Механика грунтов, технология дорожного строительства

МЕХАНИКА ГРУНТОВ, ТЕХНОЛОГИЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Методические указания к выполнению лабораторных работ

по дорожному грунтоведению для студентов специальности 291000.

 

 

Факультет: инженерно-строительный

Специальности: 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы»

 

 

Вологда

 

 

УДК 624 131(075.8)

 

 

Механика грунтов, технология дорожного строительства. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дорожному грунтоведению для студентов специальности 291000, – Вологда: ВоГТУ, 2003. –36с.

 

 

Методические указания составлены в соответствии с Федеральным стандартом по дисциплинам технического цикла и предназначены для студентов очной и заочной формы обучения специальности 291000.

 

 

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

 

 

Составители: Каган Г.Л. канд. геол-мин. наук., доцент кафедры АД,

Припорова С.В. старший препод.

 

 

Рецензент: Межакова А.М. зам. Зав. лабораторией «Дортехнадзор».

 

 

ВBEДЕНИЕ

 

Настоящие методические указания содержат лабораторные работы предусмотренные учебными планами по специальности 291000в дисциплинах механика грунтов и технология дорожного строительства. Приведенный лабораторный практикум позволяет ознакомить студентов с методами определения физических свойств грунтов, используемых для их классификации, а также методами укрепления грунтов и их нормируемыми показателями.

Лабораторные работы увязываются с чтением лекций и способствуют необходимому углублению и закреплению теоретических знаний по изучаемым курсам.

Методика определения отдельных показателей грунтов изложена по существующим ГОСТ, а по тем показателям, на которые ГОСТ не разработаны - по руководствам и инструкциям, принятым в научных и производственных лабораториях. При составлении методических указаний единицы физических величин приняты в соответствии с СН 528-80 «Перечень физических величин, подлежащих применению в строительстве».

Лабораторные работа выполняются студентами самостоятельно под контролем преподавателя. Каждый студент, участвуя в коллективном выполнении работы, ведет свой журнал (протокол). Прежде чем приступить к выполнению задания студенты должны изучить описание лабораторной работы, составить краткий конспект, ознакомиться с оборудованием и подготовить рабочую тетрадь (таблицы) для записи результатов, получаемых в процессе опыта.

В конце каждого занятия протоколы предъявляются преподавателю для просмотра и визирования. По завершению выполнения лабораторного практикума студент сдает зачет преподавателю, ведущему занятия. При сдаче зачета студент должен показать знания существа выполненных работ, методов лабораторного исследования, а также техники выполнения работ. На каждом академическом занятии выполняется одна или несколько лабораторных работ. Последовательность их выполнения определяется календарным графиком, составляемым кафедрой для каждого потока.

 

РАЗДЕЛ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ

 

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТОВ СИТОВЫМ МЕТОДОМ (ГОСТ 12536-79).

 

Гранулометрическим составом грунта называется содержание в нем минеральных частиц различной крупности (фракций), выраженное в процентах. Результаты определения гранулометрического составе грунта используются для решения ряда практических задач: классификации грунтов по гранулометрическому составу; оценки пригодности грунтов в качестве материала для земляных дорожных и гидротехнических сооружений; оценки возможности явлений размываемости и суффозии в теле грунтовых плотин и в основаниях сооружений и котлованов; расчета обратных фильтров и др.

 

Необходимые приборы:

1. Набор металлических стандартных сит с отверстиями: 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25 0,1 мм; 2. Технические весы; 3. Сушильный шкаф; 4. Фарфоровая ступка с фарфоровым пестиком; 5. Фарфоровые или алюминиевые чашечки; 6. Ложечка; 7. Шпатель или линейка.

Техника выполнения опыта:

1. Грунт доводится до воздушно-сухого состояния путем прогревания его в течение 4-х часов в сушильном шкафу при температуре 105 ⁰С.

Примечание: Студенты выполняют работу с подготовленным к опыту грунтом.

2. Воздушно-сухой грунт, без нажима на него, растирают в фарфоровой ступке пестиком, в целях разъединения отдельных структурных агрегатов.

3. Из грунта отбирают среднюю пробу по методу квадратов: грунт рассыпают тонким слоем на поддоне, проводят в продольном и поперечном направлении на нем борозды и из каждого полученного квадрата отбирают визуально равные пробы с тем, чтобы получить требуемую массу навески, которую в зависимости от крупности частиц грунта ориентировочно принимают в пределах 500-2000 г.

