Строительство дорожных одежд с использованием местных материалов

Обновлено: 25.04.2024

Природные строительные материалы подразделяются на грунты, гравий и гравийные смеси, песок, камень булыжный, различные местные материалы (дресва, жерства, ракушка, конкреции, тырса, мел и т. д.) К искусственным относят щебень, каменные порошки, колотый камень, брусчатку, каменное литье, изделия в виде плит для покрытия дорог и тротуаров, бортовых камней и деталей для дорожных ограждений и знаков.

Работа содержит 1 файл

Реферат строительные материалы.docx

Министерство образования и науки

Федеральное государственное образовательное

учреждение профессионального образования

Колледж» первый курс

«Первые шаги к специальности»

Местные дорожно-строительные материалы

Студент группы Д-11-2

Оборина Ксения Викторовна,

  1. Королев И.В; Финашин В.Н; Феднер А.А. учебник: «дорожно-строительные материалы»

М: изд. «Транспорт» 1988г.

Учебник: «Дорожно-строительные материалы»

М: изд. «Транспорт» 1987г.

Местные дорожно-строительные материалы

При строительстве автомобильных дорог применяют разнообразные строительные материалы, которые по происхождению и особенностям переработки могут быть разделены на две основные группы: природные и искусственные.

Природные строительные материалы подразделяются на грунты, гравий и гравийные смеси, песок, камень булыжный, различные местные материалы (дресва, жерства, ракушка, конкреции, тырса, мел и т. д.) К искусственным относят щебень, каменные порошки, колотый камень, брусчатку, каменное литье, изделия в виде плит для покрытия дорог и тротуаров, бортовых камней и деталей для дорожных ограждений и знаков. Кроме того, для приготовления бетонов и стабилизации грунтов используют органические и неорганические (минеральные) вяжущие материалы (битумы, дегти, эмульсии, различные цементы, известь и т. д.).

Каменные материалы, применяемые в естественном виде:

Гравий - ГОСТ 8267-93 – гост-это государственный стандарт на территории страны, выпуск продукции, цифры означают:

Первые - порядковый номер,

Второе – государственный номер.

Гравий – это неорганический, сыпучий материал с зернами крупнее 5(3) мм, получаемый рассевом природных песчано-гравийных смесей. Применяется на дороге низких категорий. Для укрепления обочин, для приготовления асфальтобетонных смесей.

Недостатки округлая форма, гладкий, без острых граней, шероховатый. Плохо пристает битум.

Морозостойкость гравия характеризуют числом цифр переменного замораживания и оттаивания, которая может выдерживать материал без видимых признаков разрушения. Марки по морозостойкости F15; F25; F50; F75; F100; F150; F200 – слабый материал

F300; F400 – самый морозостойкий.

Содержание глины в комках не должно превышать 0,25 %

Дресва — продукт выветривания горных пород, сохранившийся на месте разрушения; представляет собой рыхлую или слабосцементированную массу, состоящую из неокатанных остроугольных мелкообломочных зерен.

Жерства — продукт физико- механического и химического выветривания горных пород перенесенный на некоторое расстояние водой.

Конкреции — каменные образования различной прочности, обычно округлой формы из осадочных горных пород различного состава (конкреции гипса, углекислого кальция, кремния, болотной руды, фосфоритов и др.).

Ракушки — материал морского и речного происхождения, в котором раковины часто находятся в смеси с гравием и песком. В дорожном строительстве чаще всего применяют морскую ракушку — для укрепления грунтов и в качестве нижних слоев оснований дорожных одежд.

Мергель — осадочная порода, состоящая из кальцита, иногда доломита и глинистого материала. Опоки — кремнистая горная порода, образовавшаяся в результате насыщения глин растворенным кремнеземом.

Песчаники — осадочная горная порода, состоящая из сцементированного песка. Песчаники могут быть кварцевые, глауконитовые, кремнистые, а в зависимости от крупности зерен мелко-, средне- и крупнозернистые.

Тырса — слабая известняковая порода, встречается главным образом на юге СССР.

Мел — мягкая белая известковая порода, которую можно укладывать в нижние слои основания дорожных одежа.

Шлаки — отходы металлургической промышленности. В зависимости от химического состава, скорости охлаждения и других факторов могут быть высокой и низкой прочности. В дорожном строительстве применяют также топливные шлаки, образовавшиеся в результате сжигания каменного угля.

Грунты — основной дорожно-строительный материал

Грунты — основной дорожно-строительный материал, продукт длительного процесса разрушения горных каменных пород под воздействием воды, теплоты, холода и ветра. Из них возводят земляное полотно, служащее основанием для дорожной одежды. От свойств грунта зависит прочность земляного полотна и дорожной одежды, а также сооружений на дороге. Свойства грунтов во многом определяются крупностью их частиц, которые могут быть глинистыми (менее 0,005 мм), пылеватыми (0,005. 0,050) и песчаными (0,06. 2 мм). Встречающиеся в природе грунты обычно представляют собой смесь песчаных, пылеватых и глинистых частиц. Свойства грунтов зависят также от содержания в них органических веществ, количества и химического состава растворенных солей, влажности и плотности. Влажность определяется отношением массы воды, содержащейся в грунте, к массе сухого грунта в том же объеме. Плотность характеризуется отношением массы грунта к его объему и выражается в килограммах на кубический метр или в тоннах на кубический метр. Наибольшая несущая способность грунта достигается его уплотнением до максимальной плотности при оптимальной влажности.

Чем больше содержание песчаных частиц и чем они крупнее, тем меньше изменяются свойства грунтов от воздействия влаги и мороза. Песчаные грунты в сухом состоянии пылят, обладают малым сцеплением и труднопроезжаемы. На влажных песчаных грунтах проходимость машин улучшается. Для улучшения свойств к этим грунтам требуется добавление глинистых и суглинистых грунтов. Лучшие для дорожного строительства супесчаные грунты. При удовлетворительном содержании в сухое время года они образуют ровную поверхность, дорожное полотно легко накатывается автомобилями, В дождливую погоду быстро просыхают, малолипки. Пылеватые грунты при увлажнении переходят в плывунное состояние; малосвязны; способны к пучинообразованию; хорошо удерживают влагу и поднимают воду по капиллярам на большую высоту. В сухом состоянии легко истираются и пылят. Могут быть улучшены песком и гравием, желательно с введением вяжущего.

