Определение максимальной плотности грунтов

(ГОСТ 22733-77).

 

Цель работы:

Установление зависимости плотности сухого грунта от его влажности при трамбовании образцов.

 

Оборудование:

1. Прибор Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов; 2. Весы для измерения массы частей прибора с предельным значением 10 кг и погрешностью 1г; 3. Весы лабораторные для определения влажности грунта с погрешностью 0,01г; 4. Ступка фарфоровая с резиновым пестиком; 5. Шкаф сушильный; 6. Сито с отверстиями 10мм; 7. Эксикатор; 8. Мерные цилиндры 100 и 500 мл.; 9. Штангенциркуль; 10. Нож лабораторный; 11. Бюксы для взвешивания.

Подготовка прибора к работе:

Подготовка прибора к испытанию должна осуществляться в следующей последовательности:

Устанавливают цилиндр в поддон, не зажимая его винтами;

Устанавливают кольцо на бортик цилиндра;

Зажимают цилиндр попеременно винтами поддона и кольца;

Проверяют размеры цилиндра штангенциркулем; при этом внутренний диаметр и глубина должны быть равны соответственно 100 и 127 мм.

Определяют массу m₄ собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) с погрешностью до 1 г и заносят данные в журнал;

Устанавливают собранный контейнер прибора на жесткое неподвижное основание массой не менее 50 кг.

 

Ход работы.

1. Пробу грунта массой m₃ =2,5 кг, предварительно высушенную до воздушно-сухого состояния и растертую в ступке пестиком с резиновым наконечником, просеивают через сито 10мм. Из зерен, прошедших сквозь сито, отбирают пробы по 30 г для определения влажности W₁ .

2. Доувлажняют пробы до исходной влажности (W₃), принимаемой равной 4% для песчаных, гравийных грунтов и 8% для глинистых грунтов. Необходимое для доувлажнения пробы грунта количество воды Q определяют по формуле.

, (18)

где W₁ - влажность пробы грунта до доувлажнения.

3. Вводят необходимое количество воды и тщательно перемешивают грунт.

4. Подготовленную пробу грунта слоями загружают в цилиндр прибора, прижимая грунт трамбовкой. Каждый слой должен иметь высоту 5-6 см и уплотняться 40 ударами груза, при этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении. Перед укладкой третьего слоя на цилиндр одевают насадку. После уплотнения насадку снимают и срезают грунт заподлицо с торцом цилиндра. Толщина слоя срезаемого грунта не должна быть более 10мм. При большей толщине необходимо испытание повторить.

5. Определяют массу контейнера с грунтом (m₅) с погрешностью до 1г и рассчитывают плотность влажного образца грунта γ с погрешностью до 0,01 г/см³ по формуле

(19)

где V – емкость цилиндра, равная 1000 см³ .

6. Снимают поддон и кольцо, раскрывают цилиндр и извлекают уплотненный образец грунта, из верхней, средней и нижней частей отбирают по одной пробе в 30 г для определения влажности.

7. Извлеченный из цилиндра грунт присоединяют к оставшемуся в чашке, растирают, перемешивают и повышают влажность пробы, затем такжезакладывают его в прибор. Испытание считается законченным, если грунт перестает уплотняться и при ударах груза начинает выжиматься из прибора.

8. Результаты испытаний записываются в таблицу 11. По полученным в результате испытания значениям плотности и влажности уплотненных образцов определяют плотность скелета грунта γ_ск с погрешностью до 0,01 г/см³ по формуле:

(20)

9. По полученным данным строят график рис.5 зависимости плотности скелета от влажности грунта. Находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности скелета грунта γ_макс и оптимальной влажности.W_опт.

Рис.7 Схема прибора Союздорнии для стандартного уплотнения грунтов: 1. поддон; 2. разъемный цилиндр емкостью 1000 см³; 3.^.кольцо; 4. насадка; 5. наковальня; 6. груз, массой 2,5 кг; 7. направляющий стержень; 8. ограничительное кольцо; 9. зажимные винты.

 

Таблица 11.

Определение плотности сухогогрунта

№ испытания	Определение плотности	Определение влажности	γd
Масса, г	№ бюкса	Масса, г	Влажность, %
m1	m 5	m5 - m4

РАЗДЕЛ ТЕХНОЛОГИИ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

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