
водонасыщення назначают в соответствии с табл. 26 СН 25-74.
Укрепленные грунты и промышленные отходы являются конст-
рукционно-теплоизоляционными материалами, свойства которых
характеризуются показателями теплофизических и физико-меха-
иических свойств.
Как видно из данных табл. 49, укрепленные грунты и промыш-
ленные отходы характеризуются меньшей теплопроводностью по
сравнению с зернистыми материалами (щебнем, песком, песчано-
гравийными смесями и т. п.), традиционно применяемыми для ус-
тройства морозозащитных слоев и оснований дорожных одежд.
Коэффициенты теплопроводности ряда укрепленных материалов в
2—3 раза меньше коэффициентов теплопроводности зернистых
материалов. Исключение составляют укрепленные цементом пески
(крупные и средней крупности), коэффициенты теплопроводности
которых практически равны коэффициентам теплопроводности не-
укрепленных песков.
Наилучшими теплозащитными свойствами характеризуются
укрепленные цементом золошлаковые смеси, шлаки черной и цвет*
ной металлургии и продукты их переработки, грунты, укрепленные
гранулированными доменными шлаками с добавкой цемента, а
также укрепленные грунты с добавками легких заполнителей.
Укрепленные материалы, используемые для устройства тепло-
изолирующих оснований и морозозащитных слоев, должны удов-
летворять требованиям, приведенным в табл. 50.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ УКРЕПЛЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ УСТРОЙСТВА ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ МОРОЗОЗАЩИТНЫХ СЛОЕВ
При устройстве теплоизолирующих морозозащитных слоев из
укрепленных материалов, обладающих более эффективными теп-
лозащитными свойствами, чем зернистые материалы, уменьшает-
ся глубина промерзания грунтов земляного полотна, а, следова-
ло
тельно, деформация морозного пучения, что позволяет уменьшить
толщину этих сдаев.
Толщину теплоизолирующих морозозащитных слоев определяют
теплотехническим расчетом, основанным на теоретическом реше-
нии нестационарной тепловой задачи применительно к слоистому
полупространству и разработанным в Ленинградском филиале Со-
юздорнии М. Б. Корсунским.
Толщина теплоизолирующего слоя зависит от климатических
условий, допускаемых величин пучения и глубины промерзания
земляного полотна, теплофизических характеристик материалов и
грунта земляного полотна, условий увлажнения, водных и пучи-
нистых свойств грунтов земляного полотна, а также от периода
между капитальными ремонтами дорожной одежды.
Теплозащитные свойства материалов характеризуются коэффи-
циентом теплоусвоенич:
где Xw — коэффициент теплопроводности материала при расчетной влажно-
сти, ккал/(м-ч-°С); Cw—удельная теплоемкость влажного материала,
ккал/(кг-°С); yw—объемная масса материала при расчетной влажности, кг/м3.
Чем меньше величина коэффициента теплоусвоения, тем лучше
теплозащитные свойства укрепленного материала и тем меньше
толщина теплоизолирующего морозозащитного слоя, необходимая
для обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции. >
Использование укрепленных грунтов и отходов промышленно- ।
сти при устройстве морозозащитных слоев позволяет снизить тол-
щину этих слоев на 20—50% по сравнению с толщиной слоев из
песков, щебня и др.
Теплоизолирующие морозозащитные слои, обладая определен-
ной прочностью, являются также несущими слоями дорожной оде-
жды, что обусловливает повышение прочности дорожной конструк-
ции в целом.
При устройстве теплоизолирующих морозозащитных слоев из
укрепленных материалов уменьшается влажность подстилающих
их грунтов земляного полотна, что также способствует повышению
прочности дорожной конструкции.
Стоимость строительства таких слоев снижается на 10—20 тыс.
руб. иа 1 км дороги с существенным сокращением транспортных
расходов.
Эффективность устройства теплоизолирующих морозозащитных
слоев из укрепленных грунтов и промышленных отходов устанав-
ливают на основе технико-экономического сравнения с вариантом,
эквивалентным по морозостойкости и прочности конструкций с мо-
розозащитными слоями из зернистых материалов.
Теплоизолирующие морозозащитные слои из укрепленных мате-
риалов строят так же, как и укрепленные основания двумя спо-
собами: смешением компонентов смеси непосредственно на дороге;
приготовлением смеси в стационарных смесительных установках.
181
КЖ7 амеж.кг
Метод производства работ назначают исходщ'из наличия обо-
рудования, свойств обрабатываемых грунтов,/отходов промыш-
ленности, вяжущих материалов и добавок, дальности возки, а так-
же с учетом стоимости материалов.
В 1974—1979 гг. Союздорнии совместно /рядом дорожно-строи-
тельных трестов провел опытно-производственное строительство
дорожных конструкций с теплоизолирующими морозозащитными
слоями из местных укрепленных грунтов и отходов промышленно-
сти. Эти слои устраивались взамен предусмотренных проектом мо-
розозащитных слоев из привозных зернистых материалов (песков,
песчано-гравийной смеси), так как обладали лучшими теплоза-
щитными свойствами по сравнению с зернистыми материалами,
что позволило уменьшить толщину морозозащитных слоев из ук-
репленных материалов на 20—40%.
Теплофизические характеристики песков, песчано-гравийных
смесей, укрепленных грунтов и промышленных отходов определя-
лись в лаборатории.
Наблюдения за опытно-производственными участками показа-
ли, что они находятся в состоянии, обеспечивающем их нормаль-
ную эксплуатацию.
При обследовании опытных участков и смежных, построенных
по проекту, оценивали состояние верхнего слоя дорожной одеж-
ды, замеряли глубину промерзания дорожной конструкции в шур-
фах или скважинах, определяли влажность высушиванием ото-
бранных проб укрепленных грунтов, зернистых материалов, грун-
тов земляного полотна. В результате обследования было установ-
лено, что глубина промерзания земляного полотна и влажность его
верхней части при устройстве морозозащитного слоя из укреплен-
ных грунтов меньше по сравнению с указанными показателями из
песка и песчано-гравийной смеси. Таким образом, опытно-произ-
водственное строительство подтвердило эффективность замены
"морозозащитных слоев из традиционных зернистых материалов
теплоизолирующими морозозащитными слоями меньшей толщины
из укрепленных материалов.
При соблюдении требований в отношении прочности и морозо-
стойкости, указанных в табл. 50, морозозащитные слои из укреп-
ленных грунтов обеспечивают проезд технологического транспорта
при устройстве слоев оснований. Это обстоятельство также являет-
ся 'большим преимуществом таких слоев по сравнению со слоем из
песчаного грунта.

УЧЕТ СТЕПЕ1
УВЛАЖНЕНИЯ ГРУНТОВ
\ Глава 7
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА
ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД.СО СЛОЯМИ ИЗ УКРЕПЛЕННЫХ ГРУНТОВ
Успешное применение местных материалов, укрепленных вя-
жущими и другими веществами, для устройства слоев дорожных
и аэродромных одежд с обеспечением требуемой прочности и дол-
говечности, возможно лишь в том случае, если, помимо правильно-
го подбора состава смесей и тщательного выполнения требуемой
технологии работ, будут также соблюдены правильное конструи-
рование и расчет этих одежд.
В практике дорожного строительства применялось и широко
применяется в настоящее время устройство дорожных оснований
из щебня или гравия, т. е. несвязных и хорошо водопроницаемых
оснований, которые, в свою очередь, укладываются на подстилаю-
щий дренирующий слой из песка толщиной 25—30 см. Такой спо-
соб устройства нижних слоев дорожной одежды заранее пред-
усматривает возможность проникания воды в эти слои, но благо-
даря огромной пористости и большой фильтрации обеспечивается
быстрый отвод воды из этих слоев. В результате этого гаранти-
руется прочность дорожной одежды в целом.
Указанный принцип устройства дорожных одежд из пористых
несвязных материалов в нижних ее слоях оправдывает себя лишь
в том случае, если для устройства основания применяется проч-
ный щебень или гравий на достаточную толщину, а подстилающий
слой устраивается из чистого крупнозернистого или среднезернис-
того песка с коэффициентом фильтрации 5 м/сут и более. .
В случае же применения щебня или гравия малой пррчцости и
мелкозернистого или загрязнённого песка быстрый отвод воды из
слоя основания и подстилающего слоя не обеспечивается, а следо-
вательно не обеспечивается и требуемая длительная прочность до-
рожной одежды в целом.
При использовании зернистых материалов (щебня, гравия,
песка) в основании и подстилающем слое обеспечивается осушение
этих слоев дорожной одежды. Однако при этом увеличивается
влажность верхней части земляного полотна.
Следовательно, при Назначении методов укрепления ставится
задача не только замейы прочных привозных укрепленными мест-
ными материалами, но и создание и проверка эффективности ра-
боты дорожных одежд со связными слоями, монолитными и прак-
тически мало-водонепроницаемыми. .	., ..
Учитывая вредное влияние избыточной влажности в слоях до-
рожной одежды и верхней части земляного полотна на' устой4и-
183
-3

RT7
AMKI.fjS

Рис. 36. Ровность Хорожной одежды
при морозном поднятии:
1 — участок с мшюзозащитным слоем из
зернистого материала; 2— участок с мо-
розозащитным/слоем из цементогрунта
вость и прочность дорожной одежды, исследователи всегда стре-
мились исключить поступление влаги в слои дорожной одежды.
При соблюдении определенных условий такой принцип конст-
руирования и устройства слоев дорожных одежд из укрепленных
материалов является практически приемлемым и экономически
выгодным.
Важным преимуществом и особенностью рассматриваемых сло-
ев из укрепленных материалов является их хорошая распределяю-
щая способность нагрузок, релаксация напряжений и существен-
ное уменьшение влажности в верхней части земляного полотна во
все периоды года, в том числе и в весенний 'период оттаивания до-
рожной одежды и земляного полотна. Установлено, что даже во
II дорожно-климатической зоне относительная влажность грунта
в верхней части земляного полотна в весенний период под слоями
из укрепленных грунтов меньше на 0,10—0,15 от влажности грани-
цы текучести грунта по сравнению с влажностью грунтов земля-
ного полотна на тех участках дорог, где устраивалась дорожная
одежда на пористых основаниях (щебеночном или гравийном)
[8, 9].
В IV и V дорожно-климатических зонах относительное сниже-
ние влажности грунта земляного полотна под монолитными слоя-
ми из укрепленных материалов происходит еще больше в среднем
на 0,15—0,20 от влажности границы текучести грунта.
Как показали исследования Ю. М. Васильева, М. Г. Мельни-
ковой и В. Д. Шаповалова [9], конструктивные слои из укреплен-
ных грунтов и других местных материалов обеспечивают большую
работоспособность дорожной одежды, особенно в весеннее время.
При этом ровность покрытия, уложенного на слои из укрепленных
грунтов, выше и сохраняется более длительное время, чем при
использовании в основании зернистых материалов (рис. 36).
Поэтому при конструировании дорожных одежд со слоями из
укрепленных материалов расчетную влажность земляного полот-
на необходимо принимать меньше, а именно: на 0,10—0,15 от
влажности границы текучести во II и III дорожно-климатических
зонах и на 0,15—0,20 в IV и V зонах по сравнению с относительной
влажностью грунта земляного полотна, рекомендуемой «Инструк-
цией по проектированию дорожных одежд нежесткого типа» ВСН
46-72 [20, 56].
184
в
и
в
о
! Многолетний\рпыт проектирования автомобильных дорог сви-
р детельствует о большой эффективности и целесообразности комп-
 ' лексного проектирования земляного полотна и дорожных одежд на
дорогах различных категорий. При этом обязательно должны про-
изводиться всесторонней анализ и учет разнообразных природных
факторов, существенно влияющих на устойчивость и прочность до-
рожных одежд и земляного полотна.
При проектировании автомобильных дорог, в том числе земля-
ного полотна и дорожных одежд, уже свыше 25 лет комплексный
учет природных факторов производится на основе дорожно-клима-
тического районирования с разделением территории СССР на
шесть зон. При этом пять зон (I—V) отражают влияние широтной
зональности на величину и соотношение тепла и влаги, а также
длительности действия влаги и температуры замерзания влаги в
земляном полотне и в слоях дорожных одежд. Шестая зона — это
зона горных областей, где на изменение указанных выше факто-
 ров оказывает влияние вертикальная зональность данной мест-
‘ ности.
Такое дорожно-климатическое районирование себя оправдало
практике проектирования и строительства автомобильных дорог
аэродромов и должно быть сохранено и в дальнейшем. Однако
настоящее время накопилось много данных, свидетельствующих
необходимости уточнения границ этих зон на отдельных участ-
ках, а также разделения их на подзоны или районы. Это позволит
более правильно и точно учитывать влияние всего комплекса
' природных факторов на прочность и устойчивость дорожных
f одежд.
Ввиду очень мелкого масштаба карт, на которых наносятся
границы дорожно-климатических зон, возможно осуществлять лишь
- схематическое макрорайонирование территории нашей страны.
Учитывая необходимые в природе закономерные изменения ряда
геофизических факторов и, в первую очередь, изменение влажно-
сти грунта в зависимости от рельефа местности, гидрогеологиче-
ских условий и гранулометрического состава, было признано не-
обходимым в пределах каждой зоны выделять участки местности
по степени увлажнения грунтов.
Таким образом, в каждой зоне в дополнение к макрорайони-
, рованию всегда производится микрорайонирование местности с
i учетом характера и степени увлажнения грунтов, из которых будет
t устраиваться земляное полотно.
Исходя из возникшей потребности микрорайонирования в каж-
г- дой дорожно-климатической зоне в настоящее время выделяют
' три типа местности: 1 — сухие места без избыточного увлажнения,
поверхностный сток обеспечен, грунтовые воды не оказывают су-
щественного влияния на увлажнение верхней толщи грунтов; 2 —
сырые места с избыточным увлажнением в отдельные периоды
года, поверхностный сток не обеспечен, но грунтовые воды не ока-
зывают существенного влияния на увлажнение верхней толщи грун-
тов; 3 — мокрые места с постоянным избыточным увлажнением,
185

АМКЯ.КС
Дорожно-климатические & зоны	Основные характеристики типов местности			Преобладающий тип местности
	Первый (сухие места)	Второй (сырые места с избыточным увлажнением в отдельные периоды года)	Третий (сырые места с посто- янным избыточным увлажнением)	
I — многолетнемерзлых грунтов. Избыточное ув- лажнение;	испарение влаги ничтожно	Песчаные и крупнооб- ломочные грунты, под- стилаемые на глубине 2 м и ниже многолетне- мерзлыми грунтами. По- верхностный сток воды обеспечен	Поверхностный сток не обеспечен. Тундровые почвы с признаками за- болачивания	Грунтовые воды н мно- голетнемерзлые грунты сильно влияют на пере- увлажнение грунтов. Бо- лотные и полуболотные почвы с признаками заболачивания Поверхностный сток не	Третий В северной части зоны
II — лесная с избы-	Поверхностный сток	Поверхностный сток	обеспечен. Грунтовые во-	второй и третий в сумме
точным увлажнением.	обеспечен, Грунтовые во-	не обеспечен, но грунто-	ды или длительностоящие	превалируют над пер-
Накопление влаги в	ды залегают глубже 3 м	вые воды не оказывают	(более 20 сут) поверхно-.	вым. В южной части зо-
грунтах несколько пре-	при глинистых грунтах н	существенного влияния	стные воды влияют на	'йы, может превалировать
вышает испарение	2 м прн песчаных и круп- нообломочных грунтах. Преобладают слабо- и среднеподзолистые поч- вы без признаков оглее- ння	на увлажнение верхней толщи грунтов; сильно- подзолистые почвы и по- луболотные почвы с признаками оглеения. Весной н осенью появ- ляется застой воды на	увлажнение верхней тол- щи грунтов. Почвы бо- лотные нлн полуболот- ные сильно оглеенные	первый тип местности
III _ лесостепная с переменным увлажнени- ем. Испарение и влаго- накопление в грунтах почти равнозначны i	Поверхностный сток обеспечен. Прн этом грунтовые воды залегают глубже 3 м при глинис- тых грунтах н 2 м при песчаных и крупиообло- мочных грунтах. Допус- кается отсутствие поверх-	поверхности Поверхностный сток не обеспечен, но грунто- вые воды не оказывают влияния на увлажнение верхней толщн грунтов В северной части зоны дерново-подзолнстые поч- вы с признаками поверх-	То же	В северной части зоны первый тип местности преобладает, но не все- гда; в южной части зоны обычно	преобладает первый тип местности
IV — степная с недо-
статочным увлажнением.
Испарение влаги больше
ее количества, поступаю-
щей в толщу грунта
V — засушливая по-
лупустынная или пустын-
ная. Испарение влаги в
несколько раз превышает
количество влаги, по-
ступающей в грунт
постного стока прй усло-
вии залегания грунтовых
вод глубже 4 м при гли-
нистых грунтах н 2,5 м
при песчаных н крупно-
обломочных грунтах. Се-
рые лесные почвы или
слабоподзолистые почвы
Поверхностный сток
обеспечен. Прн необес-
печенном поверхностном
стоке грунтовые воды за-
легают глубже 3 м при
глинистых грунтах н 2 м
при песчаных и крупно-
обломочных. Преоблада-
ют черноземы типичные
(обыкновенные), юж-
ные черноземы, кашта-
новые почвы
Поверхностный сток
воды есть нли отсутству-
ет, но это не влияет на
увлажнение грунтовой
толщи ввиду большого
испарения н жаркого кли-
мата. Сероземы, свето-
бурые почвы
Поверхностный сток не
обеспечен. Грунтовые во-
ды залегают глубже 2 м
дрн глинистых грунтах
и 1,5 м прн песчаных и.
крупнообломочных. Силь-
но солонцеватые чернозе-
мы и каштановые поч-
вы, луговочерноземные
почвы, луговые, солонцы,
юлоди
Поверхностный, сток не
обеспечен. Грунтовые во-
ды залегают глубже 1,5 м
прн глинистых грунтах
и 1 м при песчаных и
крупнообломочных. Со-
лонцы, солончаки, такыры
костного заболачивания;
в южной части зоны лу-
гово-черноземные почвы,
юлонцы, солодн
Поверхностный сток не
обеспечен. Грунтовые во-
ды залегают на глубине
менее 2 м при глинистых
грунтах и менее 1 м при
песчаных. Мокрые со-
лончаки, солонцы-со-
лончаки, а также полу-
болотные почвы и посто-
янно орошаемые терри-
тории в засушливых об-
ластях
То же
Преобладает первый
тип местности. Второй if
особенно третий тип >*Ге-
стности занимаютгв зо-
не небольшие/Террито-
рии
Преобладает яервый
тип местности в значи-
тельно большей степени,
чем в IV зоне. Второй и
третий типы местности
занимают небольшие
территории
Примечание. Испарение и накопление влаги
относится к
2-метровой толще грунтов.