Суглинистые грунты — связные, плохо пропускают воду и медленно просыхают. В сухое время года при правильном содержании дороги хорошо проезжаемы, а после дождя их поверхность становится скользкой. При перенасыщении влагой почти непроезжаемы из-за образования глубоких колей. Добавление песчаных грунтов значительно улучшает проезжаемость. При надлежащем водоотводе из суглинистых грунтов можно возводить хорошее дорожное полотно. Глинистые грунты при оптимальной влажности образуют хороший накат, но в пересохшем состоянии трескаются, пылят, а от переувлажнения набухают, полностью теряют несущую способность; очень липки и крайне медленно просыхают; при замерзании увеличиваются в объеме; для возведения земляного полотна непригодны, могут применяться только во внутренней части насыпей.

Перечисленные свойства песчаных и глинистых грунтов используют для образования грунтовых одежд из так называемых оптимальных смесей, которые создаются из взятых в определенных, оптимальных для данных условий соотношениях песчаных и глинистых грунтов. Внутрихозяйственные дороги (в основном полевые) можно трассировать непосредственно по поверхности земли. В этом случае большое значение имеют свойства почвенного покрова.

Подзолистые почвы распространены в лесной и таежной зонах страны. Характерная особенность этих почв — наличие на глубине 10. 25 см белого мучнистого слоя, состоящего из малосвязных пылеватых частиц, быстро впитывающих воду и быстро размокающих. Ниже этого так называемого подзолистого слоя залегает маловодопроницаемый слой из глинистых частиц. Вследствие этого подзолистые почвы склонны к переувлажнению и заболачиванию. Однако липкость их невелика. В сухое время года подзолистые почвы легко истираются и пылят. Черноземные почвы распространены в степной зоне (Украина, Кубань, Западносибирская низменность). Они темные, отличаются повышенным содержанием гумуса, влагоемки и хорошо водопроницаемы, вследствие чего быстро просыхают, легко уплотняются катками, но во влажном состоянии очень липки, образуют глубокие колеи. Каштановые и бурые почвы характерны для пустынной и степной зон. Представляют собой, как правило, пылеватые и пылевато-суглинистые грунты, переходящие по мере заглубления в лёсс.

Лёссы — это своеобразные пылевато-суглинистые грунты палевого цвета. В естественном состоянии макропористые, способны держать вертикальные откосы большой высоты, но при увлажнении теряют связность и несущую способность, легко размываются водой. При возведении земляного полотна на лёссах требуется тщательная защита дороги от переувлажнения. В зонах распространения бурых, каштановых и черноземных почв возможно наличие участков засоленных грунтов — солончаков, солонцов и такыров, в которых содержатся легкорастворимые соли натрия и магния.

Солончаки — почвы, в поверхностном слое которых содержится более 1 % солей, расположены в понижениях рельефа с близким залеганием грунтовых вод, которые, поднимаясь по капиллярам, легко испаряются вследствие сухости климата, вызывая накопление солей в верхней толще почвогрунта. На солончаках могут произрастать только солеустойчивые растения — галофиты.

Солонцы образуются вследствие выщелачивания солончаков дождевыми водами, поэтому в этих грунтах соли накапливаются в более глубоких слоях, а на поверхности располагается обычно плотный бесструктурный глинистый слой. Во влажном состоянии солонцовый слой набухает и становится непроницаемым для воды.

Такыры — плоские глинистые, лишенные растительности равнины, характерные для пустынь и полупустынь Средней Азии. По всей толще вертикального разреза в небольшом количестве содержат легкорастворимые соли. При увлажнении верхний слой такыров размокает и становится непроезжем. Весной и летом после дождей такыры покрываются водой, превращаясь во временные мелководные озера.

Пригодность перечисленных засоленных почвогрунтов для использования их при строительстве дорог во многом определяется составом солей и степенью увлажнения. Так, сернокислые соли магния и натрия при увлажнении приводят к увеличению объема и образованию разбухших слоев, что затрудняет проезд по грунтовой дороге, как во влажные, так и в сухие периоды года. Грунты, поглощающие комплекс, который насыщен натрием, при увлажнении медленно размокают, становятся скользкими и липкими, очень медленно просыхают, что на длительное время затрудняет по ним проезд.

Песок для строительных работ.

  1. Песок природный – требования песка по ГОСТу 8736-93.

Это неорганический, сыпучий материал с крупностью зерен до 5(пяти) мм., образовавшийся в результате естественного разрушения скальных пород и получаемый при разработке песчано-гравийных месторождений, без применения специального оборудования.

  1. Песок дробленый – с крупностью зерен до 5 мм., изготовляемых из скальных горных пород и гравия с применением специального дробильно-размольного оборудования.
  2. Фракционированный песок – это песок с крупностью зерен 2 мм. с использованием специального оборудования.
  3. Песок из отсевов дробления

Получают из отсевов дробления горных пород, при производстве щебня и из отходов руд черных и цветных металлов и не металлических ископаемых и других отраслей промышленности. Разделяют на марки в зависимости от прочности горной породы или гравия.

Марка: 400; 600; 800; 1000; 1200; 1400.

В зависимости от происхождения пески могут быть речные, морские, озерные, дюнные и др. По минеральному составу песок может быть кварцевый, известняковый, гипсовый, магнетитовый, ракушечниковый, глауконитовый и др. Песок широко применяют в строительном деле для улучшения дорожных свойств суглинистых грунтов, для приготовления строительных растворов, асфальтобетона и цементо-бетона, в качестве основания дорожных одежд и сооружений.

Применяют в строительные растворы; в асфальтово-бетонную смесь.

Каменные материалы

используемые в сельскохозяйственном дорожном строительстве каменные материалы получают из природных горных пород. Физико-механические свойства этих материалов должны отвечать определенным техническим требованиям. Чаще всего качество каменных материалов определяется такими основными физико-механическими показателями, как прочность, морозостойкость и водопоглощение.

Прочность — это способность материала сопротивляться, не разрушаясь, внешним и внутренним усилиям, возникающим от статических и динамических нагрузок. Она характеризуется пределом прочности при сжатии и выражается в паскалях.

Морозостойкость — способность насыщенного водой материала выдерживать определенное количество циклов замораживания и оттаивания без разрушения. Характеризуется маркой материала по морозостойкости, например Мрз-25 (материал не теряет прочности при 25 циклах замораживания и оттаивания).

Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать воду, что характеризует его пористость, выражается в процентах. Горные породы, из которых получают каменный материал для дорожного строительства, разделяют на четыре группы: изверженные (граниты, диориты, сиениты, габбро, базальты); известняковые (известняки, доломиты, мраморы); песчаниковые — песчаники из зерен кварца и других минералов, скрепленных различными цементами (известковым, кремнистым, железистым, гипсовым, глинистым); сланцевые (характеризуются слоистым сложением). Внутри каждой группы горных пород каменные материалы в зависимости от предела прочности подразделяются на пять классов. К первому классу относят породы с пределом прочности на сжатие в водонасыщенном состоянии свыше 100. 120 МПа, а к пятому — ниже 30 МПа.

