Д.2 Определение прочности образцов на сжатие и растяжение при изгибе
Д.2.1 Приготовление смесей.
Для приготовления смесей грунты предварительно высушивают до воздушно-сухого состояния. Крупнообломочные грунты просеивают через сито с отверстиями 40 (25) мм, песчаные и глинистые – через сито с отверстиями 5 мм. В случаях, когда проектом предусмотрено улучшение зернового состава грунта вносят необходимые добавки. Смешение грунта с добавками производят без увлажнения.
При изготовлении смеси грунта с цементом, известью или золой-уноса в грунт вносят вяжущее, смесь перемешивают и доувлажняют (с учетом содержащейся в грунте влаги) до оптимальной влажности.
При необходимости введения в грунт электролитов их вносят в виде водных растворов.
Оптимальную дозировку вяжущих веществ определяют путем подбора состава смеси грунта с вяжущим. С этой целью готовят 3 – 4 пробные смеси, отличающиеся по содержанию вяжущего. Из этих смесей уплотнением на ударнике стандартного уплотнения или в стальных полых цилиндрических формах с двумя вкладышами изготавливают по шесть образцов диаметром и высотой 5 см (в случае крупности зерен или агрегатов до 5 мм) или 10 см.
Нагрузку уплотнения образцов на прессе подбирают с таким расчетом, чтобы плотность образцов была максимальной, достигаемой при оптимальной влажности на приборе стандартного уплотнения. Ориентировочно нагрузка уплотнения составляет от 10 до 15 МПа. Время выдерживания смеси под нагрузкой – три минуты.
Образцы-балочки готовят прессованием в стальных формах с двухсторонними вкладышами нагрузкой, обеспечивающей максимальную плотность смеси. Размеры образцов-балочек из глинистых и песчаных грунтов составляют 4416 см, из крупнообломочных грунтов
– 101040 см.
Изготовленные образцы хранят в ванне с гидравлическим затвором, либо в эксикаторах над водой, либо во влажном песке.
Образцы из грунтов, укрепленных портландцементом или шлакопортландцементом, хранят 28 суток и затем определяют требуемые показатели физико-механических свойств. Для получения ориентировочных значений предела прочности при сжатии в более ранние сроки твердения образцы испытывают после семи суток хранения. При этом показатели прочности должны составлять не менее 60 % от марочной прочности.
Можно использовать ускоренные методы определения прочности укрепленного грунта, позволяющие испытывать образцы через шесть часов после их изготовления [2].
Образцы из грунтов, укрепленных медленнотвердеющими вяжущими (известь, зола-уноса, бокситовый и белитовый шлам, молотый шлак) хранят 90 суток. Для получения ориентировочных значений предела прочности при сжатии образцы можно хранить 28 суток. Полученные величины должны составлять не менее 50 % значений, указанных в таблице 2.
Д.2.2 Испытания образцов.
Предел прочности на растяжение при изгибе и при сжатии определяют на образцах, подвергнутых полному или капиллярному водонасыщению.
Образцы укрепленных грунтов, применяемых в районах со среднемесячной температурой наиболее холодного месяца минус 10 оС и ниже, водонасыщают полностью. Если в районах применения укрепленных грунтов эта температура выше минус 10 оС – подвергают капиллярному водонасыщению.
Полное водонасыщение образцов производят в спокойной воде в течение трех суток, причем в первые сутки образцы погружают в воду на 1/3 высоты, а в последующие – полностью. Капиллярное водонасыщение образцов производят через слой влажного песка, используя специальное приспособление (см. рисунок Г.1, приложение Г). Образцы капиллярно насыщают в течение трех суток.
Предел прочности при сжатии определяют на гидравлическом или механическом прессе.
Пресс должен быть снабжен силоизмерителем, позволяющим определять прочность при сжатии с погрешностью 2 %. Скорость нагружения при холостом ходе пресса должна составлять 3 мм/ мин. Образец устанавливают в центре нижней плиты и производят его нагружение.
Предел прочности при сжатии Rсж вычисляют по формуле
(Д.2) где Р – разрушающая нагрузка, Н;
10-2 – коэффициент пересчета в МПа;
F – первоначальная площадь поперечного сечения образца, см2.
За результат определения принимают среднее арифметическое значение испытания трех образцов. Предел прочности на растяжение при изгибе определяют на образцах-балочках. Испытания проводят на прессах, оборудованных дополнительно специальными траверсами, несущими на себе цилиндрические опоры для балочек, при этом одна из опор должна быть подвижной. Перед испытанием образцы насыщают водой и помещают на две опоры, расстояние между которыми составляет 14 см для балочек размером 4416 см и 30 см – для балочек размером 101040 см. Образец нагружают по середине пролета по всей ширине через подкладку под верхнюю плиту пресса.
Предел прочности на растяжение при изгибе Rизг вычисляют по формуле
(Д.3) где Р – разрушающая нагрузка, Н;
l – расстояние между опорами, см; b – ширина балочки, см;
h – высота балочки, см.