грунтовые воды или длительно стоящие (более 20 сут) поверхност-
ные воды влияют на увлажнение верхней тодщи грунтов.
Такое микрорайонирование местности по степени увлажнения
было разработано почти 30 лет назад для условий II дорожно-
климатической зоны и в известной мерс/себя оправдало в прак-
тике проектирования земляного полотна'.7 Для условий IV и V зон,
на территории которых величина испарения осадков часто в нес-
колько раз превышает величину выпадающих осадков, такое раз-
деление местности по степени увлажнения по указанным призна-
кам совершенно неприемлемо и давно назрела потребность в его
уточнении.
Деление местности по степени увлажнения грунтов неприемле-
мо и в том случае, когда слои дорожной одежды устраиваются
из укрепленных материалов, так как они обладают хорошей рас-
пределяющей способностью и препятствуют прониканию влаги в
верхнюю часть земляного полотна вследствие их очень малой во-
допроницаемости.
Следует при этом иметь в виду также и то, что глинистые ви- ;
ды грунтов, особенно тяжелые суглинки и глины, уплотненные до
0,98—1,02 и более от максимальной стандартной плотности, стано-
вятся также водонепроницаемыми. При такой плотности их влаж-
ность не превышает оптимальную при стандартном уплотнении.
В весенний, летний и осенний периоды время, необходимое для
испарения влаги из таких грунтов, значительно меньше времени
испарения влаги из таких же грунтов, но с меньшей плотностью.
Следовательно, уплотненные глинистые грунты относительно быст-
рее просыхают.
Учитывая указанные выше соображения, а также накопленный
практический опыт, предлагается микрорайонирование по степе-
ни увлажнения местности производить по признакам, указанным
в табл. 51.
Наиболее важными признаками, отражающими степень увлаж-
нения и динамику режима влажности местности, являются рельеф,
характер почвенного покрова (тип почвообразования) и глубина
залегания грунтовых вод. Почва является лучшим и наиболее
объективным зеркалом, правильно отражающим климат, природ-
ную зону, а следовательно и водно-тепловой режим данной мест-
ности.
На основе признаков, характеризующих типы местности и вод-
ный режим этой территории (см. табл. 51), вначале проектируют
земляное полотно. При дальнейшей стадии (проектирование до-
рожных одежд со слоями из укрепленных материалов) необходимо
иметь в виду следующее.
Учитывая многолетние наблюдения за водно-тепловым режимом
земляного полотна при устройстве дорожных одежд со слоями из
укрепленных грунтов и других местных материалов [4, 9], умень-
шающих влажность верхней части земляного полотна, а также
имея в виду хорошую распределяющую способность слоев из ук- i
репленных материалов, расчетное значение влажности грунтов
188
Таблица 52
Дорржно-к лим эти- ческая зона	к Тип местности увлажнения	Расчетные значения влажности грунтов (в долях от гра- ницы текучести грунта VTT)		
		Супеси легкие, непылеватые	Суглинки лег- кие и тяжелые, суглинки тяже- лые, пылеватые, ГЛИИЫ	Супеси пылеватые, суглинки легкие, пылеватые
II	1	0,60	0,65	0,70
	2	0,70	0,75	0,80
	3	0,70	0,75	0,85
III	1	0,55	0,60	0,65
	2	0,60	0,65	0,75
	3	0,60	0,65	0,75
IV	1	0,50	0,50	0,55
	2	0,55	0,60	0,65
	3	0,55	0,60	0,65
V	1	0,45	0,45	0,50
	2	0,50	0,50	0,55
	3	0,50	0,55	0,60
земляного полотна (в долях от границы текучести грунта IFT) ре-
комендуется принимать по табл. 52.
В соответствии с рекомендуемыми расчетными влажностями
грунтов необходимо пользоваться расчетными значениями модуля
^упругости и угла внутреннего трения tp по ВСН 46-72. Для супесей
‘легких непылеватых, при относительной влажности 0,45—0,50£,у=
=500 кгс/см2, <р=40° и с=0,15 кгс/см2; для супесей пылеватых,
суглинков и глин при относительной влажности 0,45—0,50 Еу =
= 700 кгс/см2, <р=35° и с=0,50 кгс/см2.
Во II и III дорожно-климатических зонах при третьем типе
местности минимальное значение возвышения низа дорожной одеж-
ды (см. табл. 19 СНиП П-Д.5-72) необходимо увеличивать на 15%
для участков дорог, строящихся во II и на 10% в П1 зонах.
В районах искусственного орошения в IV и V дорожно-клима-
тических зонах расчетное значение влажности при третьем типе
местности необходимо увеличивать на 0,1 от влажности границы
текучести грунта.
КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
При проектировании дорожных и аэродромных одежд расчет-
ное значение модуля упругости для слоя из укрепленных материа-
лов в зависимости от метода укрепления принимают по табл. 20
и 21 приложения I «Инструкции по применению грунтов, укреп-
189
RrJwAMEM.Ri;
ленных вяжущими материалами для устройства оснований автомо-
бильных дорог и аэродромов» СН 25-74, а также «Технических ука-
заний по использованию зол уноса и золоцглаковых смесей от сжи-
гания различного вида твердого топлива Для устройства дорожных
оснований и покрытий автомобильных дорог» ВСН 185-75.
В настоящее время большой опыт по проектированию дорож-
ных одежд со слоями из укрепленных грунтов и других местных
материалов накоплен Союздорнии и его филиалами, а также Гос-
дорнии УССР.
Этот опыт обобщен П. И. Теляевым и Ю. М. Васильевым ft
изложен в «Методических рекомендациях по совершенствованию
методов проектирования дорожных одежд с основаниями из укреп-
ленных грунтов и материалов», одобренных Минтрансстроем. Эти-
ми рекомендациями следует пользоваться, учитывая изложенные
выше предложения по характеристике типов местности, расчетным,
значениям влажности, модуля упругости и др.
Многолетний положительный опыт по проектированию и строи-
тельству дорожных и аэродромных одежд со слоями из укреплен-
ных материалов показывает, что наиболее широкое применение в
практике строительства получили основания или облегченного ти-
па покрытия на автомобильных дорогах и аэродромах различных
категорий и классов следующих конструкций:
1)	покрытие из монолитного илн сборного цементобетона (ft = 14—24 см);
основание из укрепленного грунта или другого местного материала I и II
классов прочности с образованием кристаллизационной или иной структуры, за
исключением коагуляционной (ft =14—18 см); морозозащитный слой из таких
же укрепленных материалов II и III классов прочности (Л=14—20 см) с добав-
ками или без добавок веществ, улучшающих теплофизические свойства (в I.—III
дорожно-климатических зонах).
Эта конструкция применяется на дорогах I—III категорий в I—III дорожно-
климатических зонах и на дорогах I и III категорий в IV и V дорожно-клима-
тических зонах (в последнем случае без морозозащнтного слоя);
2)	покрытие из двухслойного асфальтобетона (ft=8—10 см); основание из
укрепленного грунта или другого местного материала с образованием кристаллит
зационно-коагуляционной или конденсационно-коагуляционной структур I и II
классов прочности (ft = 10—16 см); нижний слой основания с образованием кри-
сталлизационной или смешанной структуры I и II классов прочности (ft =12—
18 см); морозозащитный слой из таких же укрепленных материалов II и III
классов прочности (ft=14—20 см) с добавками или без добавок, улучшающих
теплофнзические свойства (в I—III дорожно-климатических зонах).
Эта конструкция применяется во всех дорожно-климатических зонах на
дорогах I и II категорий, а во II зоне и на дороге III категории; .
3)	покрытие из двухслойного асфальтобетона (ft=8 см); основание из ук-
репленного грунта или другого местного материала с образованием кристалли-
зационной илн конденсационной структуры, либо смешанной структуры I и II
классов прочности (ft=14—20 см); морозозащитный слой из таких же укреплен-
ных материалов (во II и III дорожно-климатических зонах) II и III классов
прочности (ft=14—18 см).
Эта конструкция применяется на дорогах III и IV категорий в I—IV до-
рожно-климатических зонах и на дорогах II и III категорий в V дорожно-кли-
матической зоне;
4)	покрытие из холодного асфальтобетона или битумного шлама (Л=4—
6 см); основание из укрепленного грунта или другого местного материала с
образованием кристаллизационной нли смешанной структуры I и II классов проч-
ности (ft =14—18 см); морозозащитный слой из таких же укрепленных материа-
190

Ков II и III классов Прочности (Л=14—18 см) (во II и III дорожно-климатиче-
Вких зонах).
f Эта конструкция применяется на дорогах IV категории в I и II дорожно-
£кдим этических зонах, и на дорогах III и IV категорий в III—V зонах:
Р 5) покрытие из укрепленного грунта или другого местного материала с об-
Рразованием кристаллизационно-коагуляционной или конденсационно-коагуляци-
Ронной структуры I и II классов прочности (fe=12—16 см) с двойной поверхност-
Ьной обработкой, либо слоем холодного асфальтобетона или битумного шлама
E-(ft=3—5 см); основание из укрепленного грунта или другого местного материа-
Рла с кристаллизационной структурой I и II классов прочности (ft=12—18 см);
I морозозащитный слой из тех же укрепленных материалов (ft =14—18 см)
f III класса прочности (во II и III дорожно-климатических зонах).
г Эта конструкция применяется на дорогах IV и V категории во II и III до-
г рожно-климатических зонах, и на дорогах III и IV категорий в IV и V зонах;
F б) покрытие из укрепленного грунта или другого местного материала с об-
[ разованием различного типа структуры I и II классов прочности (ft=12—20 см)
устройством двойной поверхностной обработки или из холодного асфальтобе-
Етона, либо битумного шлама (ft=3—5 см); основание из укрепленного грунта
Кили другого местного материала с кристаллизационной структурой III класса
[ прочности (ft = 12—16 см).
Г Эта конструкция применяется на дорогах IV н V категорий в III и IV до-
Ьрожно-климатических зонах, н на дорогах III—V категорий в V зоне;
К 7) покрытие сборное из плнт высокой прочности, приготовленных нз поли-
гмергрунта или цементогрунта автоклавного твердения (Л=12—16 см); основание
е-из укрепленного грунта или другого местного материала с различной структурой
ЕП класса прочности (ft=12—16 см); морозозащитный слой из тех же материа-
К'лов III класса прочности (ft=14—18 см).
Е Эта конструкция применяется на дорогах III—V категорий в I—III дорож-
| но-климатнческих зонах.
Е При назначении конструкций дорожных одежд обязательно
[учитывают тип структуры и свойства, формирующиеся в укреплен-
ном материале, состав и интенсивность движения, климатические
[и грунтовые условия местности.
L Необходимо всегда иметь в виду, что тип структуры и свойства
[материала взаимосвязаны. Однако степень выраженности свойств,
[присущих данному материалу при одном и том же типе структу-
ры, может быть весьма различной.
I Так, например, цементобетон марок 500 и 100 обладает различ-
[ными прочностью при сжатии и изгибе, сопротивляемостью при
[действии переменного замораживания-оттаивания. Но общим при-
знаком цементобетонов разных марок является наличие структуры
> кристаллизационного типа.
 Различного вида укрепленные местные грунты и другие мате-
f риалы при добавке портландцемента и других неорганических
t вяжущих материалов также характеризуются наличием кристалли-
[ зационной структуры. Однако по своим физико-механическим свой-
i ствам, морозостойкости и деформативности они существенно отли-
[ чаются от свойств цементобетона высоких марок.
F Аналогичная картина наблюдается и при сравнении свойств
^асфальтобетона с грунтами, укрепленными битумными материа-
I лами.
Асфальтобетон различного типа и марок так же, как и битумо-
грунты, характеризуется одним и тем же типом структуры — коагу-
ляционным. Однако свойства указанных материалов (прочность,
191