Гравий

каменный материал с частицами размером 5. 70 мм, получаемый после его отсева из природных гравийных смесей горного, овражного, речного, морского и озерного происхождения. Щебень в отличие от гравия получают путем дробления камня в камнедробилках. Как и гравий, щебень в зависимости от крупности разделяют на четыре фракции (5. 10, 10. 20, 20. 40, 40. 70 мм). Щебень имеет различное происхождение: из изверженных пород (гранитов, сиенитов, диоритов, габбро, базальтов, андезитов, порфиры и др.), метаморфических (мрамор, сланцы, гнейсы и др.) и осадочных пород (доломитов, известняков, песчаников).

Щебень

Технические требования к щебню по ГОСТу 8267-93

Щебень – неорганический сыпучий материал с зернами крупнее (5 мм)

получаемый дроблением горных пород гравия и валунов, попутно добываемых вскрышных пород, а так же отходов горно-металлургических предприятий, с последующим рассевом продуктов дробления.

По согласованию изготовителя с потребителем, допускается выпуск щебня из изверженных горных пород, содержащего свыше 50 – 65 % зерен пластинчатой и угловатой формы.

Прочность щебня характеризуют маркой определяемой по дробимости.

Используется для приготовления цементо-бетона.

Смеси могут приготавливаться как в карьере, так и на строительной площадке в смесительной установке, для дополнительных слоев оснований дорожной одежды, и укрепления обочин автомобильных дорог.

К щебню и гравию, используемым в качестве дорожно-строительных материалов, предъявляют определенные требования, зависящие от категории дороги и климатических условий: прочность 100. 120 МПа, морозостойкость 15. 150 циклов, отсутствие зерен лещадной (пластинчатой) формы, полное отсутствие или наличие не более 2 % глинистых и суглинистых частиц. Щебень, аттестованный по высшей категории качества, должен иметь морозостойкость не ниже 25 циклов.

Дорожное строительство является одним из крупней­ших потребителей материальных ресурсов. В современных сметах на строительство автомобильной дороги не менее 50 % стоимости составляет стоимость материалов, цена ко­торых повышается из года в год. Уменьшение потребности в природных материалах и вяжущих, особенно наиболее дорогостоящих, и решение вопросов ресурсосбережения — одна из наиболее актуальных проблем, от которых зави­сит научно-технический прогресс в дорожном строитель­стве.

Низкая стоимость автомобильных дорог с покрытиями простейшего типа достигается в результате применения местного грунта в качестве основного материала для устрой­ства покрытий, т. е. для обеспечения проезда автомобилей достаточно выровнять поверхность грунтового основания. Это относится к таким редким в практике дорожного строительства грунтам, как скальные, крупнообломочные и гравийные.

Чаще встречаются связные грунты. Преобладают пы-леватые суглинки, которые при небольшом увлажнении теряют прочность, что приводит к появлению «мокрой распутицы». Наряду с этим в жаркий период грунтовым дорогам присуща «сухая распутица» — образование на их поверхности слоя пыли толщиной до 50 см.

Прочность несвязных грунтов в меньшей степени за­висит от влажности, однако проезд автомобилей по ним затруднителен вследствие образования под колесом колеи и большого сопротивления движению.

Поэтому использование большинства наиболее рас­пространенных местных грунтов в качестве материала для устройства покрытия связано с улучшением его прочност­ных свойств посредством специальных мероприятий. Од­ним из наиболее простых способов повышения прочности грунтов является уплотнение. Плотный связный грунт значительно меньше подвержен вредному действию во­ды, медленнее впитывает ее и не допускает в нижние слои грунта, имеющие меньшую плотность. Уплотненный грунт длительное время сохраняет плотность, если принимать меры по предотвращению переувлажнения грунта в период промерзания. Эффект разуплотнения представляет наи­большую опасность, если промерзание грунта происходит при высокой влажности.

Предохранение основного слоя от переувлажнения достигается посредством устройства защитных слоев из связного грунта или поверхностной обработки из каменной мелочи и клинца, обработанных битумом или дегтем.

Если существует опасность увлажнения основного слоя снизу, необходимо устраивать водонепроницаемый слой восновании уплотненного грунта. Таким образом, слой уплотненного грунта находится между двумя водоне­проницаемыми слоями, поэтому такая конструкция носит название «грунт в обойме». Нижний водонепроницаемый слойможно устраивать из глинистых грунтов или из грун­тов, обработанных органическими вяжущими.

Основные направления технической политики по со­вершенствованию и развитию автомобильных дорог за­ключаются в разработке и внедрении новых технологий и оборудования для повторного использования дорожно­строительных материалов, отходов производств и местных строительных материалов.

2.17.2. Вторичные ресурсы, используемые в дорожном строительстве

Техногенные грунты — естественные грунты, изме­ненные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека.

Антропогенные образования — твердые отходы про­изводственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или орга-иического сырья.

Промышленные отходы — твердые отходы произ­водства, полученные в результате химических и термиче­ских преобразований материалов природного происхожде­ния.

Гранулят — материал фракций до 40 (25) мм, получае­мый путем фрезерования или дробления конструктивных слоев старой дорожной одежды из асфальто- или цементо­бетона.

Укрепление грунтов — вся совокупность мероприятий (подготовка грунта, внесение вяжущих и добавок, переме­шивание, уплотнение и создание условий формирования структурно-механических свойств укрепленного грунта), обеспечивающих в конечном итоге коренное изменение свойств исходных материалов с приданием им требуемой соответствующими стандартами прочности, водо- и моро­зостойкости.

Задачу ресурсосбережения можно успешно решать пу­тем широкого применения вторичных ресурсов: техноген­ных грунтов, антропогенных образований и промышленных отходов, которые можно использовать как непосредственно в качестве дорожно-строительных материалов, так и в качестве сырья для их изготовления.

Основную часть техногенных грунтов составляют про­дукты добычи и переработки горючих ископаемых (углей и сланцев), природных каменных материалов, а также метал­лургических, машиностроительных, топливных и химиче­ских предприятий.

Для дорожного строительства применительны следую­щие материалы:

— мартеновский шлак, основной недостаток у которого
— неустойчивость структуры. Для получения щебня устой­
чивой структуры шлак необходимо выдерживать в отвалах
не менее года или подвергать его термообработке;

— гранулированные доменные шлаки не подвержены
силикатному, известковому, железистому и марганцевому

распадам. Отличительной особенностью является повыше­ние их качества во времени.

