Методические рекомендации по использованию укрепленных грунтов и отходов промышленности в морозозащитных теплоизолирующих слоях дорожных одежд. УДК 625.731.9:624.138.232 (075.5) (одобрены Минтрансстроем)

Приведены методы уменьшения теплопроводности укрепленных грунтов и отходов промышленности за счет применения вяжущих материалов и добавок: золошлаков из отвалов тепловых электростанций, шлаков черной и цветной металлургии и продуктов их переработки, горелых пород, укрепленных цементом, золой уноса сухого отбора, гранулированными доменными шлаками; добавок органических веществ: жидкого битума, гудрона, битумной эмульсии, воздухововлекающих и пластифицирующих добавок, добавок легких заполнителей в виде керамзитового гравия, вспученного перлитового песка и щебня, гранул полистирола.

Изложена технология производства работ при устройстве морозозащитных слоев и оснований из укрепленных грунтов и отходов промышленности.

Показано, что использование укрепленных материалов приведенных выше составов для устройства морозозащитных слоев позволяет уменьшать толщину последних на 30-50% по сравнению с толщиной морозозащитных слоев из песка, щебня и других материалов.

Приведены требования к грунтам, материалам, вяжущим веществам и добавкам.

Табл.5.

Предисловие

Настоящие "Методические рекомендации по использованию укрепленных грунтов и отходов промышленности в морозозащитных теплоизолирующих слоях дорожных одежд" разработаны Союздорнии на основе результатов лабораторных исследований и опытно-производственного строительства.

Приведенные в "Методических рекомендациях" методы уменьшения теплопроводности укрепленных грунтов и отходов промышленности предусматривают укрепление указанных материалов с использованием наряду с основным вяжущим (цементом, золой уноса, гранулированным доменным шлаком и т.д.) добавок воздухововлекающих и поверхностно-активных веществ, органических веществ, легких заполнителей, а также применение укрепленных отходов промышленности: золошлаковых смесей тепловых электростанций, шлаков черной и цветной металлургии и продуктов их переработки, горелых пород угольных шахт и т.д. Такие укрепленные материалы обладают лучшими теплозащитными свойствами, чем традиционные материалы (пески, гравийно-песчаные смеси, щебень и др.), применяемые для устройства морозозащитных слоев дорожных одежд. Использование укрепленных грунтов и отходов промышленности при устройстве морозозащитных слоев позволяет снизить толщину морозозащитных слоев на 30-50% по сравнению с толщиной слоев из песков, щебня и др. и, как правило, повышает прочность дорожных одежд.

Настоящие "Методические рекомендации" составлены кандидатами технических наук Р.А. Агаповой, И.Л. Гурячковым при участии кандидатов технических наук А.С. Дудкина и В.С. Цветкова.

Замечания по данной работе просим направлять по адресу: 143900 г. Балашиха-6 Московской обл., Союздорнии.

I. Общие положения

1.1. Настоящие "Методические рекомендации" развивают положения "Инструкции по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов". СН 25-74 в части комплекса мероприятий, обеспечивающих получение укрепленных материалов с лучшими теплозащитными свойствами. Использование таких материалов для устройства морозозащитных слоев позволяет на 30-50% уменьшить толщину последних по сравнению со слоями из песков, щебня и т.д. толщина которых, необходимая для обеспечения морозоустойчивости дорожных конструкций, достигает 40-50 см, а иногда и более.

Применение взамен песков, гравия и щебня укрепленных материалов с лучшими теплозащитными свойствами позволяет также существенно повысить прочность дорожной конструкции в целом.

1.2. Настоящие "Методические рекомендации" следует использовать при проектировании и строительстве автомобильных дорог, на которых предусматривают специальные мероприятия по обеспечению морозоустойчивости дорожных конструкций в основном во II-III дорожно-климатических зонах.