4. Отобранный грунт взвешивают на технических весах, засыпают пробу грунта в верхнее сито набора и закрывают его крышкой.

5. Грунт просеивают путем горизонтального встряхивания в течение 10-12 минут.

6. Производят контрольное встряхивание каждого разбираемого сита над листом белой бумаги в течение 1 минуты; выпавшие зерна высыпают на следующее сито с меньшими отверстиями.

7. Содержимое каждого сита взвешивают, и полученный результат выражают в процентах к общей навеске. Массу отдельных фракций складывают и сравнивают с навеской. Расхождение не должно превышать 1%. Невязку разносит пропорционально массе фракций.

1. Результаты опыта записывают в табл. 1.
2. По степени неоднородности глинистый грунт подразделяют по числу пластичности I_р на супесь с 7<I_р>1, суглинок 17<I_р>7; глину I_р>17.
3. Определив содержание отдельных фракций грунта, устанавливают его вид в соответствие с указаниями ГОСТ 25100-95, приведенными в таблице 2.
4. Строят суммарную кривую гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе: на оси абсцисс в логарифмическом масштабе откладывают диаметры зерен с единицей масштаба lg10, а на оси ординат в линейном масштабе – суммы процентов зерен меньше данного диаметра (рис.1).

Таблица 1.

Результаты ситового анализа.

Наименование показателей	Диаметр отверстий сита в мм
				0,5	0,25	0,1	Поддон
Размер фракций в мм
>10	10-5	5-2	2-1	1-0,5	0,5-0,25	0,25-0,1	<0,1
Масса тары, г
Масса тары с фракциями, г
Масса фракций, г
Содержание фракций, %
Сумма фракций слева, %
То же, справа

12. По полученной кривой гранулометрического состава определяют степень неоднородности: где D ₆₀ и d ₁₀ - размеры зерен, по отношению к которым содержание более мелких частиц в грунте соответственно составляет 60 и 10 % зерен по массе* Диаметр d₁₀ называется эффективным или действующим, диаметр D ₆₀ -контролирующим.

13. По степени неоднородности гранулометрического состава С_и крупнообломочные грунты и пески подразделяют на 3<С_и однородный грунт и С_и>3 неоднородный грунт.

Таблица 2.

Разновидности грунтов

Наименование крупнообломочных и песчаных грунтов	Распределение частиц по крупности в % От массы воздушно-сухого грунта.
Размер частиц, мм	Содержание, %
Крупнообломочные: Валунный грунт Галечный грунт Гравийный грунт	Крупнее 200 Крупнее 10 Крупнее2	более 50 более 50 более 50
Песчаные: Песок гравелистый Песок крупный Песок средней крупности Песок мелкий Песок пылеватый	Крупнее 2 Крупнее 0,50 Крупнее 0,25 Крупнее 0,10 Крупнее 0,10	более 25 более 50 более 50 75 и более менее 75

Примечание: Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц исследуемого грунта сначала крупнее 200 мм, затем – крупнее 10 мм далее крупнее 2 мм и т.д. Наименование грунта принимают по первому удовлетворительному показателю в порядке расположения. наименований в таблице.

Рис. 1. Кривые гранулометрического состава.

 

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ АРЕОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ (ГОСТ 12536 -79).

 

Этот метод основан на измерении плотности суспензии грунта протарированным ареометром. Его применяют как для связных грунтов, так и при полном анализе гранулометрического состава, но для фракций, оставшихся на поддоне после просеивания грунта в комплекте сит 10-0,1 мм.

 

Необходимые приборы:

1. Ареометр со шкалой 0,995-1,030 и ценой деления 0,001; 2. Мерный цилиндр емкостью 1000 см^З, высотой 45 см, диаметром 6 см; 3. Коническая плоскодонная колба емкостью 1000 см³; 4. Технические весы; 5. Бутылка емкостью 1000 см³. 6. Фарфоровые чашечки; 7. Набор сит; 8. Фарфоровая ступка с резиновым пестиком; 9. Линейка с миллиметровыми делениями; 10. Термометр с ценой деления 0,5 ⁰С; 11. Мешалка; 12. Промывалка; 13. Часы-хронометр; 14. Песчаная баня; 15. Пикнометры; 16. Нож; 17. Раствор 25 %-ного аммиака; 18. Пирофосфорнокислый натрий; 19. Воронки.