деформативность, теплоустойчивость и др.) могут быть весьма раз-
личными.
Приведенные примеры свидетельствуют о необходимости очень
тщательного всестороннего учета типа структуры и степени его
выраженности в правильной увязке со свойствами данного мате-
риала, применяемого при проектировании дорожных и аэродром-
ных одежд, их устройстве в конкретных климатических и других
условиях.
Без принятия дополнительных мер в технологии работ и введе-
ния добавок поверхностно-активных и других веществ цементо-
грунт обладает существенным недостатком — малой трещиностой-
костью.
Образование усадочных и температурных трещин является од-
ним из неблагоприятных факторов, обусловливающих общее пове-
дение оснований из цементогрунта. В момент возникновения они
сравнительно мало влияют на ездовые качества дорожного покры-
тия. Однако их влияние и последующее разрушающее действие,
например появление трещин на поверхности и возникающее в
связи с этим ослабление земляного полотна, может оказывать вред-
ное влияние на эксплуатационные характеристики и срок службы
дорожной одежды в целом.
Деформации цементогрунта появляются при воздействии как
внешних, так и внутренних факторов [8].
К внешним факторам следует отнести: нагрузку от транспорта,
приводящую к трещинообразованию при недостаточной прочности
цементогрунта и дорожной одежды в целом; неравномерные де-
формации земляного полотна при его замерзании и, особенно, при
оттаивании грунта; изменения линейных размеров слоя цементо-
грунта в результате колебаний температуры. К внутренним фак-
торам относятся физико-химические процессы, протекающие в пе-
риод твердения цементогрунта.
Появляется усадка, зависящая от состава обрабатываемого це-
мента, влажности и степени уплотнения смеси.
Исследованиями К- Р. Джорджа установлено, что вначале на-
чинают проявляться микротрещины в местах ранее существовав-
ших дефектов [77]. С повышением усадочных напряжений микро-
трещины соединяются, образуя затем макротрещины, которые
могут углубляться и удлиняться. Расстояние между трещинами яв-
ляется функцией усадочных напряжений, прочности цементогрун-
та и снятия напряжений вокруг отдельных трещин.
На основе проведенных экспериментальных исследований
К. Р- Джордж сформулировал основной принцип предполагаемо-
го механизма образования трещин в цементогрунтовом основании:
сначала они возникают в подстилающем грунте и впоследствии
проявляются в цементогрунтовом основании.
Расстояние между трещинами в цементогрунтовом основании,
возникающими от растяжения, определяется тремя вполне само-
стоятельными факторами: усадочными или температурными на-
пряжениями (или и теми и другими вместе) в плите материала;
192
вменением прочности цементогрунта от одного места к другому;
шриной зоны ослабления напряжений вокруг отдельных трещин.
Наблюдения за уплотнением цементогрунта показывают, что
ежим и уплотняющие средства могут способствовать образованию
шкротрещин. Так, например, тяжелые катки с жесткими сталь-
ыми вальцами в значительной степени могут способствовать обра-
ованию микротрещин, которые со временем превращаются в мак-
ютрещины различной длины и конфигурации.
Исследования, проведенные в этом направлении Р. А. Агапо-
юй, Ю. М. Васильевым, И. Л. Гурячковым и другими показали,
то некоторые виды укрепленных материалов, помимо высокой
[еханической прочности, морозостойкости и монолитности обла-
ают малыми коэффициентами тепло- и температуропроводности.
Использование таких укрепленных материалов с улучшенными
еплофизическими свойствами позволяет существенно снизить тол-
лину морозозащитного слоя (на 40—50%) по сравнению с ана-
огичными слоями из зернистых традиционных материалов (лес-
ов, песчано-гравийных смесей и др.). При этом повышается в це-
юм прочность дорожной одежды.
Изменения теплофизических свойств укрепленных материалов
аправлены в сторону улучшения тепловых и водных свойств сло-
ев дорожных одежд из этих материалов, что, в свою очередь, улуч-
нает влажность и другие свойства верхней части земляного по-
ютна и, следовательно, исключает причины пучинообразования.
Результаты лабораторных исследований и производственный
Ч1ыт свидетельствуют о том, что укрепленные материалы при соот-
>етствующих дозировках вяжущих и других веществ имеют проч-
юсть и морозостойкость, отвечающую требованиям I и II клас-
се по СН 25-74. Это дает возможность совмещать работу моро-
озащитного слоя с работой основания, что позволяет назначать
леньшую толщину дорожной одежды.
Практический опыт и наблюдения за водно-тепловым режимом
орожных одежд показывают, что применение слоев из укреплен-
:ых материалов, обладающих монолитностью, прочностью и ма-
юй водопроницаемостью, требует на таких слоях устройства проч-
их водонепроницаемых покрытий с минимальной пористостью,
'олщина таких покрытий устанавливается расчетом и зависит от
категории дороги, интенсивности и состава движения.
------------------ , ....................................... ,
Глава 8
ТЕХНОЛОГИЯ И МЕХАНИЗАЦИЯ РАБОТ
РАЗМЕЛЬЧЕНИЕ ГРУНТОВ
При любом методе укрепления того или иного местного мате-
риала земляное полотно должно быть спрофилировано и уплот-
нено до-требуемой плотности. Затем в последовательном порядке
необходимо:
1)	размельчить частицы или макроагрегаты до заданной круп-
ности;
2)	добавить к грунту (материалу) вяжущий материал в коли-
честве, установленном при лабораторном подборе смеси;
3)	перемешать вяжущий материал с грунтом до полной одно-
родности смеси;
4)	ввести добавку поверхностно-активных или активных ве-
ществ в случае комплексного укрепления;
5)	перемешать смесь до однородного состояния с одновремен-
ным ее увлажнением до оптимальной влажности, установленной
при лабораторном подборе смеси;
6)	уложить готовую смесь на ширину и толщину, предусмот-
ренные проектом, с приданием требуемого профиля;
7)	уплотнить смесь до максимальной плотности при соответст-
вующей оптимальной влажности;
8)	обеспечить уход за уплотненным слоем в зависимости от
свойств и состава вяжущего материала и характера (типа) фор-
мирующейся структуры в слое укрепленного грунта.
В зависимости от совершенства применяемого оборудования,
машин и свойств обрабатываемого материала отдельные техноло-
гические операции, перечисленные выше, могут совмещаться или
многократно повторяться. В том и другом случае должны быть
обеспечены качество и однородность смеси, плотность, прочность
и монолитность создаваемого материала.
Первая технологическая операция — размельчение грунта или
другого местного материала — производится в целях обеспечения
в дальнейшем требуемой однородности смеси и удаления крупных
и прочных обломков породы, что устраняет поломку рабочих ор-
ганов грунтосмесительных машин.
При выполнении указанной технологической операции возмож-
ны следующие три варианта. При укреплении несвязных крупнооб-
ломочных грунтов, щебенисто- или гравийно-песчаных смесей,
крупнообломочных отходов промышленности необходимо путем
отгрохотки удалить из них обломки крупнее 25 или 40 мм. Если
это прочные обломки, отвечающие по дробимости и износу трё-
194

®аниям 3-го класса прочности и выше, их после дробления мож-
। использовать в качестве щебня или гравия для приготовления
фальто- или цементобетонных смесей, а также как добавку к
сериалу, который предназначается для обработки и укрепления
жущими материалами.
В том случае, если в обрабатываемом вяжущими материале
грунте) содержатся крупные обломки размером более 20 мм и по
робимости и износу они относятся к IV классу прочности, то вся
iacca такого грунта (местного материала или отходов промыш-
енности) подвергается дроблению до размеров частиц менее 10
даже 5 мм.
Указанное требование обязательно при укреплении малопроч-
ых известняков-ракушечников, песчаников, дресвы, изверженных
(етаморфических и осадочных пород, золошлаковых смесей и шла-
ов тепловых электростанций.
Многолетние исследования, проведенные в Госдорнии УССР
15], а также большой производственный опыт, накопленный до-
ожно-строительными организациями Украины, показали, что при
становлении пригодности дорожно-строительных материалов для
стрОйства конструктивных слоев дорожных одежд необходимо
читывать не только свойства укрепляемого материала, но и его
войства в омоноличенном, укрепленном виде.
При этом надо обязательно знать и учитывать также и потен-
;иальные вяжущие (цементирующие) возможности, заложенные
-исходном материале, которые могут проявляться и активизиро-
аться при небольших добавках вяжущих веществ. В результате
удут обеспечены формирование прочной водо- и морозостойкой
труктуры и длительная надежная работа такого укрепленного
гатериала в конструктивном слое дорожной одежды.
На основе анализа и обобщения многочисленных эксперимен-
альных данных, накопленных при испытании малопрочных извест-
яков третичного периода, широко распространенных в южной
асти Украины, В. В. Малеванским было предложено эти извест-
яки разделить на четыре группы, характеризуя каждую из них
о величине объемной массы породы [45]:
I — То>2,2 г/см3 (#сж.ср=300 кгс/см2; предельные значения в
той группе /?сж= 175—500 кгс/см2);
II — то^2,2—2,0 г/см3 (/?сж.с₽=175 кгс/см2, предельные значе-
ия в этой группе 7?Сж= 100—300 кгс/см2);
III—уо=2,О—1,8 г/см3 (/?сж.ср=100 кгс/см2, предельные значе-
ия 7?сж—50—175 кгс/см2);
IV — то<1,8 г/см3 (/?сж<Ю0 кгс/см2).
Четвертая группа — это пильные известняки, месторождения
оторых разрабатываются для изготовления блоков, используемых
ри строительстве зданий. Прочность таких разновидностей из-
естняков бывает иногда весьма незначительной (20 кгс/см2 и ме-
ее). Их пористость очень большая и достигает 40—45%, водона-
Ыщение — 30%; у0 снижается до 1,5—1,4 кгс/см3. При распиловке
аких малопрочных известняков в большом количестве накапли-
195


ваются отходы (очесы), которые можно укреплять небольшими
добавками портландцемента.
С измельчением даже малопрочной осадочной породы наруша-
ются непрочные связи между отдельными составляющими ее эле-
ментами, уменьшается пористость породы. Вместе с тем в раздроб-
ленной части (отсеве) идет накопление более прочных обломков,
освежение и увеличение поверхности этих обломков. Встает зада-
ча— создать новые, более прочные цементирующие связи с обе-
спечением более плотной упаковки отдельных частиц. Поэтому чем
прочнее горная порода и полученный из нее материал (щебень),
тем больший максимальный размер частиц допустим в смеси. Ни-
же приводятся допустимые максимальные размеры зерен камен-
ного материала (малопрочного известняка) в зависимости от его
прочности [45]:
Предел прочности при
сжатии, кгс/см2 . . .
Объемная масса по-
роды, г/см3........
Наибольший допусти-
мый размер зерен,
мм:
для покрытий . . .
> оснований . .
>300
2,35—2,20
50—35
70—50
>175	>100	<100
2,20—2,00	2,00—1,80	<1.80
35—25	25—15	5—2
50—35	35—15	10—5
Измельчение малопрочной каменной породы до указанных раз-
меров и наличие плотной смеси по гранулометрическому составу
позволяет получать прочный материал, отвечающий требованиям
I и II классов прочности по СН 25-74 (табл. 53).
Таблица 53
Наименование материала	Крупность, мм	Добавка цемента М-300, % по массе смеси	Предел прочности при сжатии, кгс/см’	
			после 7 сут	после 28 сут
Гранитный несортированный щебень,	15—0	3	34	40
плотная смесь				
То же	15—0	6	45	53
Малопрочный известняк, плотная	15—0	3	37	45
смесь; материал I группы прочности				
То же	15—0	5	50	60
»	15—0	7	74	90
Малопрочиый известняк, плотная	10—0	3	34	42
смесь; III группа прочности				
То же	10—0	5	47	65
»	10—0	7	66	91
Малопрочный известняк, плотная	5—0	3	32	39
смесь; IV группа прочности				
То же	5—0	5	47	59
»	5—0	7	65	81
Примечание. Точность определений ±10% при достоверности 0,9.
196
Данные табл. 53 свидетельствуют о том, что при правильном
назначении максимального размера частиц плотная смесь, полу-
ченная при дроблении малопрочного известняка-ракушечника
IV группы прочности, при ее укреплении 5—7% портландцемента
приобретает прочность большую, чем прочность плотной смеси, по-
лученной при дроблении гранита, т. е. высокопрочной извержен-
ной породы.
Такое парадоксальное явление можно объяснить тем, что при
дроблении малопрочного высокопористого известняка-ракушечни-
ка до размеров менее 5 мм происходит разрушение непрочных свя-
зей и накопление окремнелых обломков, которые имеют прочность
значительно большую, чем прочность исходной породы (известня-
ка-ракушечника). При этом плотность таких обломков также зна-
чительно больше, чем у исходного известняка, а пористость этого
материала в несколько раз становится меньше, чем у известняка-
ракушечника.
При укреплении указанной известняковой смеси с максималь-
ным размером зерен 5 мм небольшими добавками портландцемен-
та происходит прочная цементация этой смеси продуктами гидра-
тации и гидролиза цемента [45]. При этом в результате активации
поверхности окремнелых частиц 'под действием гидрата окиси
кальция и других соединений образуется дополнительное количе-
ство веществ, обладающих способностью к прочной цементации.
При суммарном действии этих вяжущих веществ формируется
прочная пространственная структура кристаллизационного типа,
обеспечивающая требуемую прочность и монолитность такого ма-
териала.
Как показали многолетние обследования дорог, построенных в
ряде южных областей Украины, такой материал устраняет пере-
мещение отдельных частиц под воздействием переменных нагрузок
и природно-климатических факторов, обладает хорошей распреде-
ляющей способностью. Конструктивный слой из укрепленного ма-
териала, в том числе и из малопрочного известняка-ракушечника
или песчаника благодаря его монолитности и прочности работает
в упругой стадии, что обеспечивает большую надежность работы
дорожной одежды в целом.
Когда укреплению подвергают различного вида глинистые грун-
ты (супеси и особенно суглинки и глины), возникает необходи-
мость в размельчении агрегатов (комков) грунта. В сухом состоя-
нии такие агрегаты (комки) грунта характеризуются наличием от-
носительно непрочных обратимых связей и псевдоконденсационной,
т. е. водонеустойчивой структурой.
Следует отметить, что размельчение глинистых грунтов, осо-
бенно сухих суглинков и глин, является наиболее трудоемкой опе-
рацией в технологическом процессе, осуществляемом при укреп-
лении таких грунтов.
В соответствии с требованиями после размельчения суммарное
содержание пылевато-глинистых комков (агрегатов) размером бо-
лее 5 мм в грунте не должно быть больше 25% его массы. При
197
этом содержание комков крупнее 10 мм допускается ие более 10%
массы грунта.
Такое требование является минимальным и при дальнейшем
совершенствовании грунтосмесительных машин должно быть из-
менено в сторону уменьшения допустимого содержания комков
крупнее 5 мм (например, не более 20 или 15% массы грунта).
Песчаные или песчано-гравийные грунты в сухом состоянии
являются сыпучими (несвязными) и у таких видов грунтов части-
цы находятся в раздельном виде. Независимо от влажности по-
верхность их хорошо обволакивается вязко-жидкими или порошко-
образными вяжущими материалами. Такие грунты не требуют
лредварительного размельчения и при их обработке легче получить
хорошую однородную смесь.
В. глинистых же грунтах, благодаря наличию большого коли-,
чества свободной поверхностной энергии,- частицы связаны между
собой силами молекулярного притяжения. Происходит коагуляция:
глинистых и коллоидных частиц — образование макро- и микро-
агрегатов различной прочности и водоустойчивости.
Величина и прочность формирующихся в грунте агрегатов, а
следовательно и его структура в естественном залегании зависят
от многих факторов: гранулометрического, минералогического и
химического составов грунта, емкости обмена и состава поглощен-
ных катионов, содержания глинистых и коллоидных частиц, а так-
же влажности грунта.
Прочность макро- и микроагрегатов возрастает с уменьшени-
ем их размера, и это увеличение тем больше проявляется, чем
; ' меньше влажность таких агрегатов.
Исследованиями Е. И. Путилина [46] показано, что с увеличе-
нием размера агрегатов и их количественного содержания проч-
ность грунта, укрепленного вяжущими материалами, резко умень-
шается (рис. 37). Важно также отметить, что морозостойкость
> укрепленных грунтов при содержании агрегатов размером более
5 мм в количестве большем, чем это предусмотрено СН 25-74, так-
же резко уменьшается.
g? Изучение условий формирования структурных связей в глинис-
s ~ тых грунтах и агрегирования тонкодисперсных фракций показало,
’ что введение небольших добавок поверхностно-активных веществ
определенного состава способствует размельчению агрегатов грун-
та. При этом затрата механической энергии до требуемой степени
’ ‘ размельчения существенно уменьшается.
Установлено, что поверхностно-активные вещества (ПАВ), на-
й пример смачиватель ОП-7 и сульфитно-спиртовая бражка (ССБ),
h в значительной степени понижают прочность структурных агрега-
тов глинистых грунтов при добавке их в количестве 0,1—0,8% от
массы грунта. Учитывая малую дозировку вводимых в грунт ПАВ
и необходимость равномерного их распределения и смачивания
Д-	всего объема обрабатываемого грунта, эти вещества должны вво-
Г	диться в грунт в виде водных растворов небольшой концентрации,
j	Из этого следует, что для эффективного размельчения глинистых
В	198

Рис. 37. Изменение прочности водонасыщенных образцов в зависимости от со-
держания в смеси грунтовых агрегатов:
а — размером 5—10 мм: б — размером 10—20 мм;
/ — покровной глины; 2 — глинистого чернозема; 3 — солонцеватой карбонатной глины;
(/—3— при укреплении грунта портландцементом; Г—3' — при укреплении грунта жидким
битумом)
грунтов должны применяться ПАВ, обладающие способностью хо-
рошо растворяться в воде, хорошо и быстро смачивать поверх-
ность частиц грунта и, следовательно быстро впитываться в поры
макро- и микроагрегатов грунта.
При размельчении супесчаных грунтов и использовании совре-
менных линейных грунтосмесительных машин (однопроходных ма-
шин, фрез) в большинстве случаев не требуется вводить добавку
ПАВ, поскольку можно достигнуть требуемую степень размельче-
ния грунта.
При размельчении суглинков и, особенно, глин в сухом состоя-
нии (при влажности менее 0,2 от влажности границы текучести
грунта) использование добавок ПАВ в большинстве случаев яв-
ляется необходимым. При правильном выборе поверхностно-актив-
ных веществ и их оптимальной дозировке, а также при добавке
негашеной молотой или гашеной извести эффективность размель-
чения глинистых грунтов резко увеличивается.
При размельчении грунта всегда лучше превысить требование,
установленное СН 25-74. Сохранение же микроагрегатов (разме-
ром менее 0,5 мм) и увеличение их прочности и водостойкости с
помощью добавок ПАВ является крайне желательным.
ж тег
АМЕМ.ад