На территории России сейчас накоплено значительное количество таких материалов (общее количество исчисля­ется несколькими десятками миллиардов тонн), степень переработки и использования которых не превышает 7—10% их общего выпуска.

Все эти материалы (вторичные ресурсы) можно разде­лить на две группы:

— обладающие высокими физико-механическими
свойствами, близкими к первичным материалам;

— с пониженным уровнем свойств, пригодные для
использования в основаниях дорог и в качестве добавок к
песчано-щебеночным смесям.

2.17.3. Технология строительства конструктивных слоев с использованием шлаков

Технология устройства слоя по типу шлакобетона сле­дующая:

— на изготовленное земляное полотно вывозят до­
менный шлак автомобилями и разравнивают бульдозера­
ми толщиной слоя 20 см, окончательное разравнивание
осуществляют автогрейдером с поливкой водой, а уплот­
нение — средним и тяжелыми катками также с поливкой
водой из расчета 25—35 л/м 2 ;

— чтобы увеличить плотность слоя, распределяют
мелкий шлак (размер частиц до 20 мм), который тоже по­
ливают водой и уплотняют катками с гладкими вальцами и
вибрационными с металлическими вальцами;

— после устройства слоя из доменного шлака за ним
организуют уход, заключающийся в ежедневной поливке
водой в количестве 2—2,5 л/м 2 в течение 12—14 дней; затем
открывают движение (шлаковые покрытия) или устраивают
черное покрытие.

Золошлаковые смеси, которые предусматриваются для возведения насыпей земляного полотна, должны обеспечи­вать последним необходимую устойчивость и прочность в соответствии с требованиями действующих строительных норм и правил.

При сооружении земляного полотна с использовани­ем золошлаковых смесей, относящихся к непучинистым и слабопучинистым материалам, насыпь сооружают обычны­ми методами, без проведения дополнительных мероприятий в части устройства морозозащитного слоя.

При строительстве дорог в условиях повышенного увлажнения наиболее эффективны гранулированные шла­ки. Гранулированные шлаки ваграночного производства под действием влаги, положительных температур и транс­портных нагрузок со временем омоноличиваются и приоб­ретают высокую устойчивость.

С этой целью можно также использовать высевки, по­лученные при переработке шлака на щебень (размером ча­стиц 0—5 мм), содержащие в основном продукты распада и мелкие включения извести. Лучший активатор для высевок доменного шлака — хлористый кальций и шлам карбоната кальция, содержащий примесь нитрата и нитрита кальция. Введение активаторов увеличивает прочность в 2—10 раз.

Высевки с активаторами наиболее эффективны при устройстве полужестких оснований как расклинивающий материал щебеночных слоев.

2.17.4.Использование в дорожном строительстве отходов литейного производства, тепловых электростанций и других материалов

Горелые пески. В качестве связующих в формовочных смесях используют жидкое стекло и термоактивные смолы (сланцевую золу, пеки — торфяной и древесный, окислен­ный петролатум, таловое масло), поэтому наиболее целесо­образно в дорожном строительстве отсыпать слои из горелых песков, укрепленных органическими вяжущими. Технология устройства таких слоев следующая: — горелые пески вывозят на песчаный подстилающий слой и укладывают на 2 /3 ширины проезжей части, затем распределяют цемент и перемешивают смесь автогрейде­ром, далее добавляют воду и осуществляют окончательное перемешивание, профилирование, уплотнение и поливку битумной эмульсией из расчета 0,4—0,8 л/м 2 ;

- после семи дней можно устраивать нижний слой по­крытия из асфальтобетона толщиной 23—25 см.

Золы уноса, применяемые для укрепления грунтов в качестве самостоятельного вяжущего или активного компонента смешанного вяжущего, должны быть сухого отбора непосредственно от электрофильтров или циклонов ТЭС, полученными после сжигания в котельных цехах ТЭС бурого и каменного угля, торфа, горючих сланцев.

Золошлаковые смеси ТЭЦ.

Технология устройства слоев из таких смесей следую­щая.

Приготовленные смеси вывозят на подготовленное земляное полотно, распределяют, профилируют авто­грейдером, а затем уплотняют катком на пневматических шинах.

Для предотвращения испарения воды из смеси сразу после уплотнения их обрабатывают битумной эмульсией или другим пленкообразующим составом.

Асбоцементные отходы являются активным заполни­телем в минеральном бетоне, который представляет собой смесь оптимального зернового состава, подбираемую по принципу максимальной плотности и укладываемую с по­ливкой водой и уплотнением.

В смеси с известковым щебнем асбоцементную крош­ку размером 0—40 мм используют в минеральном бетоне в количестве 30—70 %.

Дробленый бетон. Для устройства оснований дробле­ный бетон размером частиц 0—40 мм смешивают с 20 % песка, 5 % цемента и водой. Затем этот слой уплотняют катками и на него укладывают слой асфальтобетона общей толщиной 20 см.

Используется также фосфогипс, стекольные отходы и другие.

Вопросы для самоконтроля

1. Как можно решать задачи ресурсосбережения?

2. С чем связано использование местных грунтов в каче­
стве материала для устройства покрытия?

3. Какие вторичные ресурсы используются в дорожном
строительстве?

4. Технология устройства слоя по типу шлакобетона.

5. Что из себя представляют «горелые пески»?

Перестройка дорожных одежд

АВТОМОБИЛЬНАЯ ДОРОГА / МИНЕРАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ / ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ / ДИАТОМИТ / ОБРАБОТАННЫЙ МАТЕРИАЛ / КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ / ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ / ROAD / THE MINERAL MATERIAL / PORTLAND CEMENT / DIATOMITE / PROCESSED MATERIAL / PAVEMENT STRUCTURE / THE TECHNOLOGY UNIT OF THE PAVEMENT

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ильина О. Н., Коновалов Н. В.

Одним из перспективных направлений в строительстве и реконструкции автомобильных дорог , в том числе и сельских, является максимальное использование местных дорожно-строительных материалов. Ввиду отсутствия качественного и прочного щебня в Республике Татарстан строителям предлагается обрабатывать его различными вяжущими веществами. В статье приведены результаты лабораторно-экспериментальных исследований по обработке местного карбонатного щебня и грунта комплексным вяжущим, в состав которого входит активная минеральная добавка диатомит . Установлено, что введение добавки диатомита позволяет улучшить физико-механические свойства обработанных материалов и сократить расход основного вяжущего цемента. Разработаны варианты конструкций дорожных одежд , применительно к сельским автомобильным дорогам низких категорий, предложены возможные варианты технологии устройства слоев из разработанного материала.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ильина О. Н., Коновалов Н. В.