Тарировка прибора (ареометра):

Тарировку ареометра проводят в стеклянном мерном цилиндре емкостью 1 л с дистиллированной водой, имеющей температуру 20^оС, приняв плотность ее равной 1. Каждый ареометр при анализе должен применяться с тем мерным цилиндром, с которым был протарирован, поскольку повышение уровня жидкости зависит от соотношения их размеров. При тарировке прибора, а также при измерении плотности суспензии в процессе анализа уровень жидкости в цилиндре берут по верхнему краю мениска.

Для тарировки ареометра выполняют следующие oпepaции:

1. Определяют поправку на нулевое показание ареометра С₀, для этого в мерный цилиндр наливают дистиллированную воду, опускают в него ареометр и производят отсчет по его шкале. Разность между единицей (принятой за плотность воды при температуре 20 ⁰С) и снятым по шкале ареометра отсчетом будет равна поправке, которую к каждому отсчету при анализе прибавляют, если ареометр при проверке показал менее 1,000 и вычисляют, если он показал более 1,000.

2. Устанавливают поправку на высоту мениска С_m воды в цилиндре, если ареометр градуирован по нижнему краю мениска. Для этого в цилиндр с водой опускают ареометр и снимают с его шкалы отсчеты по нижнему и верхнему краям мениска. Разница между этими отсчетами и будет поправкой на высоту мениска, которую прибавляют к каждому отсчету по шкале ареометра при замерах плотности суспензии.

3. Определяют поправку С_а на показание ареометра при добавлении в дистиллированную воду антикоагулятора, который будет использован при приготовлении суспензии грунта для анализа. Для этого в мерный цилиндр вводят антикоагулятор, наливают дистиллированную воду до отметки 1000 см³, смесь взбалтывают, опускают в цилиндр ареометр и берут отсчет со шкалы ареометра по верхнему мениску. Разность между этим отсчетом и отсчетом, снятым в дистиллированной воде, и будет поправкой на антикоагулятор, которую вычитают из каждого отсчета.

4. Измеряют длину шкалы ареометра l в см, между делениями 1,030 и 1,000.

5. Определяют V₀- объем луковицы ареометра. Для этого в цилиндр наливают 900 см³ дистиллированной воды, погружают в нее ареометр до деления 1,030 на его шкале и отмечают подъем уровня в цилиндре. Разность между уровнем- воды в цилиндре с ареометром и без него будет равна объему луковицы.

6. Определяют расстояние «а» от деления 1,030 шкалы ареометра до центра водоизмещения луковицы и высоту «в » подъема воды в цилиндре при погружении ареометра в воду до центра водоизмещения луковицы. Для этого ареометр вновь погружают в воду до подъема ее на высоту «в», соответствующую увеличению объема воды, равному половине объема луковицы V ₀. В таком положения луковица ареометра погружена до ее центра водоизмещения. Удерживая ареометр в этом положении, линейкой измеряют расстояние «а» отуровня воды до отметки 1,030 и высоту «в». Последнюю величину можно рассчитать делением объема луковицы V ₀на удвоенную площадь поперечного сечения цилиндра F, т.е. V₀/2F

7. Устанавливают величину Н_R - расстояние от поверхности жидкости до центра водоизмещения (рис.2) ареометра. Значение Н_R необходимо для расчета размера частиц, не опустившихся к моментам замера на глубине, при соответствующих показаниях ареометра.

 

Рис. 2. Схема ареометра: 1 - центр водоизмещения ареометра при данном погружении; 2 - центр водоизмещения луковицы; 3- уровень суспензии.

 

Определяют величину Н_R с точностью до 0,001 по формуле:

, (2)

где N - число делений на шкале ареометра между 1,030 и 1,000, т.е. 30;

R - исправленный отсчет по ареометру.

Примечания: 1. При работе с ареометром следует брать упрощенные отсчеты, отбрасывая единицу и перенося запятую на три знака вправо; в этом случае тысячные доли будут представлять целые числа, десятитысячные, которые берут на глаз, - десятые. Упрощенные отсчеты обозначают символом-Rо. 2. Исправленный отсчет R представляет собой алгебраическую сумму упрощенного отсчета Rо, поправок на нулевое показание ареометра Со, на высоту мениска См и на антикоагулятор Са, определяемых при тарировке, и температурной поправки Ct (Табл. 3).