1.3. Получение укрепленных материалов с пониженной теплопроводностью обеспечивается за счет использования составов смесей, которые включают следующие материалы, вяжущие вещества и добавки:

побочные продукты или отходы промышленного производства (золошлаки из отвалов тепловых электростанций, шлаки черной или цветной металлургии, горелые породы и т.д.), укрепленные одним цементом или цементом в сочетании с добавками жидкого битума либо СДБ или укрепленные гранулированными доменными шлаками либо золами уноса сухого отбора;

органические вяжущие вещества: жидкий битум, гудрон, битумная эмульсия, используемые в качестве добавок, уменьшающих общую пористость при одновременном увеличении количества замкнутых пор, а также повышающих гидрофобность укрепленного материала;

воздухововлекающие и пластифицирующие добавки, повышающие общую пористость материалов за счет увеличения количества замкнутых пор;

легкие заполнители: керамзитовый гравий, вспученные перлитовые пески и щебень; гранулы полистирола, аглопоритовый щебень, используемые в качестве добавок и обладающие хорошими теплоизоляционными свойствами.

1.4. Толщину морозозащитных слоев из укрепленных грунтов и материалов рассчитывают в соответствии с "Инструкцией по проектированию дорожных одежд нежесткого типа" ВСН 46-72 с учетом коэффициентов теплопроводности, приведенных в табл. 2.1 - 2.4 настоящих "Методических рекомендаций".

При этом полученную толщину дополнительно снижают на 20-25% (при условии обеспечения требуемой прочности дорожной конструкции), так как при устройстве морозозащитных слоев из укрепленных грунтов и материалов уменьшается влажность подстилающих грунтов земляного полотна и величина морозного пучения.

1.5. Укрепленные морозозащитные слои укладывают шире слоя основания на 1 м с каждой стороны, при этом необходимо укреплять обочины для повышения их водонепроницаемости.

1.6. Составы смесей из укрепленных грунтов и материалов для устройства морозозащитных слоев подбирают, руководствуясь "Инструкцией" СН 25-74 (приложения 3, 4).

Коэффициенты теплопроводности укрепленных материалов определяют по методике, приведенной в "Методических рекомендациях по проектированию и устройству теплоизолирующих слоев на пучиноопасных участках автомобильных дорог" (Союздорнии, М., 1976).

1.7. Выполнение предложений настоящих "Методических рекомендаций" позволяет:

уменьшать толщину дорожной одежды на 15-30% и стоимость строительства морозозащитных слоев на 10-20 тыс. руб. и более на 1 км дороги с существенным сокращением транспортных перевозок;

обеспечить проезд технологического транспорта без устройства дополнительных слоев, что, как правило, предусматривают в случае сооружения морозозащитных слоев из песчаных грунтов.

1.8. Целесообразность использования тех или иных составов укрепленных грунтов и материалов, обеспечивающих уменьшение толщины морозозащитных слоев, устанавливают в каждом отдельном случае на основе технико-экономического обоснования и сравнения с вариантом конструкций с морозозащитными слоями из песка, щебня и других материалов.

2. Методы уменьшения теплопроводности укрепленных грунтов и отходов промышленности. Требования к грунтам, материалам, вяжущим и добавкам

2.1. Для уменьшения теплопроводности укрепленных материалов предусматривают следующие способы укрепления:

песчаные грунты укрепляют цементом в количестве 5-8% с добавками СДБ, СНВ, ОСМ-2, ГКЖ-91 в количестве 0,5-1,5% (от массы цемента) или с добавками битумной эмульсии жидкого битума, гудрона в количестве 2-4% (от массы грунта); золой уноса сухого отбора в количестве 15-20% или гранулированным доменным шлаком в количестве 15-20% в сочетании с 3-4% цемента или с добавками 2-4% битумной эмульсии, жидкого битума, гудрона; цементом в количестве 6-7% или золой уноса сухого отбора в количестве 15-20% с добавками 20-40% керамзита, вспученного перлита, аглопорита или с 0,5-0,7% (от массы смеси) гранул полистирола;

супесчаные и суглинистые грунты укрепляют цементом в количестве 6-9% в сочетании с 0,5-2% (от массы цемента) добавок СНВ, ОСМ-2, ГКЖ-94, СДБ или золой уноса сухого отбора в количестве 15-20% с добавкой 1-2% (от массы грунта) , NaOH, , или извести; цементом в количестве 6-9% или золой уноса сухого отбора в количестве 15-20% с добавками 20-40% керамзита, вспученного перлита, аглопорита или с 0,5-0,7% гранул полистирола (от массы смеси);

золошлаковые смеси из отвалов тепловых электростанций укрепляют цементом в количестве 4-6% или цементом с добавками жидкого битума, битумной эмульсии, гудрона в количестве 2% или с СДБ, СНВ в количестве 0,5-1,5%, золой уноса в количестве 15%, известью в количестве 5-7%, гранулированным доменным шлаком в количестве 15% в сочетании с 2-4% цемента;

шлаки черной и цветной металлургии и продукты их переработки, горелые породы и т.п. укрепляют цементом в количестве 4-8%.