Приложение Е (обязательное) Основные методические положения полевых и лабораторных испытаний грунтов, укрепленных органическими вяжущими
Е.1 Подбор составов смесей
При подборе составов смесей следует определить оптимальную дозировку основного вяжущего и установить необходимость введения ПАВ и гранулометрических добавок в зависимости от вида грунта, его физико-химических свойств. При этом должны быть обеспечены требуемые показатели физико-механических свойств укрепленных грунтов.
Подбор составов смесей включает следующие этапы:
- отбор проб материалов и установление соответствия их свойств требованиям нормативных документов;
- определение оптимального содержания воды в смеси и максимальной плотности образцов;
- определение необходимого количества вяжущего и добавок путем приготовления нескольких пробных составов смесей и лабораторных образцов из них;
- определение физико-механических показателей образцов;
- сопоставление полученных показателей физико-механических свойств с требованиями настоящего стандарта и выбор оптимальной смеси, удовлетворяющей этим требованиям.
Выбор органического вяжущего и добавок зависит от состава и свойств укрепляемых грунтов, а также условий их работы в дорожной одежде и производится в соответствии с требованиями, изложенными в разделе 5. Ориентировочно дозировка основного вяжущего может быть принята по таблице Ж.1 (приложение Ж). Расход вяжущих и добавок уточняют при лабораторном подборе состава смесей и определении показателей физико-механических свойств образцов из укрепленных грунтов.
При укреплении грунтов органическими вяжущими следует различать «влажность грунта при смешении его с органическими вяжущими» и «оптимальную влажность смеси при уплотнении». Влажность грунта при смешении – это та наименьшая влажность, при которой органическое вяжущее равномерно распределяется в грунте. Эту влажность определяют методом подбора по визуальной оценке качества смеси. Под оптимальной влажностью при уплотнении смеси понимают ту влажность, при которой достигается максимальная ее плотность, предел прочности при сжатии образцов имеет наибольшее значение, а набухание наименьшее.
Е.2 Приготовление смесей
Для приготовления смесей грунты предварительно высушивают и просеивают через сито с отверстиями 25 мм (крупнообломочные грунты) или 5 мм (песчаные и глинистые грунты). В случаях, когда предусмотрено улучшение зернового состава грунта, вносят соответствующие добавки. При использовании в качестве вяжущих жидкого битума или битумной эмульсии грунты в воздушно-сухом состоянии сначала перемешивают с активными добавками, увлажняют до оптимальной влажности при смешении, после чего вводят битум, предварительно нагретый до рабочей температуры или битумную эмульсию. Смесь грунта с вяжущим перемешивают, увлажняют до оптимальной влажности при уплотнении и вновь перемешивают.
Смеси без добавок активных веществ приготавливают следующим образом: перемешивают увлажненный до влажности перемешивания грунт с вяжущим, затем доувлажняют до оптимальной влажности уплотнения и снова перемешивают.
Смеси из грунтов, укрепленных двумя вяжущими (битумной эмульсией и цементом или жидким битумом и цементом) готовят следующим образом:
в смесь добавляют битумную эмульсию или жидкий битум и перемешивают до получения однородной по цвету массы в мешалке без подогрева.
Для определения оптимального состава смеси готовят 4 – 6 составов с несколькими дозировками органического вяжущего. При комплексной обработке грунта двумя вяжущими варьируют содержание как минерального, так и органического вяжущего.
Е.3 Приготовление и испытание образцов
Образцы готовят из смесей путем уплотнения их в полых цилиндрических формах в течение трех минут под нагрузкой 30 МПа для грунтов, укрепленных органическими вяжущими и 15 МПа – для грунтов, укрепленных органическими вяжущими совместно с минеральными.
Образцы из укрепленных грунтов с активными добавками или без них хранят на воздухе при температуре 20 оС. Образцы из укрепленных грунтов, содержащих в своем составе более 4 % минеральных вяжущих, хранят при температуре 20 о С в ванне с гидравлическим затвором или в эксикаторе.
Образцы из грунтов, укрепленных органическими вяжущими, испытывают через семь суток; из грунтов, укрепленных органическими вяжущими совместно с цементом – через 28 суток.
При испытании на водонасыщение образцы, предназначенные для применения в районах со среднемесячной температурой самого холодного месяца минус 20 оС и ниже, подвергают полному водонасыщению, а из укрепленных грунтов, предназначенных для применения в районах со среднемесячной температурой самого холодного месяца выше минус 10 оС – капиллярному.
Перед испытанием на сжатие образцы выдерживают при температурах 50 оС и 20 оС два часа на воздухе.
Сформировавшиеся образцы испытывают в соответствии с ГОСТ 12801 на прочность при сжатии в сухом и водонасыщенном состоянии, на растяжение при изгибе, определяют водонасыщение и набухание.