 

Техника выполнения опыта:

1. Из прошедших после ситового анализа через сито 0,1 мм частиц грунта способом квартования отбирают среднюю пробу массой 40 гдля супесей, 30 г для суглинков и 20 г для глин. Навеску грунта переносят в коническую с плоским дном колбу емкостью 1000 см³ и заливают десятикратным, по отношению к массе пробы грунта, количеством дистиллированной воды. Выдерживают пробу грунта в воде в течение 12 часов, после чего растирают отдельные комки набухающего грунта.

2. Для разрушения агрегатов прибавляют в колбу 25%-го раствора аммиака, из расчета 5 см³ раствора на I л воды. Закрывают колбу каучуковой пробкой с обратным холодильником и кипятят в течение I часа. В случае применения при подготовке суспензий взбалтывания, вместо кипячения, размоченную среднюю пробу грунта переносят в бутылку емкостью 750-1000 см³, закрывают резиновой пробкой, в течение 2х часов взбалтывают.

3. Из колбы (бутылки) суспензию пропускают через сито 0,1 мм в стеклянный мерный цилиндр емкостью 1000 см³. Оставшиеся на сите частицы грунта тщательно промывают раствором антикоагулирующего вещества, одновременно слегка растирая их пальцем в резиновом напальчнике до полного осветления вытекающей из воронки струи раствора. Затем оставшиеся на сите частицы грунта переносят струей дистиллированной воды в предварительно взвешенный бюкс, выпаривают на песчаной бане и высушивают при температуре 100-105 °С в сушильном шкафу до постоянной массы.

1. Суспензию с частицами < 0,1 мм сливают в литровый цилиндр высотой 45 см и диаметром 6 см. Доливают до отметки 1000 см³ раствором антикоагулятора.

Таблица 3.

Температурные поправки к отсчетам по ареометру

Температура суспензии, ^0С	Поправка к отсчету по ареометру, ^0С	Температура суспензии, ^0С	Поправка к отсчету по ареометру
12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5	-1,1 -1,0 -1,0 -0,9 -0,9 -0,8 -0,8 -0,7 -0,6 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,3 -0,2 -0,1 -0,0 -0,0	21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0 26,5 27,0 27,5 28,0 28,5 29,0 29,5 30,0	+0,2 +0,3 +0,4 +0,5 +0,6 +0,7 +0,8 +0,9 +1,0 +1,1 +1,3 +1,4 +1,5 +1,6 +1,8 +1,9 +2,1 +2,2 +2,3

 

5. Суспензию взбалтывают мешалкой до полного перемешивания грунта с водой. По окончании взмучивания включают секундомер и через 20 состорожно опускают в суспензию ареометр так, чтобы в плавающем состояния он не касался стенок цилиндра.

6. На 30-й секунде после окончания взмучивания берут первый отсчет Rо по ареометру и записывают в табл.4. В дальнейшем не вынимая ареометра, берут отсчеты на 1, 2, 5 минутах от начала опыта. После чего ареометр с предельной осторожностью извлекают из цилиндра, чтобы не взмутить суспензию, насухо вытирают и помещают в футляр.

7. Последующие отсчет плотности производят через 15,30,60 и 120 минут, а затем через 6 и 24 часа, опуская ареометр за 10-15с до времени отсчета и извлечения его из суспензии после взятия отсчета.

8. Контроль за температурой суспензии осуществляют замерами ее с точностью 0,5°С после первых 5 минут и затем после каждого замера плотности суспензии ареометром. При температуре, отличающейся от плюс 20°С, к отсчетам по ареометру вносят поправку Ct,определяемую по табл.3.

Примечание: Студентами последний замер производится на 80-й минуте от начала опыта.

Таблица 4.

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТОВ (ГОСТ 5180-84)

 

Плотностью грунта ρ, г/см³ называется масса единицы объема рассматриваемого грунта. Плотность влажного грунта определяется в лаборатории методом режущего кольца или методом парафинирования. Последний метод находит применение только для связного грунта.