Эффективность применения местных обработанных материалов в конструкциях дорожных одежд Республики Татарстан

Опытно-промышленное внедрение щебеночно-песчаной смеси, обработанной портландцементом в комплексе с пластифицирующей и гидрофобизирующей добавкой при строительстве автомобильной дороги

Исследование прочности слоёв конструкции дорожной одежды из материалов, укреплённых полимерно-минеральной композицией «Nicoflok»

Road-building material on the basis of local mineral materials treated with complex astringent

The development of the road network the key issue of the road workers at all times. Civil engineering is a very materials consumption industry. In the absence of the Republic of Tatarstan quality stone material proposed to handle local light carbonate rubble complex binder. The structure of complex mineral binder included cement, active mineral supplement -diatomite. Diatomaceous earth a natural nano-material, a siliceous rocks composed of tiny opalescent wings of ancient diatoms diatoms. Upon mixing it with the Portland cement has puzzolanic effect. Introduction of diatomite can reduce the amount of basic binder cement and improve the physical and mechanical properties of the treated material. In the Test Road Research and Production Center of the Institute of transport facilities Kazan State Architectural University conducted an experimental laboratory research on the treatment of rubble and soil grade 400 such complex binder. Analysis of the results obtained during the experimental laboratory studies, allows to draw conclusions about the appropriateness of diatomite in road construction. Introduction of diatomite has a positive effect on physical and mechanical properties of the material. Developed and designed pavement structure of rural roads using the resulting material. Applications designed to reduce the cost of material of the pavement in comparison with conventional designs by 40-60 %.

Текст научной работы на тему «Дорожно-строительный материал на основе местных минеральных материалов, обработанных комплексными вяжущими»

' 1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

Ильина О.Н. - кандидат технических наук, доцент

Коновалов Н.В. - аспирант

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

.Адрес организации: 420043, Россия, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

Дорожно-строительный материал на основе местных минеральных материалов, обработанных комплексным вяжущим

Одним из перспективных направлений в строительстве и реконструкции автомобильных дорог, в том числе и сельских, является максимальное использование местных дорожно-строительных материалов. Ввиду отсутствия качественного и прочного щебня в Республике Татарстан строителям предлагается обрабатывать его различными вяжущими веществами.

В статье приведены результаты лабораторно-экспериментальных исследований по обработке местного карбонатного щебня и грунта комплексным вяжущим, в состав которого входит активная минеральная добавка - диатомит. Установлено, что введение добавки диатомита позволяет улучшить физико-механические свойства обработанных материалов и сократить расход основного вяжущего - цемента.

Разработаны варианты конструкций дорожных одежд, применительно к сельским автомобильным дорогам низких категорий, предложены возможные варианты технологии устройства слоев из разработанного материала.

Ключевые слова: автомобильная дорога, минеральный материал, портландцемент, диатомит, обработанный материал, конструкции дорожной одежды, технология устройства дорожной одежды.

На современном этапе строительства и реконструкции автомобильных дорог все большую актуальность имеют технологии и методы, при которых максимально используются местные дорожно-строительные материалы. В качестве местных дорожно-строительных материалов в Республике Татарстан представлены: пески, песчано-гравийные смеси, крупнообломочные материалы, представленные преимущественно малопрочными известняковыми породами. Обработка местных минеральных материалов и укрепление грунтов вяжущими веществами является актуальной задачей для транспортного строительства.

В качестве вяжущих материалов могут применяться органические, неорганические и комплексные вяжущие [1]. Применение органических вяжущих, в частности битума, заметно препятствует использованию природной цементирующей способности малопрочных известнжов. Замена битума цементом в слоях дорожной одежды устранила основной недостаток слоев, обработанных битумом, - повышенную склонность к пластическим деформациям [2]. При укреплении известняков неорганическими вяжущими установлено, что известняки по своей природе не инертны, а входят в активное физико-химическое взаимодействие с цементом, оказывая взаимное положительное влияние на процессы гидролиза и твердения цемента. Цемент в цементно-известняковых смесях является основным компонентом, обеспечивающим в определенных условиях коренное изменение природных свойств используемого известняка. При этом продукты гидролиза и гидратации цемента в соответствующем количестве в смеси образуют с частицами известняка сложный и весьма разветвленный цементно-известняковый каркас, прочность которого выше прочности отдельных микроагрегатов [2].

На данный момент перед строителями стоит задача экономии дорогостоящих вяжущих, как правило, для экономии цемента применяются различные добавки, позволяющие сократить процент основного вяжущего в смеси. Для обработки

Haeeciiiüfl КГАСУ, 2013, № 2 (24)

Проешироваше и строительство Qopos, метрополитенов, аэроЭромов, мостов и транспортных тоннелей

известнякового щебня и грунта нами предложено комплексное минеральное вяжущее, в состав которого входит добавка диатомита.

Диатомит - природный наноструктурированный материал, представляющий собой кремнистую породу, сложенную мельчайшими опаловыми створками древних диатомовых водорослей - диатомей. Размер створок структуры фрактального характера порядка 100 нм. Диатомит является активной минеральной добавкой осадочного происхождения. При смешивании его с портландцементом оказывает пуццоланический эффект. Наличие активной пуццолановой добавки качественно не меняет характера взаимодействия клинкерных минералов с водой. Однако скорость гидролиза и гидратации возрастает. Это объясняется, прежде всего, тем, что в тесте из пуццоланового портландцемента на единицу по массе клинкера приходится больше воды, чем в тесте из портландцемента, и, таким образом, происходит более быстрая гидратация зерен клинкера. Кроме того, активная добавка, связывая гидроксид кальция в нерастворимые соединения, снижает его концентрацию в водном растворе твердеющей цементной массы и тем ускоряет гидролиз содержащихся в клинкере силикатов кальция. Реакция между продуктами гидратации клинкера и активными компонентами гидравлической добавки -вторичные процессы. Они заключаются прежде всего во взаимодействии Са(ОН)2, с активным кремнеземом добавки и образовании гидросиликатов с общей формулой CSH(B), по Боггу или C-S-H(I), по Тейлору: mCa(OH)2 + Si02aKT + nH20 = mCaOSi02pH20 [3]. Смеси на портландцементе и пуццолановых добавках характеризуются большей способностью к пластической деформации во влажных условиях, чем смеси на портландцементе. Технологические выгоды от введения добавки диатомита в смесь включают повышение ее непроницаемости и химической стойкости, улучшение сопротивления трешинообразованию и увеличение предела прочности.