•ЗЙ
.. i
199

ДОЗИРОВАНИЕ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ДРУГИХ РЕАГЕНТОВ
Размельчение агрегатов (комков), дробление крупных облом-
ков, содержащихся в обрабатываемом грунте или другом местном
материале,— весьма трудоемкая и важная технологическая опера-
ция, но она является лишь подготовительной. С введением в подго-
товленный материал установленного количества вяжущих и других
веществ начинается последующий важный этап в коренном преоб-
разовании свойств укрепляемого материала.
Дозировочные устройства смесительных установок или линей-
ных грунтосмесительных машин должны обеспечивать точное дози-
рование вяжущих материалов и других реагентов на заданный
объем обрабатываемого материала. Точное дозирование указан-
ных веществ на заданный объем или массу материала всегда пред-
усматривает равномерное распределение вяжущих и других ве-
ществ в микрообъемах обрабатываемого материала. В противном
случае не могут быть максимально реализованы потенциальные
вяжущие и другие особенности, заложенные в добавляемых ре-
агентах.
Равномерному распределению и смачиванию при внесении вяз-
ко-жидких или жидких реагентов или обволакиванию частиц или
микроагрегатов грунта при внесении порошкообразных веществ
может препятствовать влага, имеющаяся в укрепляемом грунте
или другом материале. Для глинистых грунтов наилучшее распре-
деление сыпучих или вязко-жидких вяжущих происходит при
влажности грунта менее 0,2U7T (УГТ— влажность границы текуче-
сти). Введение поверхностно-активных веществ способствует луч-
шему смачиванию вязко-жидких веществ и улучшает их адгезию
к поверхности частиц грунта. При добавке сыпучих веществ ПАВ
могут также способствовать равномерному их распределению и
улучшению процессов гидратации.
Выбор и оптимальная дозировка поверхностно-активных ве-
ществ устанавливаются экспериментальным путем.
При комплексном укреплении грунтов вяжущими материалами
и активными или поверхностно-активными веществами осущест-
вляется разрыв во времени при их внесении.
Например, при комплексном укреплении суглинка или глины
добавками жидкого битума и извести вначале вносится в заданном
количестве известь. Эта добавка перемешивается с грунтом, и
смесь прикатывается. Через 12—24 ч в известковогрунтовую смесь
вводится жидкий битум, смесь перемешивается и затем выполня-
ются последующие технологические операции.
ОПТИМАЛЬНОЕ УВЛАЖНЕНИЕ И ПЕРЕМЕШИВАНИЕ СМЕСИ
В состав смеси грунта или другого местного материала, укреп-
ляемого любыми вяжущими и другими веществами, всегда в каче-
стве обязательного компонента входит вода. Количественное со-
200
держание и роль воды в смеси бывают различными и зависят от
применяемых для укрепления грунтов вяжущих и других веществ.
В зависимости от естественной влажности материала, подвергае-
мого обработке, и учитывая, что готовая смесь перед ее уплотне-
нием должна иметь оптимальное значение, при производстве ра-
бот могут быть три случая.
Смесь грунта с вяжущим и другими реагентами имеет влаж-
ность We, численно меньшую, чем оптимальная влажность Wo, ус-
тановленную при лабораторном подборе для данного состава
(W7e<U'/o). В этом случае производится дополнительное увлажне-
ние смеси с учетом естественной ее влажности. В практике произ-
водства работ это наиболее распространенный случай. Возможно,
что W смеси совпадает с требуемой Wo, тогда увлажнение этой
смеси не производится. В осенний или ранний весенний период
производства работ смесь может иметь влажность более оптималь-
ной (№>1Го). В этом случае путем перемешивания или выдержки
в течение определенного времени смесь подсушивается, если это
допустимо по условиям процессов структурообразования и тверде-
ния смеси и не ведет к уменьшению прочности готового материа-
ла в конструктивном слое дорожной одежды. Придание соответст-
вующей для данной смеси оптимальной влажности должно обеспе-
чить наиболее благоприятные условия для процессов структуро-
образования, взаимодействия отдельных компонентов (их гидра-
тации и др.) и максимального уплотнения укрепленной смеси в
дальнейшем.
Подсушивание грунта, имеющего влажность более оптималь-
ной, может быть осуществлено также за счет химического связы-
вания воды путем внесения добавок извести, гипса или других ве-
ществ.
При укреплении грунтов, малопрочных каменных материалов
или отходов промышленности минеральными вяжущими оптималь-
ная влажность смеси должна быть равна 0,5—0,6 от влажности
границы текучести для частиц менее 2 мм.
При укреплении грунтов и других местных материалов цемен-
том в количестве более 6—8% по массе смеси оптимальная влаж-
ность такой смеси находится в пределах 0,6—0,7 от влажности
границы текучести и, следовательно, несколько превышает опти-
мальную влажность при стандартном уплотнении, определенную
для исходного материала.
При укреплении глинистых грунтов молотой известью-кипел-
кой, учитывая необходимость дополнительного количества воды
для гашения извести, влажность известково-грунтовой смеси Wo
должна быть, как правило, в пределах (0,74-0,8) WT.
При укреплении глинистых видов грунтов органическими вя-
жущими, например жидкими битумами, влажность обрабатывае-
мого грунта должна быть в пределах (0,24-0,3) W от влажности
границы текучести грунта WT. Влажность грунта и количество би-
тума в смеси в сумме в среднем находится в пределах (0,5-^-0,6) W7.
Как показали многочисленные исследования и практический опыт,
7-421	901
B.TU -ЖЯк. АМЭЕЖ.ЬЛЬ
такого суммарного количества жидкой фазы бывает достаточно
для протекания процессов структурообразования и максимального
уплотнения смеси.
Приведенные выше примеры свидетельствуют о том, что Wo
смеси может колебаться в широких пределах и зависит от состава
и свойств всех компонентов смеси.
Численное значение оптимальной влажности смеси, обеспечива-
ющее процессы структурообразования, гидратации вяжущих и мак-
симальное уплотнение, устанавливают экспериментальным путем,
руководствуясь методикой, изложенной в СН 25-74.
Рассмотренные выше технологические операции (размельчение,
дозирование вяжущих и других реагентов, равномерное их переме-
шивание с грунтом, увлажнение смеси до оптимальной влажности
с'последующим перемешиванием) являются строго обязательными
для выполнения при любых методах укрепления грунтов и других
местных материалов. Только при правильном их выполнении, точ-
ном дозировании всех компонентов, входящих в состав смеси, и
тщательном их перемешивании может быть достигнута высокая
степень однородности смеси. Это, в свою очередь, надежно гаран-
тирует получение запроектированной прочности материала.
Однако следует отметить, что перечисленные выше технологи-
ческие операции могут совмещаться или выполняться почти одно-
временно, или выполняться в последовательном порядке с боль-
шим разрывом во времени при многократных проходах машин по
одному следу в зависимости от применяемого оборудования и типа
грунтосмесительных машин.
Особенности технологии производства работ, связанные с при-
меняемым оборудованием и типами машин, рассмотрены ниже.
УПЛОТНЕНИЕ ГОТОВОЙ СМЕСИ
Уплотнение готовой смеси до максимальной плотности при со-
ответствующей для данной смеси оптимальной влажности являет-
ся важнейшей и заключительной технологической операцией в про-
изводстве работ по укреплению грунтов и других местных мате-
риалов.
Тщательное и высококачественное выполнение на строительстве
всех перечисленных выше технологических операций, производи-
мых до уплотнения готовой смеси, не может компенсировать того
большого ущерба, который неизбежно возникнет, если смесь будет
недостаточно уплотнена.
Структура любого дорожно-строительного материала, уложен-
ного в дорожную одежду и, следовательно, его свойства формиру-
ются в результате уплотнения смесей. Для получения материала-
с заданными свойствами показатель плотности имеет исключи-
тельно важное значение. Недостаточное уплотнение смеси всегда
обусловливает (повышение пористости материала, а это, в свою оче-
202
редь, предопределяет повышенное водонасыщение материала и
меньшую его морозостойкость.
Для достижения максимальной плотности уплотняемой смеси
в ее составе должно быть оптимальное количество воды, которое
будет способствовать наилучшему перемещению и сближению
частиц, Наибольшей их упаковке. При этом пористость материала
будет уменьшаться, размеры и конфигурация пор станут более
однородными.
Ниже рассматриваются отдельные примеры, показывающие
специфические особенности уплотнения некоторых видов смесей с
различными вяжущими материалами.
С увеличением плотности грунтов, укрепленных минеральными
вяжущими материалами, возрастает количество частиц в единице
объема укрепленного материала и, следовательно, увеличивается
число контактов твердых частиц. В результате кристаллы, образу-
ющиеся при твердении этих вяжущих, создают более разветвлен-
ный тонкий пространственный каркас, скрепляющий частицы и аг-
регаты грунта в более прочный монолит.
Такая же закономерность наблюдается и при уплотнении грун-
тов, укрепляемых комплексными методами с использованием до-
бавок различных веществ.
Важной особенностью укрепления грунтов минеральными вяжу-
щими, особенно при использовании добавок портландцемента, яв-
ляется необходимость сводить к минимуму время технологическо-
го разрыва между увлажнением готовой смеси до оптимальной
влажности и началом уплотнения этой смеси. Установлено, что
при укреплении грунтов портландцементом между окончанием ув-
лажнения цементогрунтовой смеси и началом ее уплотнения до-
пускается разрыв во времени не более 2 ч при производстве работ
свыше 15° С. При увеличении этого разрыва уплотненный цементо-
грунт характеризуется значительно меньшей прочностью, большей
пористостью и меньшей морозостойкостью.
При одинаковом увеличении относительной плотности цемен-
тогрунтов прочность их повышается больше при укреплении круп-
нообломочных и песчаных грунтов и относительно меньше при
укреплении глинистых грунтов.
Как показали исследования В. М. Могилевича, Р. П. Щерба-
ковой и О. В. Тюменцевой [37], в пределах изменения коэффици-
ента уплотнения от 0,90 до 1,00 существует прямолинейная зави-
симость между этим коэффициентом и пределом прочности цемен-
тогрунта при сжатии. С увеличением плотности грунтов,
укрепленных минеральными вяжущими материалами, возрастает не
только 'прочность.
При этом уменьшаются суммарная пористость и размеры пор,
что в целом обусловливает значительное увеличение морозостойко-
сти цементогрунта.
Так, например, тяжелый суглинок, укрепленный 12% цемента
и уплотненный до коэффициента 0,90, выдерживает 18 циклов за-
мораживания-оттаивания, а уплотненный до коэффициента уплот-
нения 0,98, что требуется СН 25-74, выдерживает 30 циклов замо-
раживания-оттаивания.
Грунты, укрепленные битумными материалами, при уплотнении
их до максимальной плотности мало увеличивают прочность при
сжатии, но в этом случае у таких битумогрунтов существенно уве-
личиваются сдвигоустойчивость, водо- и морозостойкость rf, следо-
вательно их долговечность.
Смеси грунта с органическими вяжущими (битумом, дегтем)
характеризуются тем, что независимо от времени их формирования
присущая им коагуляционная структура остается неизменной. По
этой причине разрыв во времени между окончанием смешения
смеси и началом ее уплотнения не имеет такого огромного влияния
на уплотняемость смеси и ее свойства, как это бывает при уплот-
нении цементогрунтовых смесей.
Однако следует отметить, что при использовании в качестве
вяжущих битумных эмульсий, приготовляемых на вязком битуме,
или битумов, разжиженных легкими разжижителями (особенно
быстрогустеющих), длительный разрыв во времени между смеше-
нием и уплотнением смеси существенно ухудшает их уплотняе-
мость и физико-механические свойства, снижает водостойкость та-
кого материала [44, 66].
Объясняется это специфическими особенностями структуры би-
тумных пленок, вязкость и прочность которых увеличиваются при
испарении дисперсионной среды (воды, разжижителя).
Исследования по уплотнению смесей грунта с битумными
эмульсиями показали, что при одинаковом составе смесей водостой-
кость их бывает различной в зависимости от условий уплотнения.
Как показывают данные табл. 54, наибольшую водостойкость при-
обретает грунт, укрепленный битумной эмульсией в том случае,
когда уплотнение производится сразу же после смешения (рас-
пад эмульсии еще не произошел, вязкость всей системы еще не ,
уменьшилась и содержание жидкой фазы соответствовало опти-
мальному для уплотнения количеству).
Таблица 54
Грунт	Условия уплотнения смеси	Объемная масса, г/сма	Вод он асы- щение, %	Предел прочно- сти при сжатии водонасыщен- ных образцов, кг/см я
Супесь с числом пластичности 4,5	Непосредственно пос- ле смешения	2,04	5,5	18,5
То же	Смесь высохла	2,04	18,5	3,0
	Сухая смесь перед уп- лотнением увлажнена	2,08	11,5	6,5
Супесь с числом пластичности 4,5 + из- весть	Непосредственно после смешения	2,08	3,7	36,0
То же	Смесь высохла	2,01	14,5	11,5
	Сухая смесь перед уп- лотнением увлажнена	2,07	9,0	20,0
204
Высыхание смеси и ее увлажнение перед уплотнением повыша-
ют прочность и водостойкость материала, но при этом указанные
показатели в 2—3 раза меньше, чем при уплотнении смесей сра-
зу же после смешения. Опыт по укреплению барханных песков в
южном Казахстане показал, что даже при высокой температуре
воздуха (50°С), а следовательно и смеси, когда вязкость битумных
пленок уменьшается, нельзя достигнуть требуемого уплотнения,
если смесь уплотнялась на другой день после смешения.
Изложенное выше свидетельствует о том, что для большинст-
ва применяемых смесей из грунта или других местных материалов
и вяжущих веществ долговечность и прочность получаемого мате-
риала существенно зависят от времени уплотнения, прошедшего
после смешения.
В производственных условиях этому важному фактору, к со-
жалению, не всегда придают должное значение и длительность
технологического процесса строго не лимитируют, в результате
чего существенно снижается качество выполненных работ.
Организация производства работ должна предусматривать уско-
рение выполнения отдельных технологических операций и умень-
шение времени между их выполнением, если это не вызывает ухуд-
шения качества структуры и прочности материала.
Укладка и уплотнение смесей должны, как правило, произво-
диться не позднее чем через 2—3 ч после их увлажнения до оп-
тимальной влажности и перемешивания в случае укрепления гли-
нистых видов грунтов и выполнения работ при температуре
воздуха не более 20° С. При смешении крупнообломочных и песча-
ных грунтов или при производстве работ в жаркое время уплотне-
ние готовых смесей должно производиться через 1—1,5 ч, что при
существующих способах производства работ трудно выполнимо.
Поэтому целесообразно во многих случаях производить добавку
поверхностно-активных веществ, способствующих замедлению про-
цессов структурообразования и схватывания смеси. Тогда может
быть увеличено время между окончанием приготовления смеси и
началом ее уплотнения.
Исследованиями Ю. М. Васильева, А. С. Дудкина и других
[5, 8] установлено, что при укреплении грунтов одним портландце-
ментом или цементом и добавками СаС12, NaCl, извести замедление
процессов структурообразования и схватывания цементогрунтовых
смесей может быть достигнуто путем добавки сульфитно-спиртовой
бражки (ССБ), кремнийорганических соединений, например
ГКЖ-94, или абиетиновой смолы (в виде абиетата натрия).
В этом случае удлиняется время нахождения цементогрунтовой
смеси в состоянии коагуляционной структуры, происходит процесс
торможения образования кристаллизационной структуры вследст-
вие адсорбции указанных поверхностно-активных веществ на по-
верхности зерен цемента и продуктах его гидратации.
Положительный эффект от применения добавок поверхностно-
активных веществ (ПАВ) можно получить лишь в том случае, ес-
ли эти вещества вводятся в оптимальном количестве.
К 205
AMT.I.
Например, для ГКЖ-94 и абиетиновой смолы оптимальное ко-
личество составляет в среднем 0,1% от массы укрепляемого грун-
та, а для ССБ — в пределах 0,15—0,3%- Смесь из супесчаного или
песчаного грунта при добавке 12% портландцемента и 0,1%
ГКЖ-94 в течение 12 ч находится в пластичном состоянии, при
котором обеспечивается ее удобоукладываемость и сохраняется
возможность уплотнения такой смеси до требуемой максимальной
плотности.
При добавке ССБ в количестве 0,3% пластичное состояние це-
ментогрунтовой смеси сохраняется 5—6 ч, а при добавке абиети-
новой смолы 7—8 ч.
Роль добавок указанных выше ПАВ не ограничивается только
удлинением коагуляционного периода цементогрунтовых смесей
и их пластификацией. Значение этих добавок является более уни-
версальным. Цементогрунтовые смеси при добавке ССБ, ГКЖ-94
и абиетиновой смолы уплотняются до более высокой степени
плотности при меньшей затрате работы. Затвердевший слой та-
кого цементогрунта характеризуется более высокой прочностью и
морозостойкостью.
При укреплении грунтов известью или активными золами уно-
са тепловых электростанций возникает другая задача. Эти вяжу-
щие материалы характеризуются очень медленным твердением и
набором требуемой прочности через длительный срок влажного
твердения — 90—120 сут и более. Поэтому после приготовления
смесей и оптимального их увлажнения возникает задача не замед-
ления а, наоборот, существенного ускорения процессов структуро-
образования и твердения в уплотненном слое. Установлено, что для
ускорения твердения указанных смесей целесообразно применять
добавки хлористого кальция, кремнефторидов, магния, натрия, ам-
мония или других веществ [4, 5, 34].
Установление времени уплотнения и применения пластифици-
рующих и тормозящих или ускоряющих процессы твердения доба-
вок поверхностно-активных и других веществ и оптимальная их
дозировка должны устанавливаться при строгом учете всех при-
меняемых реагентов, входящих в состав грунтовых и других сме-
сей, и типа структуры в затвердевшем материале.
После уплотнения укладываемой смеси до ее максимальной
плотности всегда должен быть обеспечен уход за готовым конст-
руктивным слоем (покрытием, основанием или морозозащитным
слоем).
При использовании добавок гидравлических вяжущих (порт-
ландцемента, молотых доменных шлаков, извести, зол уноса) тре-
буется в течение длительного времени сохранить в уплотненном
слое оптимальную влажность, необходимую для протекания про-
цессов кристаллизационного твердения.
Сохранение такой влажности достигается путем нанесения па-
ронепроницаемых пленкообразующих веществ или устройства по-
крытия, а также другого конструктивного слоя через одну-две ра-
бочие смены.
206
Г Последнее не только возможно, но и весьма целесообразно,
рапример, при использовании для устройства конструктивного
!слоя извести, молотого шлака или активных зол уноса в качестве
вяжущего материала.
 Сохранение оптимальной влаги таким путем возможно при уст-
ройстве конструктивного слоя из суглинистого или глинистого це-
ментогрунта при условии обеспечения коэффициента уплотнения в
таком слое не менее 1,0.
После максимального уплотнения слоя из грунта, укрепленно-
го жидким битумом, дегтем или битумной эмульсией, наоборот,
требуется обеспечить испарение влаги из такого слоя. Следова-
тельно, такой слой не должен покрываться пленкообразующими
материалами.
Способы ухода за готовым слоем устанавливаются с учетом
свойств укрепленного материала и его назначения. При этом не-
обходимо руководствоваться нормативными требованиями, изло-
женными в СН 25-74 и других документах.
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
Для уменьшения трудовых затрат и, следовательно, повышения
производительности труда, уменьшения железнодорожных и авто-
мобильных перевозок каменных материалов, снижения стоимости
строительства исключительно важное значение имеет правильная
и эффективная организация работ.
Широкий диапазон изменений в составе и свойствах обраба-
тываемых грунтов и местных материалов и применение разных
вяжущих и других веществ, характеризующихся весьма различны-
ми свойствами, всегда вызывают необходимость всесторонне учи-
тывать эти особенности и вносить соответствующие коррективы в
организацию и технологию производства работ [55].
На основе технических и инженерно-геологических изысканий,
изучения природных условий и обеспеченности территории (райо-
на) строительства материалами устанавливаются участки дорог
или аэродромов, не обеспеченные прочными каменными материа-
лами, где наиболее технически целесообразно и экономически вы-
годно применять те или иные методы укрепления грунтов или дру-
гих природных местных материалов, а также отходов промышлен-
ности.
В дальнейшем конкретизируют наиболее целесообразные ме-
тоды укрепления, производят подбор составов смесей, уточняют
дозировки вяжущих и других веществ и проектируют дорожные
одежды, учитывая возможность применения в конструктивном слое
или слоях тех или иных укрепленных материалов.
На основе полученных данных решается вопрос о способах и
темпах производства работ, устанавливаются потребность в тех
или иных механизмах и оборудовании, количество вяжущих мате-
риалов и других реагентов и сроки их получения.
207
ЬЛГ	АМН. В.О
В подготовительный период до начала производства работ на
основе проведенных исследований намечаются базы (склады) по-
лучения и хранения вяжущих материалов и других веществ и вы-
полняются работы по строительству и оборудованию этих баз с
обеспечением механизированной погрузки и разгрузки материалов,
с учетом намеченного темпа работ. Намечаются сроки перебазиро-
вания этих баз и оборудования их на новом месте.
В этот же период осуществляется подготовка технического пер*
сонала, работающего на машинах или установках по приготовле-
нию и укладке смесей. Составляются графики производства работ
и технологические карты.
Все технологические операции по укреплению грунтов и других
местных материалов вяжущими веществами и другими реагентами
полностью поддаются механизации. Поэтому в целях обеспечения
высокого качества и требуемого темпа производства работ все тех-
нологические операции должны обязательно выполняться пол-,
ностью укомплектованными специализированными отрядами
машин.
Способы производства работ бывают следующие:
приготовление смеси из местных грунтов или других обломоч-
ных пород или материалов (отходов промышленности) в стацио-
нарных или полустационарных (передвижных) смесительных уста-
новках с последующим транспортированием готовой смеси к месту
ее укладки;
приготовление и укладка смеси из укрепленного грунта или
других местных материалов непосредственно на строящихся дороге
или аэродроме с использованием линейных однопроходных много-
роторных грунтосмесительных машин;
приготовление и укладка смеси смешением на строящихся до-
роге или аэродроме с использованием многопроходных линейных
машин — дорожных фрез.
Независимо от принятого способа производства работ по уст-
ройству конструктивных слоев (оснований, покрытий, дополнитель-
ных слоев) из укрепленных материалов работы выполняются по-
точным методом в установленные проектом сроки.
Накопленный практический опыт показывает, что специализи-
рованные отряды машин обязательно должны укомплектовывать-
ся с учетом особенностей и производительности ведущей машины,
предопределяющей способ производства работ. Примерные соста-
вы машин в специализированных отрядах приведены в табл. 55.
В случае применения комплексных методов укрепления грунтов и
других местных материалов в состав указанных отрядов машин
дополнительно включают те или иные машины и установки с
учетом свойств применяемых реагентов н укрепляемых мате-
риалов.
Каждая строительная организация, помимо указанных в табл.
55 машин, до начала 'производства работ должна быть обеспечена
средствами механизированной погрузки и разгрузки вяжущих и
других веществ, транспортными средствами и оборудованными
208
Таблица 55
	Количество машин в отряде с ведущей машиной						
	смесительная у станов-		однопроходная грунте-			дорожная фреза	
	ка (Готряд)		смесительная машина			(III отряд)	
			(II О ряд)				
		Обработк а		вяжущими материалами			
		is			5>:		
Состав отряда	мент, уноса	(биг биту		_ та CJ в 2 к X S >>	(бит] биту	мент, уноса	(бит) биту:
	S СЗ -S	& - 5 5 U О.		1» — -f та Ч о	5 * — х’5 £•	OI я « ч	5 ж —« isg.
	X « S •	ИДК уль и л		X я S г	1ДК уль И 1	X го к ►	X л
		К* х		х н			X 3 Л
					О £	>т	*	
	Е и «	т £ й		= с « 2 п U X X	п « oj	~ И Ч	го g с-
	О X X	X «			X х ч	О X X	к х ё
Смесительная уста- новка с мешалкой при- нудительного перем е-	1—2	1-2	—		—	—	—
шивания Однопроходная многороторная грун- тосмеснтельная маши-	—	—	1-3		1-3	—	—
на Дорожная фреза — многопроходная грун- тосмесительная ма-	—	—	—		—	2—4	2—4
шина Укладчик готовых смесей	1—2	1-2	—		—	—	—
Распределитель- дозировщик цемента, извести н других сы- пучих веществ			—		—	1—2	1-2
Автоцементовозы	3—5	1	3-6		1	3—5	1
Поливо-моечные ма- шины (для воды и водных растворов хи- мических веществ)	2—4	1—2	3-6		2-3	3—5	2-3
Автобитумовозы	—	3-5	—		3—5	—	3-5
Самоходные катки	2—3	2—3	2-3		2-3	1—3	1—3
на пневматических шинах							
Передвижной склад цементов	вмести- мостью 25 т (при дальности возки це- мента 25 км)	1—2	1	1—3		1	1—3	1
Автогрейдер	—	—	1		1	1	1
Автогудронатор	1	1	1		1	1	1
складами для хранения вяжущих и других необходимых мате-
риалов.
Способы производства работ и составы отрядов машин выбира-
ют на основе технико-экономических расчетов, запроектированных
методов укрепления с учетом конструкции дорожных или аэрод-
20»
AMBN.RC
ромных одежд, а также применяемых вяжущих материалов и
свойств укрепляемых материалов.
При этом необходимо иметь в виду, что при строительстве ав-
томобильных магистральных дорог и для устройства взлетнопоса-
дочных полос, рулежных дорожек и мест стоянок на аэродромах
по условиям производства работ и применяемым конструкциям
одежд наиболее целесообразно использовать отряды с ведущей
машиной — смесительной установкой (I отряд) или многороторной
однопроходной грунтосмесительной машиной (II отряд). При
строительстве местных дорог или устройстве дополнительных сло-
ев (морозозащитных), как правило, используют отряды с дорож-
ными фрезами (III отряд).
Производительность I отряда за одну рабочую смену в сред-
нем составляет 600 т готовой смеси при работе одной смеситель-
ной установки и 1200 т в смену при работе двух смесительных ус-
тановок. При устройстве конструктивного слоя, например основа-
ния шириной 8 м и толщиной 0,15 м, в плотном теле при объемной
массе скелета 1,8 т/м3, из указанной выше готовой смеси в смену
можно устроить 275 м (2800 м2) основания при работе одной сме-
сительной установки и 550 м (4400 м2) при работе двух установок.
Производительность II отряда с ведущей однопроходной грун-
тосмесительной машиной колеблется в более широких пределах в
зависимости от гранулометрического состава укрепляемых грунтов.
В случае укрепления легких супесчаных грунтов для устройства
слоя основания шириной 8,5 м и толщиной 0,15 м в плотном теле
потребуются четыре прохода грунтосмесительной машины (учиты-
вая необходимость перекрытия обрабатываемых полос) на третьей
рабочей скорости (380 м/ч). При такой скорости одной грунтосме-
сительной машиной в течение рабочей смены (5 ч чистой работы
машины) будет построено 475 м (4000 м2) основания при обработ-
ке супесчаных грунтов. При укомплектовании II отряда тремя од-
нопроходными машинами за рабочую смену будет построено при
обработке супесчаных грунтов 1425 м (12 000 м2) основания.
В том случае, когда II отрядом машин будут подвергаться ук-
реплению тяжелые суглинки или глины, потребуется большая ра-
бота на размельчение и перемешивание грунта. Поэтому рабочая
скорость грунтосмесительной машины будет составлять 98 м/ч
(первая рабочая скорость). По этой причине в данном случае про-
изводительность II отряда при работе одной грунтосмесительной
машины составит 120 м (1000 м2) в смену при указанных выше
ширине и толщине основания. При наличии во II отряде трех грун-
тосмесительных машин в течение одной рабочей смены при обра-
ботке тяжелых суглинков или глин будет построено 360 м (3000 м2)
основания шириной 8,5 м.
Производительность III отряда даже с двумя дорожными фре-
зами в качестве ведущей машины при укреплении легкосугли-
нистых грунтов будет значительно меньше, чем при работе отряда
с одной однопроходной грунтосмесительной машиной. В этом слу-
чае потребуются три прохода фрезы по одному следу на второй
210
Ьабочей скорости (280 м/ч). При устройстве основания шириной
В,5 м и работе двух фрез за рабочую смену в этом случае можно
Обработать участок протяженностью 230 м (1800 м2). В случае же
укрепления тяжелосуглинистых грунтов потребуется выполнять
работы на первой рабочей скорости фрезы (100 м/ч) и делать че-
тыре прохода по одному следу. При наличии в отряде двух фрез
производительность его составит 60 м (500 м2).
При укомплектовании отряда четырьмя фрезами производитель-
ность такого отряда при укреплении тяжелосуглинистых грунтов
составит всего лишь 120 м/смену. Из этого следует, что при боль-
ших объемах строительства и необходимости укрепления тяжело-
суглинистых грунтов производить работы с помощью дорожных
фрез нецелесообразно. Выполнять эти работы надо отрядом с грун-
тосмесительными однопроходными машинами.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСИ И ОБРАБОТКА ГРУНТОВ В СМЕСИТЕЛЬНЫХ
УСТАНОВКАХ
Развитие и широкое практическое применение разнообразных
и, особенно, комплексных методов укрепления грунтов и других
местных материалов часто связаны с необходимостью использова-
ния .многокомпонентных смесей, в состав которых входят различ-
ные вяжущие материалы и другие реагенты. Последние обычно
вносят в грунт в небольших количествах (1—2% от его массы и
менее).
В связи с этим назрела необходимость в повышении точности
дозирования как сыпучих, так и вязко-жидких веществ и их рас-
творов и получении смеси с большой степенью однородности. Воз-
никает в ряде случаев необходимость в разрыве технологического
процесса и установлении перерывов между отдельными техноло-
гическими операциями для обеспечения медленно протекающих
процессов взаимодействия, происходящих между реагентами, вхо-
дящими в состав смеси.
В последние годы резко возросли объемы работ с применением
различных по составу и свойствам зернистых (дискретных) отхо-
дов промышленности или отходов камнедробления, укрепляемых
добавками различных вяжущих веществ.
Указанные обстоятельства обусловили создание высокопроизво-
дительных мобильных смесительных установок (заводов), обеспе-
чивающих приготовление многокомпонентных смесей как в стацио-
нарных условиях, так и в быстро монтируемых установках в при-
трассовых карьерах. При этом обязательным условием, обеспечи-
вающим эффективное использование таких заводов, является воз-
можность быстрого монтажа и демонтажа используемого оборудо-
вания и его перевозки имеющимися транспортными средствами
(большегрузными автомобилями-трейлерами).
Высокопроизводительные смесительные установки (заводы),
размещаемые, как правило, в притрассовых карьерах, позволяют
14*	211