 

1 МЕТОД РЕЖУЩЕГО КОЛЬЦА

 

 

Необходимые приборы:

1. Технические весы; 2. Прибор для отбора монолита грунта; 3. Штангенциркуль; 4. Нож; 5. Стеклянные пластинки размером 100x100 мм.

 

Техника выполнения опыта:

1. Измеряют штангенциркулем внутренний диаметр d и высоту режущего кольца и вычисляют его внутренний объем V в см³. Определяют массу режущего кольца m₁ путем взвешивания на технических весах.

2. Выравнивают ножом поверхность грунта (в массиве или монолите) и ставят на него острым краем режущее кольцо.

3. Используя направляющий цилиндр, вдавливают в грунт режущее кольцо. Выступающий над кольцом грунт срезается ножом, зачищается в уровень с краем кольца и накрывается заранее взвешенной стеклянной пластинкой. Подрезают столбик грунта примерно на 10 мм ниже режущего кольца и подхватывают снизу ножом (или мастерком), перевертывают кольцо. Затем удаляют ножом излишний грунт, зачищают торцовую поверхность, а боковую поверхность кольца тщательно очищают от приставшего грунта и покрывают свободную поверхность грунта заранее взвешенной стеклянной пластинкой.

4. Взвешивают кольцо с грунтом и покрывающими его стеклами с точностью до 0,01г и записывают массу m.

5. Плотность грунта вычисляют во формуле: ρ= (m - m₁- m₂ )/V, где m₂- масса покрывающих стекол или пластинок, г; Vобъем грунта в кольце,-см³.

6. Плотность грунта вычисляют с точностью до 0,01 г/см³. При этом делают не менее двух параллельных определений плотности грунта и вычисляют среднее арифметическое при условии, что ρ₁ - ρ₂ £ 0,02 г/см ³ . Результаты опытов записывают в табл. 6.

 

Таблица 6

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА(ГОСТ 5180-84)

Влажностью грунта Wназывается отношение массы воды, удаляемой высушиванием при 100-105 °С, к массе минеральных частиц, содержащихся в грунте.

Необходимые приборы:

1. Технические весы; 2. Алюминиевые бюксы; 3, Сушильный шкаф с термометром и терморегулятором; 4. Эксикатор с обезвоженным хлористым кальцием (без поглощения влаги); 5. Шпатель.

 

Техника выполнения опыта:

1. На технических весах взвешивают пустой бюкс с крышкой(масса m₁).

2. Возможно быстрее отбирают пробу влажного грунта массой не менее 10 г, помещают в бюкс, плотно закрывают его крышкой и взвешивают (масса m₂ ).

3. После взвешивания бюкс с открытой крышкой ставят в сушильный шкаф и грунт высушивают до постоянной массы при температуре 100-105 °С. Первое взвешивание производится после высушивания грунта в течение 8-10 часов для глин и суглинков и 6-8 часов для песков и супесей. Затем грунт высушивают еще в течение 3-4 часов и производят повторное взвешивание. Если результаты первого и второго взвешиваний совпадают, то грунт считается высушенным.

4. По окончании высушивания в сушильном шкафу бюкс с грунтом закрывают крышкой и охлаждают до комнатной температуры воздуха в эксикаторе. Массу бюкса с грунтом m₃ записывают в журнал.

1. Влажность грунта вычисляется по формуле:

, (9)

Для установления влажности грунта проводится не менее двух параллельных определений и вычисляют среднее арифметическое. Расхождение не должно превышать 0,01. Результаты опыта записывают в табл.8.

 

Таблица 8.

Лабораторная работа № 6.

Лабораторная работа №7

Проведение испытания.

1. Доливают воды в трубку не менее чем на 5 мм выше нулевого деления; при вытекании воды через перфорированное дно определяют с помощью секундомера падение уровня воды в пьезометре от 0 до 50 мм. Указанную операцию повторяют не менее 4 раз, каждый раз доливают воду в трубку на 5 мм выше нулевого деления. В расчет принимают среднее время падения уровня воды. В случае отклонения отдельных отсчетов от среднеарифметического значения более чем на 10% следует увеличить число определений. При времени падения уровня воды в пьезометре более 2 мин. Допускается уменьшить высоту падения уровня. При времени падения уровня воды в пьезометре более 10 мин допускаетсяпроводить испытание при начальном градиенте напора, равном двум. В этом случае трубку с подставкой извлекают из стакана и ставят непосредственно на поддон.