Выбор рекомендуемых в п. 2.1 составов смесей осуществляют в зависимости от наличия исходных компонентов смеси с учетом величины коэффициентов теплопроводности, приведенных в табл. 2.1-2.4.

2.2. Применение приведенных в п. 2.1 составов смесей для устройства морозозащитных слоев обеспечивает существенное уменьшение их толщины по сравнению с толщиной из традиционных материалов (табл. 2.5).

Таблица 2.1

Состав смеси	Коэффициент теплопроводности,
Песок +58% цемента	1,2-1,40
Песок +57% цемента +0,54% СДБ, СНВ, ОСМ-2, ГКЖ или 24% жидкого битума, гудрона, битумной эмульсии	1,0-1,20
Песок +1520% золы уноса сухого отбора без добавки или с добавкой 46% цемента	0,90-1,0
Песок +1520% гранулированного доменного шлака +34% цемента	0,60-0,80
Песок +1520% гранулированного доменного шлака +34% цемента +24% жидкого битума, гудрона, битумной эмульсии	0,50-0,65
Песок +57% цемента или 1520% золы уноса сухого отбора +1040% керамзита, вспученного перлита, аглопорита или 25% гранул полистирола	0,30-0,60
Песок морозозащитного слоя (при влажности 0,9 предела текучести)	1,6-1,65

Примечания: 1. Меньшие значения коэффициентов теплопроводности соответствуют материалам при влажности твердения, большие - водонасыщенным материалам (то же в табл. 2.2 - 2.4).

2. Приведенные коэффициенты теплопроводности соответствуют составам смесей с использованием, как правило, различных мелких, в том числе одноразмерных и пылеватых песков.

3. Составы смесей с керамзитом, аглопоритом и полистиролом разработаны в Ленинградском филиале Союздорнии.

Таблица 2.2

Состав смеси	Коэффициент теплопроводности,
Супесь или суглинок +610% цемента	0,9-1,3
Супесь или суглинок +610% цемента +0,5+2% СНВ, ОСМ-2, ГКЖ-94, СДБ	0,8-1,0
Супесь или суглинок +1520% золы уноса сухого отбора +12% , , NaOH	0,7-0,9

2.3. Укрепленные грунты и отходы промышленности, используемые для устройства морозозащитных слоев, должны удовлетворять требованиям II-III классов прочности согласно табл.1 "Инструкции" СН 25-74.

2.4. Укрепляемые грунты, побочные продукты промышленного производства, вяжущие и добавки должны удовлетворять следующим требованиям:

грунты - требованиям "Инструкции" СН 25-74;

золошлаковые смеси из отвалов тепловых электростанций - требованиям "Методических рекомендаций по использованию золошлаковых смесей ТЭС для устройства укрепленных оснований и морозозащитных дорожных одежд" (Союздорнии. М.,1977).

Пригодность шлаков черной и цветной металлургии и продуктов их переработки (шлакового щебня, гранулированного шлака, шлаковой пемзы и др.) устанавливают по результатам испытания образцов из этих материалов, укрепленных цементом. Аналогичным способом устанавливают возможность использования горелых пород угольных шахт. При этом следует учесть, что укрепленные шлаковые материалы и горелые породы угольных шахт должны соответствовать требованиям II-III классов прочности табл. 1 "Инструкции" СН 25-74.