АМЕЖ.КП
осуществлять более точное дозирование всех веществ, а также их
равномерное распределение в смеси.
При необходимости использования активных веществ в порош-
кообразном сыпучем виде в небольших количествах (1% и менее
от массы обрабатываемого материала) их равномерное и точное
дозирование возможно только при условии приготовления смеси
в стационарных установках.
Отечественный и зарубежный опыт свидетельствуют о том, что
способ приготовления смеси в смесительной установке, работаю-
щей в притрассовом карьере, имеет следующие преимущества:
возможность выбора грунтов и других местных материалов,
наиболее пригодных для укрепления;
более точное дозирование и равномерное распределение вяжу-
щих материалов и других реагентов, чем при смешении на дороге;
возможность некоторого уменьшения дозировки вяжущих и
других веществ;
заданная проектом толщина слоя укрепленного грунта может
быть точно выдержана, при этом возможно укладывать готовую
смесь в один слой толщиной до 30 см;
меньшая зависимость производства работ от климатических ус-
ловий, чем при смешении на дороге, а также возможность уклад-
ки готовой смеси в стесненных условиях (например, в городах и
других населенных пунктах);
более производительное использование транспортных средств,
подвозящих необходимые для работы материалы, а также уплот-
няющих машин;
возможность Прервать или расчленить процесс по времени, ес-
ли это требуется по условиям действия применяемых вяжущих и
других веществ.
Важно также отметить что при стационарном приготовлении
смеси создается возможность круглогодичного изготовления плит
из укрепленных материалов для устройства сборных оснований,
покрытий или других изделий.
Несмотря на то что стоимость готовой смеси и ее укладка обыч-
но превышают стоимость приготовления смеси на дороге за счет
необходимости использования транспортных средств для ее пере-
возки к месту укладки, более высокое качество оправдывает такое
удорожание и не является препятствием для использования смеси-
тельных установок.
Эффективность работы стационарной смесительной установки
становится наиболее большой и целесообразной в том случае, ко-
гда обеспечиваются монтаж и демонтаж установки в течение не-
продолжительного времени (две-три рабочие смены) и возмож-
ность транспортирования отдельных узлов к новому месту приго-
товления смеси.
Смесительные установки, обеспечивающие обработку крупно-
обломочных, песчаных и легкосупесчаных грунтов и других мест-
ных материалов, изготавливаются во многих странах. Их произво-
дительность колеблется от 60 до 1000 т/ч.
212
» Несмотря на отличия в конструкции отдельных узлов устано-
 вок, характерными особенностями для большинства из них явля-
I ются: непрерывный сйособ приготовления смесей с принудитель-
! ным перемешиванием в лопастных мешалках всех компонентов,
входящих в состав смеси; объемное дозирование компонентов сме-
си; высокая мобильность всего технологического оборудования,
входящего в состав установки.
Важное значение имеет расстояние транспортирования готовой
смеси от места ее изготовления (например, притрассового карьера)
к месту укладки, поскольку транспортные расходы существенно
влияют на конечную стоимость готовой смеси в месте ее укладки.
Учитывая это, важнейшим требованием к конструкции смеситель-
ной установки и ко всему комплектующему технологическому обо-
рудованию является их мобильность, обеспечивающая быстрое при
небольших трудовых затратах перебазирование установки из .од-
ного притрассового карьера в другой, не прерывая на длительный
срок поточно выполняемые работы по устройству дорожной или
аэродромной одежды.
Для обеспечения требуемой (проектной) производительности и
мобильности смесительная установка должна комплектоваться
оборудованием для хранения и подачи непрерывно расходующихся
компонентов смеси. Такое оборудование и емкость должны быть
мобильного типа.
Для хранения цемента и других порошкообразных веществ наи-
более удобны емкости горизонтального типа, имеющие оборудова-
ние для пневматической загрузки и подачи цемента в смеситель-
ную установку. Емкость для хранения битума или других вязко-
жидких веществ должна иметь термоизоляционное покрытие и
оборудование для подогрева.
В настоящее время в Советском Союзе осуществляется про-
мышленный выпуск смесительной установки типа ДС-50 (Д-709)
производительностью 100 т/ч. В перспективе намечается выпуск
смесительной установки производительностью 200—300 т/ч. Это
обеспечит устройство слоев дорожных или аэродромных одежд из
укрепленных вяжущими местных материалов до 1000 м/смену.
Большим достоинством такой смесительной установки является
возможность приготовления многокомпонентных смесей с исполь-
зованием добавок сыпучих (порошкообразных) и вязко-жидких
веществ. Эта установка весьма мобильна, быстро монтируется и
демонтируется.
Смесительная установка типа ДС-50 состоит из: смесительного
агрегата и бункера с питателем для грунта; двух ленточных транс-
портеров для подачи грунта в смесительный агрегат и из него го-
товой смеси в накопительный бункер; емкостей для расходных за-
пасов вяжущих и других веществ; накопительного бункера для го-
товой смеси [55].
Для расширения возможности обработки и приготовления сме-
сей не только из обломочных и сыпучих грунтов и других местных
материалов, но и из супесчаных и суглинистых грунтов, требующих
213 J