А) В течение всего испытания не допускается снижение уровня воды в трубке ниже слоя гравия.

Б) разность между плотностью сухого грунта в трубке и максимальной плотностью, установленной по ГОСТ 22733-77 не должна превышать 0, 02 г/см³. В противном случае испытание повторяют. Плотность сухого грунта в трубке ρ_{d I} (г/см³) вычисляют по формуле:

 

ρ_{d I =} m₁ /V₁ (1+W_i ), (17)

 

где V_i - фактический объем грунта в трубке, см³

W_i - фактическая влажность грунта в трубке, доли единицы.

 

Лабораторная работа № 8

Лабораторная работа № 9

 

МЕТОДИКА УСКОРЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ СТАНДАРТНОЙ ПЛОТНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТОВ, УКРЕПЛЕННЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИМИ ВЯЖУЩИМИ МАТЕРИАЛАМИ.

 

При определенной оптимальной влажности грунта, смешанного с вяжущим, быстротвердеющие вяжущие типа цемента вносят определенные искажения в результаты испытаний. Время начала твердения цемента и грунта зависит от дисперсности грунта, его минералогического и химического состава. Определенное влияние оказывает также состав цемента и его количество. Влияние грунта на характер твердения цементогрунтовых смесей можно оценить по количеству глинистых частиц. Так, при обработке цементом глин процесс твердения смеси начинается раньше, чем при обработке песков.

Медленнотвердеющее вяжущее типа зол-уносов также оказывает влияние на результаты стандартных испытаний, хотя и в меньшей степени.

В связи с установленным явлением разработана специальная ускоренная методика определения максимальной стандартной плотности и оптимальной влажности смесей грунтов с вяжущими. По этой методике максимальную плотность укрепленного грунта предлагается определять или однократным уплотнением в приборе стандартного уплотнения при оптимальной ее влажности через определенный промежуток времени (например через 2 часа) после увлажнения или же расчетным путем. Оптимальную влажность смеси при этом определяют расчетным путем по значению оптимальной влажности исходного грунта. В основу расчета максимальной плотности и оптимальной влажности укрепленного грунта положены параметры стандартного уплотнения исходного грунта.(см. лабораторную работу№ 9).

Необходимые приборы:

1. Технические весы; 2. Алюминиевые бюксы; 3, Сушильный шкаф с термометром и терморегулятором; 4. Эксикатор с обезвоженным хлористым кальцием (без поглощения влаги); 5. Шпатель.

 

Техника выполнения работы:

1.Методика ускоренного определения оптимальной влажности и максимальной плотности смеси грунта с минеральными вяжущими (цемент, сланцевая зола-унос.).

В соответствии с методикой, изложенной в лабораторной работе № 9 определяют W_опт и γ_{ск.макс} исходного грунта или материала.

Оптимальную влажность смеси грунта с вяжущими W_{опт см} определяют по формуле:

W_{опт см} = W_опт +а, (21)

где а- поправочный коэффициент, принимаемый по табл.13 (в зависимости от вида вяжущего материала).

W_опт – оптимальная влажность исходного грунта. Оптимальная влажность может быть также установлена расчетным путем по влажности границы текучести:

W_опт = α W_т (22)

где α – 0,75-0,7 – (песок и супесь легкая)

0,6- 0,55 – (тяжелая супесь, легкие суглинки)

0,5-0,45 – (тяжелые суглинки, глины);

или по влажности границы раскатывания (W_р, %)

W_опт = W_р –в, (23)

где в – 1-2 (тяжелая супесь, легкие суглинки), 2-3 (тяжелые суглинки, глины).

Максимальную плотность смеси грунта с минеральными вяжущими γ_{ск.макс} можно рассчитать по формуле:

γ_{ск.макс см} = γ_{ск.макс} к_г (24)

где к_г поправочный коэффициент, принимаемый по табл.14;

γ_{ск.макс} максимальная плотность исходного грунта.

Для определения γ_{ск.макс см} опытным путем берут навеску грунта в количестве 2 кг и добавляют в грунт требуемое количество вяжущего. После перемешивания грунта с вяжущим добавляют в смесь воду в количестве, установленном по формуле (21) с учетом гигроскопической влажности исходного грунта. Смесь тщательно снова перемешивают и выдерживают во влажной среде в течение следующего времени:

Для смеси грунта с цементом – 1,5 ч;

Для смеси связного грунта со сланцевой землей-уносом – 5-6 ч;

Для смеси несвязного грунта с золой – 24ч.