Таблица 2.3

Состав смеси	Коэффициент теплопроводности,
Каменноугольная золошлаковая смесь +46% цемента	0,45-0,65
Каменноугольная золошлаковая смесь +34% цемента +2% жидкого битума, битумной эмульсии или гудрона	0,40-0,55
Каменноугольная золошлаковая смесь +4% цемента +15% золы уноса (используемой в качестве активной добавки)	0,40-0,60
Каменноугольная золошлаковая смесь +15% золы уноса сухого отбора	0,35-0,60
Каменноугольная золошлаковая смесь +2% цемента +15% гранулированного доменного шлака	0,30-0,55
Буроугольная золошлаковая смесь +7% цемента	0,60-0,75
Буроугольная золошлаковая смесь +67% цемента +0,51% СДБ, СНВ, ОСМ-2	0,45-0,65
Буроугольная золошлаковая смесь +67% извести	0,45-0,70
Торфяная золошлаковая смесь +78% цемента	0,55-0,60

Подбор составов смесей и испытания образцов производят в соответствии с "Инструкцией" СН 25-74 (приложение 3); они должны отвечать следующим требованиям:

портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент - требованиям ГОСТ 10178-76;

золы уноса сухого отбора, применяемые в качестве самостоятельного вяжущего и в виде активной добавки к цементу, - табл. 6 и пп. 2.20 - 2.23 гл. 2 "Инструкции" СН 25-74;

известь строительная 1-го и 2-го сорта - ГОСТ 9179-77 "Известь строительная";

битумные эмульсии прямого типа медленнораспадающиеся (класса МА), приготовленные на нефтяных битумах марок БНД 200/300, БНД 130/200, БНД 90/130, БНД 60/90, БНД 40/60, по показателям свойств - ГОСТ 18659-73 на эмульсии дорожные битумные;

Таблица 2.4

Состав смеси	Коэффициент теплопроводности,
Шлаковый щебень +46% цемента	0,70-0,85
Гранулированный доменный шлак +46% цемента	0,60-0,80
Молотая пемза +56% цемента	0,50-0,70
Горелые породы +8% цемента	0,35-0,50

Таблица 2.5

Толщины морозозащитных слоев из укрепленных грунтов и отходов промышленности, устраиваемых взамен морозозащитных слоев из традиционных материалов

Материал для устройства морозозащитного слоя	Назначаемые толщины морозозащитных слоев, см
Песок, гравийно-песчаная смесь и др.	60	50	40	30
Золошлаки, укрепленные цементом с добавками жидкого битума, гудрона, битумной эмульсии, либо гранулированным доменным шлаком с добавкой цемента, либо золой уноса сухого отбора, либо цементом с добавкой зол уноса; горелые породы, укрепленные цементом	22-24	18-20	14-16	11-12
Мелкие пески, укрепленные гранулированным доменным шлаком с добавками цемента и жидкого битума, гудрона, битумной эмульсии; золошлаки, укрепленные цементом или известью	24-26	20-22	17-19	12-13
Мелкие пески, укрепленные гранулированным доменным шлаком с добавкой цемента; супеси или суглинки, укрепленные золой уноса сухого отбора с добавкой , , HaOH; шлаки черной и цветной металлургии и продукты их переработки, укрепленные цементом	28-30	23-25	18-20	14-15
Мелкие пески, укрепленные золой уноса сухого отбора или цементом с добавкой золы уноса; супеси и суглинки, укрепленные цементом с добавками СДБ, СНВ, ОСМ-2, ГКЖ или известью	32-34	26-28	21-22	16-17
Мелкие пески, укрепленные цементом с добавками СНВ, СДБ, ОСМ-2, ГКЖ или жидкого битума, гудрона, битумной эмульсии; супеси или суглинки, укрепленные цементом	35-37	29-31	23-25	17-19
Мелкие пески, укрепленные цементом	40-41	34-35	26-28	20-21

доменные гранулированные основные шлаки 1-3-го сортов - ГОСТ 3476-74, Активность доменных гранулированных шлаков должна соответствовать требованиям ГОСТ 3344-73. Доменные гранулированные шлаки следует применять в сочетании с небольшими добавками цемента (2-4% от массы смеси);

смола нейтрализованная воздухововлекающая СНВ - требованиям ТУ 81-05-75-69 "Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ)";

сульфитно-дрожжевая бражка СДБ - ОСТ 81-79-74 "Концентраты сульфитно-дрожжевой бражки";

кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94-ГОСТ 10834-76 "Жидкость гидрофобизирующая 136-41";

жидкий битум и гудрон - ГОСТ 11955-74;

мыло сульфатное очищенное ОСМ-2 - ТУ 81-28-1-75 "Мыло сульфатное очищенное";

керамзитовый гравий - ГОСТ 9759-76;

перлитовый песок и щебень - ГОСТ 11991-76;

аглопоритовый щебень - ГОСТ 11991-76;

вспученные гранулы полистирола - МРТУ 6-05-1019-66.