предварительного размельчения комков (структурных’агрегатов),
смесительная установка типа ДС-50 снабжена дополнительным
грунтоизмельчающим агрегатом. Этот агрегат работает по принци-
пу вибровалковой дробилки при разной скорости вращения валь-
цов, что обеспечивает разрушение грунтовых агрегатов (комков)
до размеров менее 5 мм. В целях интенсификации размельчения
и. прохода грунта через рабочий орган один из размельчающих
вальцов является вибрационным. Как показали экспериментальные
исследования, требуемое размельчение грунтовых агрегатов мож-
но производить лишь при влажности грунта не более 0,4 от влаж-
ности границы текучести. В том случае, когда в смесительной ус-
тановке обрабатываются крупнообломочные или песчаные грунты,
т. е. несвязные сыпучие материалы, надобность в размельчении и,
следовательно, в работе грунтоизмельчающего агрегата отпадает.
Приготовление смеси в смесительной установке, работающей
в притрассовом карьере с использованием грунтоизмельчающего
агрегата, производится в следующем порядке.
Из карьерного забоя фронтальным погрузчиком или бульдозе-
ром грунт загружают на виброгрохот, находящийся над бункером-
питателем, с которого он ленточным транспортером подается на
грунтоизмельчающий агрегат. На двускатном колосниковом виб-
рогрохоте происходят предварительное разрушение крупных ком-
ков и отделение прочных обломков горных пород в целях предо-
хранения рабочего органа установки от поломок и перегрузок.
Размельчение комков грунта до размеров менее 5 мм происходит
по принципу вибровальцовой дробилки при разной скорости вра-
щения вальцов.
Для бесперебойной работы смесителя необходимо согласовать
работу питателя с дозатором, чтобы предотвратить переполнение
грунтом бункера над дозатором, учитывая, что объем бункера 2 м3.
Бункера над дозатором цемента и других порошкообразных ве-
ществ имеют также небольшой объем (1,8 м3). По этой причине
для обеспечения бесперебойной работы смесительной установки
необходимо непрерывное их пополнение с больших по объему ем-
костей, заполненных цементом или другими необходимыми до-
бавками. Из таких емкостей цемент или другие вещества подаются
в смесительную установку пневматически.
В тех случаях, когда укрепление производится добавками жид-
кого битума или других вязко-жидких веществ, должна быть обе-
спечена повышенная стабильная температура, так как ее измене-
ние существенно сказывается на точности дозирования этих ве-
ществ в силу изменения их вязкости при колебании температуры.
Например, из-за снижения температуры битума с 80 до 65° С при
неизменной частоте вращения дозировочного насоса изменяется
норма дозирования в 1,3—1,6 раза.
При приготовлении смеси необходимо обеспечить тщательное
перемешивание и равномерное распределение в объеме смеси всех
компонентов, входящих в ее состав. Для этого регулируют поло-
жение заслонки. Заслонкой создается подпор смеси на выходе ее
214
из мешалки, чем регулируется время перемешивания, производи-
тельность и степень наполнения мешалки.
Оптимальное положение заслонки устанавливают опытным пу-
тем, учитывая гранулометрический состав обрабатываемого грун-
та или другого местного материала, а также вид вяжущего мате-
риала и других веществ.
Готовую смесь вывозят автомобилями к месту ее укладки на
уплотненное и спрофилированное земляное полотно или на уплот-
ненный ранее слой дорожной одежды. Укладку смеси необходимо
производить самоходными укладчиками и лишь в крайних случаях
распределять ее с помощью автогрейдера, оборудованного систе-
мой автоматического управления положением отвала по углу попе-
речного уклона и по высоте для планировки поверхности слоя в
продольном направлении. В этом случае повышается ровность по-
верхности слоя и обеспечивается требуемая стабильная толщина
укладываемой смеси.
В настоящее время в высокопроизводительный комплект линей-
ных машин для устройства цементобетонных покрытий в скользя-
щей опалубке входит универсальный широкозахватный планиров-
щик-укладчик, оборудованный автоматической системой, обеспечи-
вающей точную раскладку смеси по заданному проектом попереч-
ному и продольному профилю. Такой профилировщик с большой
эффективностью может и должен применяться для укладки и про-
филирования готовых смесей из грунта и других местных мате-
риалов.
Укладку готовой смеси таким планировщиком производят сра-
зу на всю ширину с автоматическим обеспечением требуемой ров-
ности поверхности и толщины слоя. Это обеспечивается при помо-
щи следящей системы с ее проволочной базой, установленной на
обочинах. Рассматриваемый планировщик смеси может быть обо-
рудован навесным виброуплотняющим рабочим органом, выпол-
няющим предварительное уплотнение уложенной и спрофилирован-
ной смеси.
Окончательное уплотнение слоя из укрепленного материала до
максимальной плотности при оптимальной влажности производит-
ся в том же порядке и теми же механизмами, как это принято при
любых методах приготовления смеси из укрепленных грунтов и
других местных материалов.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСИ И ОБРАБОТКА ГРУНТОВ
ОДНОПРОХОДНЫМИ ГРУНТОСМЕСИТЕЛЬНЫМИ МАШИНАМИ
При устройстве слоев дорожных или аэродромных одежд из
укрепленных грунтов или других местных материалов во многих
случаях целесообразно производить работы по приготовлению сме-
си непосредственно на месте (на дороге или аэродроме), исполь-
зуя для этой цели отряды машин с ведущей однопроходной много-
роторной грунтосмесительной машиной.
215
Ь. <7
amer.ro
За один проход грунтосмесительная машина равномерно и тон-
ко размельчает глинисто-пылеватые грунты. Глубина обработки
грунта (размельчения и перемешивания) автоматически регулиру-
ется, точно выдерживается при поступательном движении машины
и достигает 25 см. На указанных машинах обеспечивается точная
поступательная дозировка вяжущих материалов и за один проход
машины достигается хорошая однородность смеси.
Смесь, обработанная вяжущими материалами, одновременно
увлажняется до установленной оптимальной влажности и переме-
шивается. Затем она распределяется ровным слоем на ширин-,*
рабочих органов машины и на заданную глубину обработки
грунта.
Для нормальной и точной работы однопроходной грунтосмеси-
тельной машины земляное полотно должно быть предварительно
тщательно подготовлено путем его профилирования и уплотнения
до максимальной плотности с точным соблюдением проектных от-
меток.
Механизированные отряды с ведущей однопроходной машиной
более производительны, чем отряды с дорожными фрезами. Они
обеспечивают получение смеси более высокого качества, чем до-
рожные фрезы, и при этом с большой эффективностью используют-
ся другие вспомогательные машины, входящие в состав отряда.
Благодаря выполнению всех технологических операций по об-
работке грунта за один проход (за исключением уплотнения сме-
си до оптимальной плотности) обеспечивается меньшая зависи-
мость производства работ от погодных условий.
При разработке конструкции отечественной модели однопроход-
ной грунтосмесительной машины были учтены недостатки зарубеж-
ных моделей. Ходовая часть базового шасси машины выполнена
пневмоколесной с передними ведущими колесами, передними и зад-
ними поворотными. Это обеспечивает высокие транспортные скоро-
сти и маневренность такой машины и позволяет сократить потери
времени при холостых проходах машины на обрабатываемом уча-
стке дороги.
Благодаря относительно высокой задней скорости грунтосмеси-
тельной машины (до 17 км/ч) представляется возможность произ-
водить обработку смежных полос укрепляемого слоя грунта по
удобной и более производительной челночной схеме движения ма-
шины без ее разворотов на концах рабочей захватки.
Однопроходная грунтосмесительная машина отечественного
производства типа Д-391 Б имеет четыре ротора и выполняет за
один проход: размельчение обрабатываемых грунтов; точное до-
зирование сыпучих и вязко-жидких материалов, воды илн водных
растворов; перемешивание этих материалов с грунтом до однород-
ной смеси; частичное уплотнение (прикатку) слоя укрепленного
грунта. Машина передвигается на пневматических шинах, имеет
четыре поступательные рабочие скорости от 98 до 640 м/ч, обеспе-
чивает ширину обрабатываемой полосы, равную 2,4 м, и глубину
обработки грунтов 8—25 м.
216
Машина типа Д-391 Б оборудована двумя дозировочными уст-
ройствами: для сыпучих порошкообразных веществ (цемента, из-
вести и др.) с дозированием этих материалов в пределах 5—
100 кг/м2 в зависимости от поступательной рабочей скорости ма-
шины; для вязко-жидких материалов (битума, дегтя, воды, вод-
ных растворов) в пределах 4—80 л/м2.
При обработке грунтов однопроходной машиной земляное по-
лоню должно быть тщательно спланировано по проектным отмет-
кам с приданием требуемого поперечного профиля. При этом плот-
ность обрабатываемого слоя грунта в целях облегчения работы по
размельчению агрегатов должна быть в пределах 0,85—0,90 от
максимальной плотности по стандартному уплотнению. Нижележа-
щий слой земляного полотна должен иметь плотность, отвечающую
требованиям СНиПа. Искажение профиля или неоднородное и не-
достаточное уплотнение грунта недопустимо, так как в этом слу-
чае при работе однопроходной машины нельзя будет обеспечить
требуемую глубину обработки, и равномерное, точное дозирование
вяжущих веществ.
При обработке тяжелых суглинков или глин цементом или дру-
гими вяжущими материалами не допускается проезд по слою ук-
репляемого грунта. Такие грунты, предназначенные для обработ-
ки, должны завозиться на земляное полотно из боковых резервов,
планироваться и уплотняться до 0,85—0,90 от стандартной плотно-
сти за одну-две смены до обработки грунта.
Грунтосмесительная машина рассматриваемого типа всегда
должна работать в комплекте с транспортными машинами (цемен-
товозами, битумовозами и поливочными машинами), подвозящими
к ней вяжущие материалы и другие вещества.
При укреплении грунтов сыпучими порошкообразными вещест-
вами (цементом, известью и др.) работы выполняют в следующем
порядке. При наличии в отряде одной грунтосмесительной маши-
ны по готовому уплотненному и спрофилированному земляному по-
лотну первый рабочий проход машина производит по левой сторо-
не проезжей части.
Грунтосмесительная машина при поступательном ее движении
со скоростью, указанной в табл. 56, размельчает грунт с одновре-
менным непрерывным дозированием и перемешиванием цемента
или другого вяжущего материала и увлажнением смеси до уста-
Таблица 56
Грунты	Толщина обра- батываемого слоя грунта, см	Коэффициент уплотнения слои обрабаты- ваемого грунта	Рабочая ско- рость грунто- смесительной машины, м/ч
Супеси Суглинки легкие »	тяжелые и глины песчанис- тые или пылеватые	До 25  20 » 25	0,90—0,95 0,90—0,95 0,80—0,90	380—640 212 98
К 217
AMEK.KV
новленной оптимальной влажности. При комплексном укреплении
увлажнение смеси производится водными растворами, содержащи-
ми необходимое количество солей и других реагентов (СаС12>
NaOH, Na2SO4, Na2CO3, NaSiO3 и др.).
Цемент, известь или другие порошкообразные вяжущие дозиру-
ются через специальное распределительное устройство. Из цемен-
товоза вяжущее подается в дозатор по шлангу в аэрированном
состоянии. Количество подаваемого цемента регулирует оператор
машины, при этом последняя толкает цементовоз.
Емкость расходного бункера для цемента и других сыпучих ве-
ществ на грунтосмесительной машине составляет около 4 т и уве-
личивать этот бункер нецелесообразно. Для обеспечения беспере-
бойной загрузки бункера каждый цементовоз, работающий в комп-
лекте с грунтосмесительной машиной, должен быть оборудован
пневмоцилиндром для управления краном на разгрузочном патруб-
ке цистерны цементовоза.
Управление пневмоцилиндром осуществляется водителем грун-
тосмесительной машины по сигналам от датчиков, фиксирующих
уровень наполнения цементом бункера. По сигналу датчика мак-
симального уровня цемента в бункере грунтосмесительной машины
пневмоцилиндром перекрывается кран на выгрузочном патрубке
автоцементовоза, а оставшийся в шланге цемент продувается в
бункер смесительной машины.
По сигналу датчика, фиксирующего минимальный уровень це-
мента в бункере, кран на цементовозе открывается пневмоцилинд-
ром и производится новая догрузка цемента в бункер смеситель-
ной машины.
Увлажнение грунтовой смеси до оптимальной влажности про-
изводится путем подачи воды и ее дозирования (или водного рас-
твора соответствующих солей) из бака машины объемом 3,8 м3.
Одновременно в этот бак из автоцистерны пополняется запас во-
ды или водных растворов. При укреплении грунтов вязко-жидки-
ми вяжущими материалами их подача и дозирование в мешалку
машин производятся из этого же бака вместо воды или растворов.
При приготовлении грунтовых смесей или других местных ма-
териалов очень важное значение имеет не только точное дозирова-
ние вяжущих и других веществ, но и их равномерное распределе-
ние в микрообъемах смеси и тесное объединение всех компонентов
в минимальное время.
Как показали исследования М. А. Либермана [55], более эф-
фективного распределения вяжущих и других веществ и их объ-
единения с массой укрепляемого грунта можно достигнуть, если
перемешиваемые компоненты смеси перевести в диспергированные
потоки малой плотности (примерно в 25—40 раз меньше плотности
насыпной смеси) и объединять их с соответствующими скоростями.
По предложению М. А. Либермана, в линейных грунтосмеси-
тельных машинах вяжущие и другие вещества целесообразно вво-
дить под кожух перед первым фрезерным ротором, имеющим
встречное вращение (рис. 38). Однопроходная грунтосмесительная
218
машина при использовании ука-
занного вещества должна состо-
ять из фрезерного ротора 1 с ре-
жущими лопатками. 2 и кожуха
10. В передней части кожуха име-
ются специальные щелевые от-
Рис. 38. Рекомендуемая схема линей-
ной грунтосмеснтельной машины
верстия, через которые вводятся
распыленные потоки порошкооб-
разных и жидких вяжущих. Для
ввода порошкообразных вяжу-
щих веществ служит бункер 6 с
ротором-дозатором 5 и располо-
женной под ним трубой 4 с сопла-
ми для сжатого воздуха. Над ротором-дозатором 5 располагается
распределительная труба 7 с распылителями 8, служащая для вво-
да воды, водных растворов или вязко-жидких вяжущих в распылен-
ном виде. В задней части кожуха 10 монтируется заслонка 11, слу-
жащая для регулировки толщины слоя и интенсивности обработки
грунта. Часть кожуха 9, охватывающая верхнюю переднюю четверть
окружности фрезерного ротора 1, образует с ротором клиновидную
сужающуюся кверху смесительную камеру.
Экспериментальным путем найдена оптимальная плотность по-
токов: для грунта она составляет 3—4, а для вяжущих веществ —
0,3—0,8 г/см3-с.
Готовая смесь грунта с вяжущими и другими компонентами,
распределенная ровным слоем на ширину обрабатываемой полосы
(2,4 м), прикатывается шестью задними колесами смесительной
машины. Окончательное уплотнение готовой смеси, имеющей опти-
мальную влажность, производится на всю ширину устраиваемого
слоя и длину рабочей захватки. Уплотнение смеси до установлен-
ной максимальной плотности производится с помощью многократ-
ных проходов катков на пневматических шинах или других уплот-
няющих машин.
ПРИГОТОВЛЕНИЕ СМЕСИ И ОБРАБОТКА ГРУНТОВ
СМЕШЕНИЕМ ДОРОЖНЫМИ ФРЕЗАМИ
Для устройства нижних слоев оснований или дополнительных
слоев, а также покрытий облегченного типа из укрепленных грун-
тов на дорогах IV и V категорий или аэродромов местных линий
целесообразно использовать механизированные отряды с ведущей
машиной — дорожной фрезой. В зависимости от объема намечае-
мых работ и проектируемой производительности механизирован-
ного отряда в состав последнего должны входить две — четыре
дорожных фрезы.
Преимуществами дорожных фрез (самоходных или навесных)
по сравнению с однопроходными машинами и смесительными уста-
новками являются их относительно невысокая стоимость, мобиль-
219