 

По истечении указанного времени производят однократное уплотнение смеси в большом приборе стандартного уплотнения (120 ударов на 3 слоя смеси). Полученные значения средней плотности скелета принимают за максимальную плотность укрепленного грунта γ_{ск.макс см}

Таблица 12

Значение коэффициента α

Вид грунта	Значение коэффициента α для смеси грунта
с цементом	со сланцевой золой-уносом
Пески разнозернистые Пески одноразмерные мелкие Супеси и легкие суглинки Тяжелые суглинки	-1,0 -1,0 +1,.5 +3,0	+1,0 -1,5 +2,0 +1,5

 

Таблица 13

Значение коэффициента К

Вид грунта	Кт для смеси грунта
С сланц. золой-уносом	С цементом
Число пластичности	Кт	Кт
Песок Супесь легкая Супесь тяжелая Суглинок легкий Суглинок легкий пылеватый Суглинок тяжелый Глина	- 1-4 5-7 8-10 11-12 12-17 > 17	1,02 1,00 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90	1,00 1,00 1,00 0,97 0,97 1,00 1,00

Лабораторная работа № 10

Лабораторная работа № 11

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВОВ ЦЕМЕНТОГРУНТОВЫХ СМЕСЕЙ.

 

Грунт, укрепленный цементом принято называть цементогрунтом. Этот материал находит широкое применение в дорожном строительстве.

 

Необходимые приборы и оборудование:

1. Набор металлических стандартных сит; 2.Технические весы; 3.Сушильный шкаф; 4.Фарфоровая ступка с фарфоровым пестиком; 5.Фарфоровые или металлические чашечки; 6.Совок или ложечка; 7.Шпатель; 8.Малый прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов.

Исходные материалы:

Грунты: песчаный грунт; суглинок.

Вяжущие материалы: портландцемент марки 400 и выше.

Активные добавки: хлористый кальций, углекислый натрий.

 

1.Определение гранулометрического состава исходных грунтов.

 

2.Построение графика для подбора состава оптимальной смеси:

По оси координат откладывают процентное содержание фракции исходных грунтов (А и Б) прошедшие через сито данного размера (полные просевы); По оси абсцисс откладываются в логарифмическом масштабе размеры фракций;

3.Построение кривых оптимального контура;

4.Подбор оптимальной смеси.

5.Рассматриваем смесь по одной фракции, имеющей максимальное отклонение от кривых оптимального контура. Содержание грунта Б (суглинок в оптимальной смеси находим из выражения

Содержание грунта А (песка) будет равно .

Если содержание какой-либо фракции, рассчитанной таким образом смеси окажется больше или меньше требуемых величин, производится корректирование состава смеси этой фракции.

6.Определяем оптимальные величины компонентов смеси (содержание цемента, воды, активизирующих добавок) путем приготовления пробных смесей и испытания образцов определенного возраста. В лабораторной работе физико-механические показатели образцов определяют в возрасте 7 суток и пересчитывают за 28 суток путем умножения на коэффициент 1,7.

 

 

Таблица 14

Расход цемента

Грунт	Влажность, % от массы грунта	Расход цемента, % от массы грунта
Пески Супеси Суглинки легкие Суглинки тяжелые Глины	7-10 8-14 12-18   16-22 18-25	6-10 8-12 10-14   12-14 11-16

 

 

Лабораторная работа № 12

ПОДБОР СОСТАВА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ БИТУМОГРУНТОВОЙ СМЕСИ.

 

В качестве органических укрепляющих реагентов для грунтов в дорожном строительстве применяют жидкие и разжиженные битумы и дегти, битумные эмульсии и пасты и битумосодержащие вторичные ресурсы. Для улучшения свойств укрепленных грунтов используют активные и поверхностно-активные добавки (известь, золу уноса, молотый известняк и пр.). Состав и свойства грунтов, подвергающихся укреплению, характеризуют по зерновому составу и числу пластичности. Жидкими битумами, битумными эмульсиями, каменноугольными дегтями могут укрепляться без ограничения грунты оптимального гранулометрического состава, разнозернистые пески (крупные и средней крупности, супеси с числом пластичности более 3). При укреплении тех же грунтов неоптимального состава рекомендуется вводить добавки активных веществ: золу уноса, молотый известняк и пр. Допускается применять в качестве гранулометрической добавки легкие суглинки в количестве 10-15% от массы грунта. Суглинки, укрепляемые битумными эмульсиями, должны иметь число пластичности не более 15.