В настоящее время продукция на базе диатомита широко используется во многих отраслях промышленности, в том числе в качестве активной минеральной и реологической добавки в портландцементах для сухих строительных смесей. Известны месторождения диатомита в Ульяновской области, в Среднем Поволжье, на Дальнем Востоке, Пензенской, Ростовской, Свердловской, Костромской, Калужской и других областях России.

В Испытательном дорожном научно-производственном центре Института транспортных сооружений Казанского государственного архитектурно-строительного университета проведены экспериментально-лабораторные исследования по обработке местного известнякового щебня марки М400 и грунта супеси комплексным минеральным вяжущим. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 23558 [4] и ГОСТ 10180 [5]. В качестве минерального материала использовался известняковый щебень М400 ГОСТ 8267 Ийского месторождения карбонатных пород Республики Татарстан. Гранулометрический состав щебеночной смеси подобран в соответствии с ГОСТ 23558 по фракциям 0-20мм. Комплексное вяжущее: портландцемент М400 Ново-Ульяновского завода ГОСТ 10178 в количестве 4-6 % и диатомит производства компании «Диамикс» Ульяновской области, г. Инза ТУ 5761-001-25310144-99 в количестве 5-15 %. Поисковые исследования по подбору состава смесей и определению физико-механических свойств материалов проводились по стандартной методике на образцах d=h=7,14 см в возрасте 7 и 28 суток. Сравнительные лабораторные результаты испытаний образцов обработанных материалов по прочности при сжатии и растяжении при изгибе показали марку М40 и М60, марку по морозостойкости F15 для щебеночной смеси и MIO, М20 для укрепленного грунта. В таблице приведены результаты экспериментально-лабораторных исследований.

Иаеестод КГАСУ, 2013, № 2 (24)

Проектирование и строительство Эоро&, метрополитенов, аэробромов, мостов и транспортных тоннелей

Результаты экспериментально-лабораторных исследований

Состав*, % И.7 сж МПа К-28 сж, МПа св С £ § чО О4 со см £ со см Й X Марка по прочности ГОСТ 23558 Марка по морозостойкости ГОСТ 23558

сух вод сух вод

Щ-100, Ц-б, Д-0 4,74 3,45 5,68 4,94 0,93 2,04 0,87 М40 Б5

Щ-100, Ц-5, Д-0-15 6,09 4,79 6,68 5,70 1,42 3,54 0,85 М40 Б5

Щ-100, Ц-б, Д-0 4,95-5,71 4,75-4,79 6,85 6,10-6,90 1,51-1,69 1,39-2,82 0,89-0,96 М60 Б15

Г-100, Ц-б, Д-0 1,25 1,06 2,14 1,72 0,22 2,08 0,8 М10 БЮ

Г-100,Ц-б, Д-5-15 1,34-1,47 1,15-1,43 2,02-2,33 1,97-2,27 0,36-0,40 1,00-1,82 0,97-0,98 М20 БЮ

* Щ - щебень, Ц - цемент, Д - диатомит, Г - грунт

—0--Прочность на сжатие в 7-сут. возрасте, содержание цемента - 6 %;

Рис. 1. Зависимость коэффициента водостойкости, прочности на сжатие и прочности на растяжение водонасыщенных образцов обработанного фунта от содержания диатомита

Известна КГАСУ, 2013, № 2 (24)

Проектирование и строительство бороа, метрополитенов, _аэроЭромов, мостов и транспортных тоннелей

Прочность на сжатие в 7-сут. возрасте: • содержание цемента 4 %;

—А- содержание цемента 5 %;

—■- содержание цемента 6 %

содержание цемента 5 %; "В содержание цемента 6 %

содержание цемента 4 %; содержание цемента 5 %;

содержание цемента б %

Рис. 2. Зависимость прочности на сжатие и прочности на изгиб водонасыщенных образцов обработанной щебеночной смеси от содержания диатомита

Разработаны и рассчитаны конструкции дорожных одежд сельских автомобильных дорог Республики Татарстан [6] с требуемым модулем упругости Етр= 100 МПа и Етр=150 МПа [7] и применением местных минеральных материалов, обработанных комплексным наноструктурированным минеральным вяжущим (рис. 3).

В качестве вариантов технологий устройства слоев дорожной одежды из разработанных материалов можно предложить два основных направления: обработка материала в смесительной установке и на трассе, в качестве смесительной установки -ДС-50Б, в качестве механизмов, производящих обработку материала на трассе, -навесная фреза фирмы \Virtgen \¥8 250 и стабилизатор фирмы \Virtgen 2500 ЭК. Преимущество применения стабилизатора 2500 БК в том, что в его конструкции реализована возможность ввода сухого вяжущего непосредственно в смесительный барабан механизма, что повышает однородность обработки материала и снижает пылеобразование при выполнении работ.

Рассчитаны основные показатели экономической эффективности капитальных вложений в строительство сельских автомобильных дорог по разработанным конструкциям дорожных одежд и технологиям устройства. Применение таких конструкций позволяет достичь экономии сметной стоимости строительства на 40-60 % и увеличить протяженность строительства дорог в 1,5-2,5 раза, в сравнении с сельскими автомобильными дорогами с традиционными дорожными одеждами.

Иаеестид КГАСУ, 2013, № 2 (24)

Проектирование и строительство Эоро&, метрополитенов, аэробромов, мостов и транспортных тоннелей

1 - Щебеночная смесь, обработанная комплексным минеральным вяжущим; 2 - грунт земляного полотна; 3 - грунт, укрепленный комплексным минеральным вяжущим; 4 - песчано-гравийная смесь; 5 - растительный грунт

Рис. 3. Конструкции дорожных одежд сельских автомобильных дорог Республики Татарстан

На основании полученных результатов можно сделать вывод о целесообразности применения разработанных материалов в дорожном строительстве. Положительная динамика физико-механических показателей материалов, в состав которых введен диатомит, оправдывает его применение в области дорожно-строительных материалов. Замена традиционной конструкции дорожной одежды на конструкцию со слоями из разработанных материалов позволяет снизить стоимость дорожной одежды, что, в свою очередь, приводит к увеличению протяженности автомобильных дорог.

1. Славуцкий А.К., Некрасов В.К., Ромаданов Г.А. и др. Автомобильные дороги: Одежды из местных материалов: Учеб. пособие для вузов. / Под ред. А.К. Славуцкого. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1987. - 255 с.