AMEI.S.V
Рис. 39. Дорожная фреза ДС-74 полунанесного типа на тракторе Т-158
ность и удобство использования при небольшом объеме строитель-
ных работ. Вместе с тем эти машины требуют многократных прохо-
дов по одному следу с неизбежным разрывом во времени при вы-
полнении той или иной технологической операции (размельчения
грунта, перемешивания его с вяжущим, увлажнения и нового пере-
мешивания). Это неизбежно вызывает простои входящих в отряд
других машин (цементовозов, битумовозов, распределителей-дози-
ровщиков цемента, катков). Кроме того, при работе с фрезами от-
мечается относительно большая зависимость производства работ
от погодных условий.
В Советском Союзе осуществляется промышленный выпуск до-
рожных фрез типа ДС-74 на базе пневмоколесного трактора Т-158
с помощью двигателя 150 л. с. (рис. 39). Дорожная фреза ДС-74
снабжена ротором жесткого типа с улучшенной конструкцией
крепления лопаток. Техническая характеристика фрезы указанного
типа приведена ниже:
Тип базового трактора........................... Т-158
» ходового оборудования........................ пневмоколесный
Мощность двигателя, л. с.......................... 150
Ширина обрабатываемой полосы, м................. 2,4
Глубина обработки, см (максимальная)............ 25
Скорость передвижения, км/ч:
рабочие.......................................... 0,10—0,89
транспортные................................. 5—44
Тип фрезерного ротора......................... с жестким крепле-
нием лопаток
Диаметр ротора, мм.............................. 900
Угловая скорость, об/мнн........................ 255
Пределы дозирования вязко-жидких вяжущих, л/м2 2,5—81
Габаритные размеры, м:
длина........................................  3,45
ширина........................................ 3,00
высота........................................ 2,68
Масса, т . . ................................... 11
220
В состав рабочих органов дорожной фрезы входит оборуДОВани ]
для дозирования жидких вяжущих или воды и распределения их!
по обрабатываемому слою грунта. Система дозирования и распре-
деления вяжущих и воды может быть настроена на различные
режимы работы.
При укреплении грунтов цементом, известью или другими по-
рошкообразными вяжущими механизированными отрядами с ве-
дущей машиной-фрезой для дозирования и распределения цемента
используют распределитель типа ДС-72 с колесным трактором
Т-158 (рис. 40).
Распределитель цемента состоит из полуприцепной цистерны
вместимостью 6,8 м3, оборудованной пневматической системой,
обеспечивающей загрузку этой емкости в течение 14 мин и разгруз-
ку ее за 7 мин. Ширина обрабатываемой полосы 2,45 м. На цис-
терне смонтировано дозировочно-распределительное устройство,
аналогичное сошниковому распределителю Д-343. Оно состоит из
расходного бункера с автоматическим его заполнением по датчи-
кам уровня цементной системы, фильтра для отделения воздуха
от аэрированного вяжущего материала, роторного дозатора и сош-
ников для ввода вяжущего в обрабатываемый слой грунта.
Предусмотренную проектом норму вяжущего на рабочей захват-
ке распределитель цемента вносит в грунт в 4—5 раз быстрее, чем
происходит обработка грунта фрезой. Поэтому учитывая, что
транспортная скорость колесного трактора Т-158 составляет
43 км/ч, распределитель цемента ДС-72 целесообразно использо-
вать также и для подвозки цемента, если.расстояние не превышает
8 км и темп работы не более 200 м основания в смену.
При укреплении глинистых грунтов (супесей, суглинков, глин
песчанистых или пылеватых) механизированными отрядами с ве-
дущей машиной — фрезой порядок производства работ на сменной
захватке является следующим. Вначале производится размельче-
ние слоя обрабатываемого грунта за один — три прохода фрезы
по одному следу. При этом влажность грунта должна быть меньше
оптимальной. Затем вносится за один проход порошкообразное
вяжущее с помощью распределителей цемента ДС-72. При этом
Рис. 40. Распределитель-дозировщик цемента ДС-72
221
Х.<7
АМЕЖ.КГ
устанавливается рабочая скорость его передвижения, обеспечиваю-
щая внесение вяжущего материала в заданном по проекту коли-
честве. После этого производится перемешивание сухой смеси за
один-два прохода фрезы по одному следу.
Далее смесь увлажняется водой или водными растворами со-
лей до оптимальной влажности с учетом имеющейся в грунте ес-
тественной влажности. Смесь увлажняют с помощью дозировочно-
распределительного устройства, имеющегося на фрезе ДС-74. В про-
цессе увлажнения смесь перемешивается рабочим органом фрезы
за один проход по следу.
Увлажненная до оптимальной влажности смесь профилируется
.автогрейдером на всю ширину основания и уплотняется до мак-
симальной плотности катками на пневматических шинах.
При укреплении грунтов вязко-жидкими материалами после
размельчения грунта такое вяжущее вводится через дозировочно-
распределительное устройство первой фрезы с одновременным его
перемешиванием, а увлажнение до оптимальной влажности (если
•оно требуется) производят второй фрезой с перемешиванием сме-
си до полной однородности.
При комплексном укреплении, например, цементом или известью
и жидким битумом вначале вносят порошкообразное вяжущее, а
затем вязко-жидкое, используя указанные выше машины и дози-
ровочные устройства. При этом производится перемешивание сме-
си до ее однородности и делается разрыв во времени между тех-
нологическими операциями, как указано в СН 25-74 [20].
УПЛОТНЕНИЕ ГОТОВОЙ СМЕСИ ДО МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ
Готовая смесь грунта или местного материала после введения
вяжущих, воды или других компонентов до установленной проек-
том нормы и приготовления в смесительной установке или линей-
ными грунтосмесительными машинами должна быть уплотнена
до максимальной плотности в такие сроки, которые установлены
СН 25-74.
Уплотнение смеси до максимальной плотности при обязательном
-сохранении установленной оптимальной влажности является важ-
нейшей и заключительной технологической операцией, обеспечи-
вающей формирование структурно-механических свойств мате-
риала.
Перераспределение и сближение частиц при уплотнении, рез-
кое при этом уменьшение размера пор и их количества между эле-
ментарными частицами и их макро- и микроагрегатами, а также
разрушение макроагрегатов с уменьшением их пористости в значи-
тельной степени способствуют более тесному контакту новообразо-
ваний, возникающих при гидратации и гидролизе неорганических
вяжущих веществ. При укреплении вязко-жидкими вяжущими "веще-
ствами при максимальном уплотнении происходит более совершен-
ное их растекание в порах и повышается адгезия. В результате ук-
222
репленный грунт превращается в прочный водо- и морозостойкий''^»
монолит.	W
Производственный опыт свидетельствует о большой эффектов- Я
ности использования для уплотнения укрепленных материалов са- I
моходных катков на пневматических шинах или комбинации про- 1
ходов этих катков с виброкатками. Благодаря эластичности пнев-
матических шин они оказывают уплотняющее воздействие на
уложенную смесь за счет контактного давления от массы двигаю-
щегося катка. При этом вследствие деформации шины в слое
уплотняемого грунта возникают также поперечные сдвигающие
усилия, что способствует более совершенной упаковке частиц. Кат-
ки на пневматических шинах обеспечивают равномерное уплотне-
ние по всей толщине уплотняемого слоя, если эта толщина соответ-
ствует размерам машины и нагрузке на нее.
Как показали исследования, проведенные в Союздорнии под
руководством Н. Я. Хархуты [62], повышение плотности укреплен-
ного грунта пропорционально деформации и напряжениям, возни-
кающим в результате воздействия на него нагрузки от уплотняю-
щей машины. Однако величина нагрузки и напряжений ограниче-
на прочностью укрепленного грунта в слое в период его уплот-
нения.
При напряжениях, превышающих пределы прочности грунтовой
смеси, деформация происходит без изменения объема (без повы-
шения плотности) только за счет пластического течения уплотняе-
мого материала.
Эффективный процесс уплотнения на любой его стадии дол-
жен отвечать условию
°к=(0,9н-1,0)сс:к,
где сгн — величина контактного давления, кгс/см2; оСж—предел прочности
при сжатии уплотняемого материала в момент приложения уплотняющей на-
грузки, кгс/см2.
По мере уплотнения и повышения плотности материала воз-
растает Осж, поэтому для поддержания дальнейшей эффективности
процесса уплотнения должна увеличиваться и величина ок-
Установлено, что основными параметрами катка на пневмати-
ческих шинах являются его масса, тип и размеры шин, давление-
воздуха в них, количество колес и их расстановка в плане.
Подробное рассмотрение процессов, происходящих при уплот-
нении, и технологический режим уплотнения в зависимости от при-
меняемых средств механизации дано в работе Н. Я. Хархуты [62].
После окончания работы по уплотнению слоя до максимальной .
плотности при оптимальной его влажности осуществляется уход
за уплотненным слоем в зависимости от применяемых методов ук- <
репления грунта.

\	/	ПРИЛОЖЕНИЕ \	|	Добавки, применяемые для укрепления грунтов							
	Назначение добавок						
	Расширение видов укрепляемых грунтов			6 m о	Продление строительного сезона		отхо- ности
Дсбавки	кислых	засоленных	гумусирован- ных	Повышение мор стойкости	Укр ение грунтов прн повышенной их влажности	Укрепление грунтов при отрицательной температуре	, Использование дов промышлен
Цемент + известь	+	+	+	+	+				
Цемент + известь + NaOH	4-	+	—-	+	—	+	—
Цемент + NaOH или Na2CO3	4-		—	+	—	+	+
Цемент + известь + СаС12 или FeCl3	•—	+	+	+	—	+	
Цемент + СаС12 или + т СаС12 + NaCl нли сульфитно- спиртовая бражка	—	—	—	+	—	+	+
Цемент + известь + MgSO< или FeSO< нлн A12(SO.|)3	—	—	—	Чг	4“	—	—
Цемент + CaSO<	—	+	+	+	+	—	—
Цемент + 1\га25О4-или Na2SiO3	—	+	+	+		—	—
Цемент + битумные эмуль- сии или известково-битумные	+	+	Ч-	Ч-	—	—	—
пасты							
Цемент + жидкий битум или нефть Цемент + пиридиновые ос-	4-	+	ч-	+	—	—	—
	+	—	Ч-	+	—	—	+
татки, полиакриламид или по- верхностно-активные добавки Жидкий битум или деготь + + известь	+	+	+	+	—	—	
Жидкий бнтум илн деготь +	+	+	ч*	+	—	—	ч~
+ поверхностно-активные до- бавки							
Карбамидные смолы + би- тумная эмульсия или нефть	+	—	—	+	4-	—	—
Цемент + кремнинорганиче- ские добавки	—	—	—	+	—	—	+
Золы уноса нлн золошлако- вые смеси + известь нли цемент, или известь + NaCl, или СаС12 или другие солн	+	Ч-		+		+	+
добавок имечаНня- 1- Знаком «+> показаны условия эффективного применения данных
2. Прн укреплении тяжелых суглинков н глин применение перечисленных добавок мо-
ет сочетаться с внесением в грунт добавок песчаных нлн гравелистых фракций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Агапова Р. А., Гурячков И. Л., Кацюбинская Т. А. Моро-
зозащитные слои дорожных одежд из золошлаковых смесей, укрепленных золой
уноса. — Тр. Союздорнии, 1975, вып. 82, с. 115—118.
2.	А г а п о в а Р. А., Г у р я ч к о в И. Л. Исследование укрепленных грун-
тов и промышленных отходов для устройства морозозащнтных слоев дорожных
одежд. Материалы VI Всесоюзного совещания по основным направлениям науч-
но-технического прогресса в дорожном строительстве. Вып. 7. М., Союздорнии
1976, 91—96 с.
3.	Б.е з р у к В. М. Укрепление грунтов. М., Транспорт, 1965. 340 с.
4.	Б е з р у к В. М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строи-
тельстве. М., Транспорт, 1971. 243 с.
5.	Безрук В. М., Дудкин А. С. Исследование процесса гидратации в
цементогрунте, содержащем добавки поверхностно-активных веществ. — Тр. Со-
юздорнии. 1973, вып. 66, с. 4—22.
6.	Б е л о у с о в Б. В. Укрепление грунтов шлаками Чимкентского завода
фосфорных солей. Материалы VII Всесоюзного совещания по закреплению и уп-
лотнению грунтов. Л., Энергия, 1971, с. 238—240.
7.	Бутт Ю. М., Сычев М. М., Тим а ш ев В. В. Химическая техно-
логия вяжущих материалов. М., Высшая школа, 1980. 471 с.
8.	В а с и л ь е в Ю. М. Применение укрепленных грунтов для устройства
дорожных одежд в северо-западных районах СССР. Материалы V Всесоюзного
совещания по основным проблемам технического прогресса в дорожном строи-
тельстве. Сб. 6. М„ Союздорнии, 1971, с. 19—31.
9.	В а с и л ь е в Ю. М., Мельникова М. Г., Шаповалов В. Д.
Дорожные одежды с укрепленными грунтами в северо-западных районах СССР.
Л., Знание, 1978. 28 с.
10.	Б екслер М. Б., Линцер А. В., Юрченко В. А. Дорожные пли-
ты из цементогрунта автоклавного твердения для нефтепромысловых дорог
среднего Приобья. НТС «Проблемы нефти и газа Тюмени», вып. 23. Тюмень,
1974, с. 66—67.
11.	Володько В. П. Применение зол и шлаков тепловых электростанций
в дорожном строительстве. Киев, 1974, 80 с.
12.	Г а р к а в е н к о И. П. Зависимость структурно-механических свойств
различных грунтов, укрепленных битумной эмульсией и цементом, от соотноше-
ния компонентов. Материалы VI Всесоюзного совещания по закреплению и уп-
лотнению грунтов. М., МГУ, 1968, с. 103—107.
13.	Г о н ч а р о в а Л. В. Основы искусственного улучшения грунтов. М.,
МГУ, 1973. 375 с.
14.	Гурячков И. Л. Исследования по уточнению требований к золам,
применяемым в качестве самостоятельного вяжущего при укреплении грунтов. —
Тр. Союздорнии, 1975, вып. 82, с. 17—27.
15.	Гурячков И. Л., Гончарова Л. В. Укрепление дисперсных
грунтов золами уноса тепловых электростанций и их активация. — Тр. Союздор-
нии, 1973, вып. 66, с. 72—90.
16.	Д р о в с к и й А. 3. Минеральные компоненты твердых горючих иско-
паемых. М., Недра, 1968. 246 с.
17.	Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве. М., Стройиздат,
1978, с. 71—74.
225