 

Приготовление смесей.

Грунты и гранулометрические добавки высушивают до воздушно-сухого состояния, затем просеивают сквозь сито с отверстиями 5мм и тщательно перемешивают в установленном соотношении. Масса одной смеси составляет 3-4 кг. Жидкий битум нагревают до 80-90 С и вводят в грунтовую смесь. Смесь перемешивают до получения однородного цвета. При этом ее разрешается подогревать до 30С (не более). Затем смесь увлажняют до оптимальной влажности уплотнения и вторично перемешивают.

Для определения оптимального количества вяжущего и оптимальной влажности приготовляют 4-6 составов смесей с добавкой воды (в соответствии с табл.15) и с 3-4 дозировками вяжущего, отличающимися на 1% от массы грунта.

После уплотнения и выдерживании при требуемом режиме образцы испытывают на прочность при сжатии в водонасыщенном состоянии и определяют величину водонасыщения и набухания.

За оптимальную величину влажности уплотнения и содержания вяжущего принимают величину, при которой средняя плотность и прочность образцов являются максимальными, а величина набухания является минимальной.

 

Изготовление образцов.

Образцы из грунтов, укрепленных жидким битумом, диаметром и высотой 50 мм уплотняют под нагрузкой 300 кгс/см² в цилиндрических прессформах. Время выдерживания под нагрузкой составляет 3 мин. Для стандартного цикла испытаний изготовляют по 9 образцов для каждой смеси. Приготовление образцов начинают с пробного, массу которого рассчитывают исходя из требуемой средней плотности образца по формуле

 

M= V∙ρ, (29)

где V – объем образца, см³;

ρ – требуемая средняя плотность, г/см³ .

Если высота пробного образца не равна его диаметру, то массу определяют по формуле

 

M= m ₀ , (30)

где m- масса пробного образца, г;

h- требуемая высота образца, мм;

h₀ - высота пробного образца, мм.

Изготовленные образцы ставят на хранение.

Изготовдение образцов возможно также в малом приборе стандартного уплотнения Союздорнии.

 

Лабораторная работа № 13

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ, УКРЕПЛЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИМ ВЯЖУЩИМ.

 

Определение водонасыщения и набухания.

До момента испытания образцы хранят на воздухе при комнатной температуре в течение 7 суток. Водонасыщение образцов производят в воде при температуре 18-20 С в течение 1 суток. Величину полного водонасыщения определяют по результатам гидростатического взвешивания по формуле

, (31)

m₁ - масса образца на воздухе до водонасыщения, г;

m₂ – масса образца в воде до водонасыщения, г;

m₃ – масса образца на воздухе после водонасыщения, г;

Значения m₂ и m₃ определяют согласно рекомендаций, изложенных в лабораторной работе №4, но без применения парафинирования.

Величину набухания образцов определяеют по приращению объема образца после полного водонасыщения

, (32)

m ₄ - масса водонасыщенного образца в воде, г;

Среднюю плотность скелета образцов вычисляют по формуле

, (33)

где m– масса образца, г;

V – объем образца, г/см³;

Объем образца определяют путем гидростатического взвешивания. Для вычисления средней плотности скелета укрепленного грунта определяют его фактическую влажность путем высушивания в термостате в течение 6 часов при температуре не выше 80 С.

Среднюю плотность скелета укрепленного грунта вычисляют по формуле

, (34)

где ρ _об – средняя плотность влажного образца, г/см³ ;

W_v – влажность образца при испытании, %;

Б – количество введенного в смесь жидкого битума, % от массы.

 

Прочность при сжатии образцов определяют на гидравлическом прессе после 7 суточного твердения при температуре 20С и 50С и в водонасыщенном состоянии. Выдерживание образцов при температуре 50С производят в термостате в полихлорвиниловом мешке в течение 2час. Отклонение от заданной температуры не должно превышать 1С.