2. Дагаев Б.И. Основания дорожных одежд из малопрочных известнжов. - М.: Транспорт, 1988. - 69 с.

3. Волженский A.B., Буров Ю.С., Колокольников В.С.и др. Минеральные вяжущие вещества: (технология и свойства). Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1979. - 476 с.

5. ГОСТ 10180-90. Методы определения прочности по контрольным образцам. - М.: Изд-во стандартов, 1990, Стандартинформ, 2006. - 31 с.

6. СТО 4800-001-57253637-2011. «Проектирование сельских автомобильных дорог в Республике Татарстан» / ГУ «Главтатдортранс». - Казань, 2011. - 21 с.

7. ОДН 218.046-01 Проектирование нежестких дорожных одежд./ Росавтодор. - М., 2001.- 111 с.

Ilina O.N. - candidate of technical sciences, associate professor

Konovalov N. V. - post-graduate student

Kazan State University of Architecture and Engineering

The organization address: 420043, Russia, Kazan, Zelenaya st., 1

Haeecmuii OTACY, 2013, № 2 (24)

npoeKmupoeaiiue u cmpoumejibcmBO Qopos, MemponojiumettOB, aspoQpoMOB, MOCOIOB u mpafianopmfibix moHfiejieu

Road-building material on the basis of local mineral materials treated with complex astringent

The development of the road network - the key issue of the road workers at all times. Civil engineering - is a very materials consumption industry. In the absence of the Republic of Tatarstan quality stone material proposed to handle local light carbonate rubble complex binder. The structure of complex mineral binder included cement, active mineral supplement -diatomite. Diatomaceous earth - a natural nano-material, a siliceous rocks composed of tiny opalescent wings of ancient diatoms - diatoms. Upon mixing it with the Portland cement has puzzolanic effect. Introduction of diatomite can reduce the amount of basic binder - cement and improve the physical and mechanical properties of the treated material.

In the Test Road Research and Production Center of the Institute of transport facilities Kazan State Architectural University conducted an experimental laboratory research on the treatment of rubble and soil grade 400 such complex binder. Analysis of the results obtained during the experimental laboratory studies, allows to draw conclusions about the appropriateness of diatomite in road construction. Introduction of diatomite has a positive effect on physical and mechanical properties of the material.

Developed and designed pavement structure of rural roads using the resulting material. Applications designed to reduce the cost of material of the pavement in comparison with conventional designs by 40-60 %.

Keywords: road, the mineral material, Portland cement, diatomite, processed material, pavement structure, the technology unit of the pavement.

1. Slavutsky A.K., Nekrasov V.K., Romadanov G.A et al Highways: Clothes made of local materials: Textbook, manual for high schools. / Ed. A.K. Slavutsky. 3rd ed., rev. and add. -M.: Transport, 1987.-255 p.

2. Dagaev B.I. The grounds of the low-strength pavement limestone. - M.: Transport, 1988. -69 p.

3. Volzhensky A.V., Burov Y.S., Kolokolnikov V.S., e. other. Mineral binders: (technology and properties). Textbook for high schools. 3rd ed., Rev. and add. -M.: Stroyizdat, 1979. -476 p.

5. GOST 10180-90. Methods for determining the strength of the check samples. - M.: Publishing House of Standards, 1990, Standartinform, 2006. - 31 p.

6. SRT 4800-001-57253637-2011. «Design of rural roads in the Republic of Tatarstan» / GU «Glavtatdortrans». - Kazan, 2011. - 21 p.

7. ODN 218.046-01 Design of non-rigid pavements. / Road Service. - M., 2001. - 111 p.

Проектирование конструкций дорожных одежд состоит из двух последовательно выполняемых этапов - конструирования и расчета дорожной конструкции (системы «дорожная одежда - рабочий слой земляного полотна») на прочность, морозоустойчивость и осушение на основе технико-экономического обоснования с целью выбрать наиболее экономичный в данных условиях вариант.

Процесс конструирования включает:

· выбор вида покрытия;

· назначение числа конструктивных слоев и выбор материала для их устройства, размещение слоев в конструкции и назначение их ориентировочной толщины;

· предварительную оценку необходимости дополнительных морозозащитных мероприятий с учетом дорожно-климатической зоны, типа грунта рабочего слоя земляного полотна и схемы его увлажнения на различных участках;

· предварительную оценку необходимости назначения мер по осушению конструкции, повышению ее трещиностойкости;

· оценку целесообразности укрепления или улучшения верхней части рабочего слоя земляного полотна;

· предварительный отбор конкурентоспособных вариантов с учетом местных природных и проектных условий работы.

При конструировании дорожной одежды необходимо руководствоваться следующими принципами:

а) тип дорожной одежды, ее конструкция, вид покрытия должны удовлетворять транспортно-эксплуатационным требованиям, предъявляемым к автомобильной дороге соответствующей категории, и ожидаемым составу и интенсивности движения с учетом их изменения в течение заданных межремонтных сроков и предполагаемых условий ремонта и содержания;

б) конструкция одежды может быть типовой или разрабатываться индивидуально для каждого участка или ряда участков дороги, характеризующихся сходными природными условиями (грунт рабочего слоя земляного полотна, условия его увлажнения, климат, обеспеченность местными материалами и др.) и расчетными нагрузками. При выборе конструкции для данных условий предпочтение следует отдавать проверенной на практике типовой конструкции;

в) в районах, необеспеченных стандартными каменными материалами, допускается применять местные каменные материалы, побочные продукты промышленности и грунты, свойства которых могут быть улучшены обработкой их вяжущими (цемент, битум, известь, активные золы уноса и др.). Одновременно надо стремиться к созданию наименее материалоемкой конструкции;

г) конструкция должна быть технологичной и обеспечивать возможность максимальной механизации и индустриализации дорожно-строительных процессов. Для достижения этой цели число слоев и видов материалов в конструкции должно быть минимальным;

д) необходимо учитывать реальные условия проведения строительных работ (летняя или зимняя технология и др.).

Конструирование дорожной одежды заключается в выборе для нее наиболее подходящих материалов исходя из местных ресурсов и соображений организации работ. Это наиболее творческая часть проектирования, она должна базироваться на учете опыта службы различных типов дорожных одежд в равных климатических условиях с учетом в каждом конкретном случае местных грунтовых и гидрологических условий, влияющих на службу дорожных одежд. Климатические условия влияют на выбор типов дорожной одежды также в связи с ограничением продолжительности строительного сезона для производства работ с дорожно-строительными материалами, приготовленными на различных вяжущих.