AMEM.RU-
18	Иерусалимская М. Ф. Гидрофобная известь н ее применение при
строительстве дорожных одежд. — Тр. Союздорнии, 1966, вып. 14, с. 39—59.
19.	И е р у с а л н м с к а я М. Ф., Барам М. Е. Укрепление несвязных
грунтов битумными эмульсиями. — Тр. Союздорнии, 1968, вып. 24, с. 24—30.
20.	Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа.
ВСН 46-72. М., Транспорт, 1973. 108 с.
21.	Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими материала-
ми для устройства оснований н покрытий автомобильных дорог и аэродромов.
•СН 25-74. М., Стройнздат. 1975. 126 с.
22.	К е й л ь м а н В. А. Исследование зол уноса антрацитовых углей при
комплексном укреплении местных материалов. — Тр. Союздорнии, 1975, вып. 82,
с. 176—179.
23.	К н я з ю к К- А. Применение грунтов в строительстве дорожных покры-
тий н оснований. М., Автотрансиздат, 1961. 90 с.
24.	Коршунов М. А., Володько М. П. Исследование свойств грун-
та, укрепленного молотым гранулированным шлаком. Материалы V Всесоюзного
научно-технического совещания по основным проблемам технического прогресса
в дорожном строительстве. Сб. 6. М., 1971, 95—104 с.
25.	Левчановский Г. Н., Марков Л. А., Попандопуло Г. А.
Укрепление грунтов известью в дорожном н аэродромном строительстве. М.,
Транспорт, 1977. 148 с.
26.	Линцер А. В., Шуваев А. Н., Долматова Н. Н. Применение
грунтов, обработанных карбамидной смолой, в дорожных конструкциях автомо-
бильных дорог.— Тр. Союздорнии, 1975, вып. 85, с. 94—99.
27.	Л н н ц е р А. В. Пути повышения качества и эффективности дороЖно-
то строительства в нефтепромысловых районах Западной Сибири. — Нефтепро-
мысловое строительство, 1977, № 5, с. 3—5.
28.	Л у к а н н н а Т. М. Укрепление грунтов модифицированными карба-
мидными смолами с добавками битумных эмульсий. — Тр. Союздорнии, 1968,
вып. 25, с. 126—154.
29.	Л у к а н н н а Т. М. Новые вяжущие материалы на основе синтетических
•смол н битумных эмульсий. Материалы V Всесоюзного научно-технического со-
вещания по основным проблемам технического прогресса в дорожном строитель-
стве. М., Союздорнии, 1971, с. 160—167.
30.	Л у к а н и н а Т. М., Кочеткова Р. Г. Комплексное укрепление
глинистых грунтов карбамидными смолами совместно с сырой нефтью.—Труды
'Союздорнии, 1973, вып. 66, с. 135—146.
31.	Луканина Т. М., Кочеткова Р. Г., Гохман Л. М. Исполь-
зование жндкнх битумов с добавкой термоэластопласта для укрепления грун-
тов.— Строительство и архитектура, 1979, № И, с. 14—16.
32.	Л у к а н и на Т. М., Г у р я ч к о в И. Л., Л е в ч е н к о А. В. Исследо-
вание укрепления грунтов с использованием жидких фенольных смол.—Тр. Со-
юздорнии, 1978, вып. 98, с. 61—67.
33.	М а р к о в Л, А., Парфенов А. Л., Черкасов И. И. Улучшение
свойств грунтов поверхностно-активными и структурообразующими веществами.
JM., Автотрансиздат, 1963, 175 с.
34.	Мельниченко В. П. Исследование влияния ускорителей твердения
«а структуру зологрунтов. — Тр. Союздорнии, 1975, вып. 82, с. 137—146.
35.	Мешни А. М., Лепп Э. В. Исследование физико-мехаиических
свойств грунтов, укрепленных сланцевой золой. — Тр. Союздорнии, 1975, вып. 82,
с. 48—61.
36.	Методические рекомендации по расширению применения мелких песков
я малопрочных каменных материалов в конструкциях дорожных одежд во II и
V дорожно-климатических зонах. М., Союздорнии, 1975, 16 с.
37.	Могилев нч В. М., Щербакова Р. П„ Тюменцева О. В.
Дорожные одежды из цементогрунта. М., Транспорт, 1973, 214 с.
38.	М о р о з о в С. С. Цементирующая способность глинистых частиц неко-
торых грунтов СССР по отношению к кварцевому песку по сравнению с порт-
ландцементом. М., МГУ, 1951. 40 с.
39.	Петр а ше веки й Р. И., Лемец Н. Л. Укрепление грунтов смола-
ми.—Автомобильные дороги, 1973, № 12.
226
40.	Пер шни М. Н., Платонов А. П.,°Глинская К- П. Укрепленис^И
переувлажненных грунтов фурфурол-анилиновой смолой с добавками производ-^|
ных мочевины. Материалы к VI Всесоюзному совещанию по закреплению и yn-'-H
лотнению грунтов. М., МГУ, 1968, 178—181 с.	О
41.	Першин М. Н., Платонов А. П., Пуцейко Л. К. Укрепление-3
грунтов карбамидными смолами в присутствии замедлителей смолообразования. "'3
Материалы VII Всесоюзного совещания по закреплению и уплотнению грунтов.-
Л., Энергия, 1971, 328—332 с.	'*
42.	П е р ш и н М. Н., Платонов А. П., Пуцейко Л. К. Укрепление -
грунтов формалином и мочевиной с использованием регулятора процессов обра-
зования и отверждения смолы. Закрепление и уплотнение грунтов в стронтельст- 
ве. Киев, Буд1вельник, 1974, с. 211—212.
43.	П лато нов А. П. О процессах, происходящих при взаимодействии 1
смол холодного отверждения с грунтами. Материалы VII Всесоюзного совещание i
по закреплению и уплотнению грунтов. Л., Энергия, 1971, с. 332—334.	т
44.	П л от н и ко в а И. А. Укрепление грунтов цементом совместно с бн- |
тумными вяжущими. Материалы VI Всесоюзного совещания по закреплению и J
уплотнению грунтов. М., МГУ, 1968, с. 379—382.	Л
45.	Применение местных каменных материалов в дорожном строительстве- <Я
УССР. Киев, 1977. 64 с.	Я
46.	П у т и л и н Е. И., Ястребова Л. Н. Размельчение глинистых груи- 'Я
тов и влияние агрегатного состава на физико-механические свойства этих грун- -я
тов, укрепленных вяжущими материалами. — Тр. Союздорнии, 1968, вып. 25- .‘а
с. 35—70.	дЗ
47.	Путилин Е. И. Исследование физико-механических свойств грунтов- 1
укрепленных известью, с добавками химических веществ. — Тр. Союздорнии,
1973, вып. 77, с. 99—117.
48.	Р е б и н д е р П. А. Физико-химическая механика дисперсных струк-
тур. — В кн.: Физико-химическая механика дисперсных структур. М., Наука-
1966, с. 3—28.
49.	Ржа и и ц ы н Б. А. Некоторые вопросы силикатизации и смолизации
грунтов.—Тр. совещания по теоретическим основам технической мелиорации
грунтов. М., МГУ, 1961, с. 54—61.	,
50.	Руководство по определению физических, теплофизических и механиче-
ских характеристик мерзлых грунтов. М., Стройиздат, 1973. 191 с.	,1
51.	Сергеев Е. М., Голодковская Г. А., Зиангиров Р. С; j
Грунтоведение. М., МГУ, 1973. 386 с.	s
52.	С а с ь к о Н. Ф., Ч о б о р о в с'к а я И. С. Применение грунтов, укреп- j
ленных сульфитно-спиртовой бардой в дорожном строительстве Украины. Мате- 3
риалы V Всесоюзного научно-технического совещания по основным проблемам
технического прогресса в дорожном строительстве. М., 1971, 149—159 с.	-Я
53.	Сиденко В. М., Коркушко Н. Н. Напряженно-деформированное Я
состояние цементогрунта, вызванное тепломассообменом. Материалы VII Всесо- '.,Я
юзного совещания по закреплению и уплотнению грунтов. Л., Энергия, 1971- --Д
с. 104—106.
54.	Техническое указание по использованию зол уноса и золошлаковых сме- Я
сей от сжигания различных видов твердого топлива для сооружения земляного d
полотна и устройства дорожных оснований и покрытий автомобильных дорог.
ВСН 185-75. М., Минтрансстрой, 1976. 44 с.	• ii
55.	Технология и механизация укрепления грунтов в дорожном стронтельст- -д
ве/В. М. Безрук, Е. Ф. Левицкий, Л. Н. Ястребова и др. М., Транспорт, 1976. g
230 с.	-I
56.	Тулаев А. Я., Татенко Н. Д., Глибовицкнй Ю. С.- П роек-	Д
тировапие оптимальных нежестких дорожных одежд. М., Транспорт, 1977. 115 с. ’а
57.	Тюменцева О. В. Регулирование свойств грунтов при укреплении дя
химическими добавками в условиях Западной Сибири. — Тр. Союздорнии, 1966, Ц
вып. 14, с. 85—106.
58.	Тюменцева О. В. Исследование влияния минералогического соста- -3
ва грунтов при комплексном их укреплении цементом и другими веществами
в условиях Западной Сибири. — Тр. Союздорнии; 1968, вып. 29, с. 42—47.
К	227	*
AMEM.RD J
59.	Ф е л ь д м а н Р. М. Прогноз температурного режима грунтов и разви-
тия криогенных процессов. Новосибирск, Наука, 1977. 190 с.
60.	Ф р и д м а н А. А. Исследование морозостойкости грунтов, укрепленных
цементом и битумной эмульсией. Материалы VII Всесоюзного совещания по ук-
реплению и уплотнению грунтов. Л., Энергия, 1971, с. 531—535.
61.	Фридман А. А., Луканина Т. М.. Исследования по разработке
нового метода комплексного укрепления грунтов с нспользованием гранулиро-
ванных шлаков н органических вяжущих. Тр. Союздорнии, 1978, вып. 98.
с. 25—41.
62.	X а р х у т а Н. Я.> Васильев Ю. М. Прочность, устойчивость и уп-
лотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М., Транспорт, 1975.
285 с.
63.	Ц а р е в А. Ф., Ш е й х е т А. Ф. Использование тяжелых лессовых
грунтов, укрепленных известково-шлаковым цементом. — Автомобильные дороги,
1970, № 1, с. 14—16.
64.	Ч е р к а с о в И. И., Янни X. М. Структурно-механические свойства
сыпучего песка, закрепленного масляно-латексной эмульсией и поливиниловым
спиртом. Материалы VII Всесоюзного совещания по закреплению и уплотнений)
грунтов. Л., Энергия, 1971, с. 262—265.
65.	Чудновский Л. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных
материалов. М., Наука, 1972. 442 с.
66.	Ястребова Л. Н., Плотникова И. А. Процессы структурообра-
зования грунтов с битумными эмульсиями и влияние иа них природы эмульга-
тора.— Тр. Союздорнии, 1965, вып. 5, с. 70—88.
67.	Ястребова Л. Н., Плотникова И. А., Цветков В. С. Мо-
розостойкость грунтов, укрепленных битумными вяжущими совместно с цемен-
том.—Тр. Союздорнии, 1970, вып. 38, с. 83—101.
68.	Ястребова Л. Н., Луканина Т. М. Исследование и применение
улучшенных карбамидных смол для укрепления грунтов. Материалы V Всесоюз-
ного совещания по закреплению и уплотнению грунтов. Новосибирск, Г966,
592—597 с.
69.	Ястребова Л. Н., Плотникова И. А. Применение эмульсий
совместно с цементом при укреплении грунтов. — Автомобильные дороги, 1967,
№ 2, с. 14—16.
70.	Correns С. W. The Experimental Chemical Weathering of Silicates. Clay
Minerals Bull. 4, 26, 1961.
71.	Dunn C. S., Salem M. N. Temperature and time effects on the Shear
strength of sand Stabilized with Cationic bitumen emulsion. Highway Research
Record, N. 442, 1973, pp. 113—124.
72.	Eades J. L., Nichols F. P., Grim R. E. Formation of New Minerals with
Lime Stabilization as Proven by Field Experiments in Virginia. HRB. Bull. 335.
1962.
73.	Hashimoto J., Jackson M. L. Rapid Dissolution of Allophane and Kaolini-
te—Halloysite after Dehydration. Proc. 7 th Conf, on Clays and Clay Minerals.
London, Pergamon Press, 1960.
74.	Herzod A., Mitchell J. K- Reactions Accompaning Stabilization of Clay
with Cement. «Cement—Treated Soil Mixtures 10 Reports*. Highway Research
Record, n. 36, Wachington, 1962.
75.	Highway Engineering Handbook. New York, 1960.
76.	Hilt G. H., Davidson D. T. Isolation and Investigation of a lime Montmo-
rillonite Crystalline Reaction Product. HRB. Bull. 304, 1961.
77.	Jeorge К. P. Mechanism of Shrinkage Cracking of Soil—Cement Bases.
Highway Research Record., n. 442, 1973, p. 1—10.
78.	Laguros J. G., Davidson D. T. Effect of Chemical on Soil—Cement Stabi-
lization. Cement—Treated Soil Mixtures, 10 Reports. Highway Research Record
n. 36, Washington, 1963.
79.	Lambe T. W. Improvement of Soil-Cement with alkali metal compounds.
Haghway Research board, procc. 38, Washington, 1959.
80.	Lime Stabilization of Roads. Bull. 323. National lime association, Waching-
ton, 1958.
228
81.	Mainfort R. C. Soil Stabilization with Resins and Chemicals. Highway
Research board. Bull. 108. Washington, 1955.
82.	Pachowski Jan. Popioty lotne i ich zastosowanie w budcwnichwie drogo-
wym. Wydawnictwa komunikacji i ta cznosci. Warczawa, 1976, p. 238.
83.	Ormsby W. C., Bolz L. H. Kaolin—lime—water Systems. Purt 2. Electron
Microscope Observations. Public Roads—journal of Highway Research, vol. 32,
n. 2, Lune, 1968.
84.	Sherwood P. T. Views of the Road Research Laboratory on Soil Stabili-
zation in the V. K. Cement, lime and gravel, vol. 42, n. 9, 1967.

ЛМГЖ.ЕС
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................ 3
Глава 1. Основные сведения об укреплении грунтов ...................... 5
Классификация и гранулометрический состав грунтов.................... 5
Минералогический и химический составы грунтов....................... 11
Коллоидно-химические свойства н поглотительная способность
грунтов........................................................... 15
Основные принципы укрепления грунтов и других местных мате-
риалов ........................................................... 19
Комплексные методы укрепления	грунтов............................. 29
Требования к прочности	и	другим	свойствам укрепленных грунтов	32
Глава 2. Укрепление грунтов цементом, известью и добавками дру-
гих веществ.......................................................... 37
Состояние вопроса................................................. 37
Теоретические основы укрепления грунтов цементом................. _	38
Взаимодействие глинистых минералов с портландцементом и их
влияние на прочность цементогрунта............................ 44
Суммарное влияние свойств грунта и минералогического состава
портландцемента на процессы твердения цементогрунта..........	50
Укрепление грунтов известыо..—^——^-^..— ^-- . „ .~^^.^56
Л Комплексноеукрепление грунтов цементом и добавками солей нли
• других веществ.................................................... 70
Комплексное укрепление грунтов портландцементом и добавками
=, поверхностно-активных веществ............................. .	74
. Комплексное укрепление грунтов цементом и добавками кремний-
органнческих соединений......................................... 76
Укрепление грунтов известково-шлаковым или	шлаковым цементом	78
Цементогрунт автоклавного твердения............................... 84
Глава 3. Укрепление грунтов золошлаковыми	материалами................. 86
Общие положения................................................... 86
Использование зол уноса, применяемых в качестве самостоятельно-
го вяжущего при укреплении грунтов................................ 87
Использование зол уноса, применяемых в качестве активного ком-
понента смешанного вяжущего в сочетании с цементом илн из-
вестью ........................................................... ЮЗ
Технологические особенности работ с использованием зол уноса . .	113
Глава 4. Укрепление грунтов жидкими битумами, дегтями, битумны-
ми эмульсиями и отходами промышленности............................. 127
Состояние вопроса ............................................... 127
Теоретические предпосылки........................................ 131
Комплексное укрепление грунтов жидким битумом или дегтем и
добавками извести, цемента или ПАВ............................... 136
Комплексные методы укрепления грунтов битумными эмульсиями 140
Укрепление грунтов отходами фенольного производства.............. 147
230
Глава 5. Укрепление грунтов синтетическими смолами . ..........
Общие данные................................................
Укрепление грунтов карбамидными и резорциноформальдегидными
смолами....................................................
Укрепление грунтов фурфурольными смолами..................
Укрепление песчаных грунтов поливиниловым спиртом п другими
реагентами............................._•••••„.............
Укрепление грунтов сульфитно-дрожжевой бражкой..............
1
1!
165>
168 ;
170
Глава 6. Укрепленные грунты и промышленные отходы как материал
для устройства теплоизолирующих и морозозащитных слоев дорож-
ных одежд.......................................................... 173
Теплофизическне свойства укрепленных грунтов и промышленных
отходов..................................................•	173
Эффективность применения укрепленных материалов для устройст-
ва теплоизолирующих н морозозащитных слоев..................... 180
Глава 7. Особенности конструирования и расчета дорожных одежд
со слоями из укрепленных грунтов.................................... 183
Учет степени увлажнения грунтов................................. 183
Конструкция дорожных одежд...................................... 189
Глава 8. Технология и механизация работ............................. 194
Размельчение грунтов ........................................... 194
Дозирование вяжущих материалов и	других	реагентов........ 200
Оптимальное увлажнение и перемешивание	смеси.................... 200
Уплотнение готовой смеси ....................................... 202
Организация производства работ.................................. 207
Приготовление смеси и обработка грунтов в смесительных установ-
ках ............•............................................... 211
Приготовление смеси и обработка грунтов однопроходными грун-
тосмеснтельными машинами........................................ 215
Приготовление смеси и обработка грунтов смешением дорожными
фрезами......................................................... 219
Уплотнение готовой смеси до максимальной	плотности.............. 222
Приложение. Добавки, применяемые	для	укрепления грунтов............ 224
Список литературы................................................... 225
RX7
АМЕЯ.ЬО
ВАСИЛИИ МАКАРОВИЧ БЕЗРУК,
ИОСИФ ЛЕОНИДОВИЧ ГУРЯЧКОВ,
ТАМАРА МАТВЕЕВНА ЛУКАНИНА,
РИММА АЛЕКСЕЕВНА АГАПОВА
укрепленные грунты
(свойства и применение в дорожном
й аэродромном строительстве)
Переплет художника А. Е. Смирнова
Технический редактор Р. А. Иванова
Корректор-вычитчнк С. М. Лобова
Корректор О. М. Зверева
ИБ № 2501
Сдано в набор 12.01.82. Подписано в печать 24.08.82.
Т-08846. Формат 60X90Vie. Бум. тнп. № 2.
Гарнитура литературная. Высокая печать.
Усл. печ. л. 14,5. Усл. кр.-отт. 14,5. Уч.-нзд. л. 16,85.
Тираж 7000 экз. Заказ 421. Цена 1 р. 20 к.
Изд. № 1—3—1/15 № 1744
Издательство «ТРАНСПОРТ», 107174. Москва,
Басманный туп., 6а
Московская типография № 8 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР по делам
издательств, полиграфии н книжной торговли.
Хохловский пер., 7.
RV
AMEI.RV