3. Технология производства работ

3.1. Устройство морозозащитных слоев с использованием указанных в п. 2.1 составов смесей осуществляется двумя способами:

смешением компонентов смеси непосредственно на дороге;

приготовлением смеси в стационарных смесительных установках.

Метод производства работ назначают с учетом технико-экономических расчетов, наличия оборудования, свойств обрабатываемых грунтов, отходов промышленности, вяжущих материалов и добавок, дальности их возки, а также с учетом стоимости материалов.

При устройстве укрепленных морозозащитных слоев дорожных одежд с использованием различных местных связных грунтов целесообразно приготавливать смесь методом смешения ее компонентов непосредственно на дороге.

3.2. При проведении работ методом приготовления смеси непосредственно на дороге используют грунтосмесительные машины, в том числе в сочетании с высокопроизводительными машинами со скользящими формами.

Подробная технология производства работ указанным методом с использованием серийных грунтосмесительных машин и способ ухода за готовым укрепленным слоем дорожной одежды изложены в "Инструкции" СН 25-74.

3.3. При производстве работ методом приготовления смеси в стационарных смесительных установках используют смесители, как правило, принудительного перемешивания компонентов смеси ДС-50А, СБ-37 (С-780) и др.

Допускается применение смесителей свободного перемешивания для обработки крупно- и среднезернистых песков, а также золошлаковых смесей из отвалов ТЭС.

При использовании смесителей с принудительным перемешиванием компонентов смеси допускается обработка связных супесчаных грунтов.

3.4. После приготовления однородной смеси в стационарных смесительных установках остальные технологические операции выполняют в такой последовательности:

готовую смесь выгружают из смесителя и транспортируют автомобилями-самосвалами к месту укладки; для этого рекомендуется использовать самосвалы емкостью не менее 5-7 ;

на месте укладки смесь выгружают на уплотненный до требуемой плотности грунт земляного полотна.

3.5. Готовую смесь на месте укладки целесообразно выгружать непосредственно в выдвижной бункер распределителя или центральный бункер профилировщика и распределителя. Смесь распределяют на требуемую ширину укладываемого слоя с одновременным предварительным уплотнением слоя вибробрусом.

Окончательное уплотнение укрепленного слоя до плотности 0,98-1 от стандартной производят самоходными катками на пневматических шинах с последующим профилированием уплотненного слоя профилировщиком и распределителем.

3.6. При производстве работ методом смешения компонентов смеси на дороге или в стационарных смесительных установках с использованием водорастворимых добавок СДБ, СНВ, ОСМ-2, ГКЖ-94 последние вводят в виде водных растворов при доувлажнении смеси до оптимальной влажности.

При приготовлении водных растворов указанных добавок учитывают рекомендации "Руководства по применению химических добавок к бетону" (М., Стройиздат, 1975).

3.7. Приготовление смесей с добавками органических веществ: жидкого битума, битумной эмульсии, гудрона - осуществляют, как правило, в стационарных смесителях с принудительным перемешиванием компонентов.

3.8. Движение построечного транспорта по готовому укрепленному морозозащитному слою разрешается:

через пять суток со времени его устройства в случае получения материала, удовлетворяющего требованиям II класса прочности, при толщине укрепленного слоя не менее 20 см;

через семь суток в случае получения материала, удовлетворяющего требованиям III класса прочности при толщине укрепленного слоя не менее 23 см;

через 10 суток при толщине укрепленного слоя менее 20 см.

3.9. Допускается открывать движение построечного транспорта и устраивать вышележащие слои в течение первых двух суток со времени устройства морозозащитного слоя при использовании в составе смесей цемента с добавками поверхностно-активных веществ, битумных эмульсий, жидких битумов, гудронов, сырой нефти, а также при применении медленнотвердеющих вяжущих (зол уноса, гранулированных доменных шлаков), в том числе с небольшими добавками цемента, извести и других веществ.

По истечении двух суток движение построечного транспорта не допускается, в этом случае руководствуются положениями, указанными в п. 3.8 настоящих "Методических рекомендаций".