Максимальное использование дешевых местных материалов – одно из основных требований при выборе конструкции дорожной одежды. Уменьшение дальности возки дорожно-строительных материалов дает возможность существенно снизить стоимость всего строительства.

Расчет дорожной одежды – заключается в обосновании необходимой толщины и устойчивости как всей дорожной одежды в целом, так и отдельных ее слоев. Он сводится к обеспечению равнопрочности всех сравниваемых вариантов одежды в соответствии с заданными условиями движения по ним.

До расчета толщину конструктивных слоев назначают исходя из имеющегося опыта. При этом при последующих расчетах толщину наиболее прочных и дорогостоящих верхних слоев одежды не меняют, а толщину отдельных слоев основания определяют окончательным расчетом.

Как правило, в конкретных условиях движения городского транспорта может быть назначено несколько конкурирующих вариантов конструкций дорожных одежд. При этом возникает необходимость оценить технико-экономические преимущества того или иного варианта по сравнению с другими.

Дорожная одежда – слоистая система, предназначенная для восприятия и перераспределения транспортной нагрузки до уровня допустимой из условия прочности грунта земляного полотна. Дорожная одежда – основной конструктивный элемент дороги и ее стоимость может составлять до 70% всей стоимости строительства.

Дорожная одежда состоит из верхнего слоя – дорожного покрытия, нижнего – дорожного основания и дополнительных слоев (рис. 15.2).

Основные требования к дорожной одежде:

1) необходимая прочность, ровность, шероховатость поверхности, беспыльность;

2) обеспечение безопасного движения;

3) экономичность, определяемая затратами на строительство, ремонт и содержание;

4) надежность, определяемая вероятностью безотказной работы.

покрытие — верхний, наиболее прочный, обычно водонепроницаемый, относительно тонкий слой одежды,хорошо сопротивляющийся истирающим, ударным и сдвигающим нагрузкам от колес а также воздействию природных факторов. Поскольку покрытие устраивают из наиболее дорогостоящих материалов, ему придают минимальную допустимую толщину. Покрытие обеспечивает необходимые эксплуатационные качества дороги (ровность поверхности, высокий коэффициент сцепления с шиной). В конструкции покрытия, помимо основного слоя, обеспечивающего необходимые качества, предусматривается запасной слой (слой износа), не входящий в расчетную толщину и подлежащий периодическому восстановлению в процессе эксплуатации дороги.

основание — несущая прочная часть одежды, устраиваемая из каменных материалов или грунта, обработанного вяжущими материалами. Оно предназначено для передачи и распределения давления на расположенные ниже дополнительные слои одежды или на грунт земляного полотна (подстилающий грунт) и потому должны быть монолитным, устойчивым против сдвига и изгиба. Основание не подвергается непосредственному воздействию колес автомобилей, а влияние погодных факторов передается на него в несколько смягченном виде. Поэтому для его устройства можно использовать материалы меньшей прочности, чем в покрытии и в слое износа. Широкое использование для его устройства должны находить местные материалы прочные отходы промышленности, слабые каменные материалы, обработанные вяжущими.

Основание может состоять из одного или нескольких слоев. В последнем случае верхние слои основания устраивают из более прочных материалов. Изолированное при устройстве усовершенствованных покрытий от воздействия поверхностной влаги основание может увлажняться в результате перемещения влаги снизу вверх из земляного полотна в период зимнего промерзания.

дополнительные слои основания из материалов, устойчивых при увлажнении, укладывают между основанием покрытия и подстилающим грунтом земляного полотна на участках с неблагоприятными климатическими и грунтово-гидрологическими условиями. В местах, где земляное полотно сложено из пылеватых, суглинистых и глинистых грунтов, в которых могут развиваться процессы зимнего влагонакопления и пучения, вводят дополнительный слой из пористых материалов (песка, гравия или щебня), который называют дренирующим, противопучинным или морозозащитным. Такой слой предназначен для отвода избыточной воды из верхних слоев земляного полотна, осушения дорожной одежды, предотвращения значительного вспучивания покрытия и повышения прочности грунта земляного полотна;

грунт земляного полотна (подстилающий грунт, «рабочий слой» земляного полотна) тщательно уплотненные и спланированные верхние слон земляного полотна, на которые укладывают слои дорожной одежды. На подстилающий грунт передается все давление от транспортных нагрузок, поэтому он является весьма ответственным элементом конструкции дорожной одежды. Прочность дорожной одежды может быть обеспечена лишь на однородном, хорошо уплотненном, не подверженном пучению земляном полотне при обеспеченном водоотводе. Повышение сопротивления грунта земляного полотна внешним нагрузкам, его осушение и постоянство водного режима являются наиболее надежными способами увеличения прочности дорожной одежды и снижения ее стоимости.




Дорожные одежды по механическим свойствам разделяются на жесткие и нежесткие.

Жесткая дорожная одежда – дорожная одежда, работающая как плита конечных размеров на упругом основании при свободном, шарнирном или ином способе соединения плит. Жесткая дорожная одежда может быть с цементобетонным покрытием, а также с асфальтобетонным покрытием на основании из цементобетона, расчлененного деформационными швами. Покрытия жестких одежд могут быть монолитные и сборные, армированные и неармированные, предварительно напряженные и струнобетонные. Основное отличие жестких одежд заключается в наличии деформационных швов, которые устраивают с целью предотвращения образования хаотических трещин (более подробно см. ниже). В РБ наибольшее распространение получили однослойные, монолитные цементобетонные покрытия.

Жесткие дорожные одежды применены на участках автодорог Брест-Москва, подъезд к Национальному аэропорту, Минск-Витебск, Минск-Гродно и др.

Нежесткая дорожная одежда - дорожная одежда, работающая как слоистая система бесконечных в плане размеров со сплошным покрытием на упругом основании. К нежестким относят дорожные одежды с покрытием из материалов с участием органических вяжущих веществ (асфальтобетоны, дегтебетоны), комплексных органических и гидравлических вяжущих веществ (битумные эмульсии и цемент), а также с покрытием из зернистых материалов (щебень, гравий, шлаки). Отличие между нежесткими и жесткими одеждами заключается в методах расчета и в параметрах допустимых деформаций (прогибов) под колесом расчетного автомобиля. Поскольку соотношение между прочностью и модулем упругости материалов покрытия нежестких одежд значительно выше, чем жестких, толщина слоя покрытия нежесткой одежды существенно ниже (в среднем толщина асфальтобетонного покрытия составляет 10-15 см, цементобетонного- 20-26 см). Данный факт, а также лучшая ремонтоспособность покрытий нежестких дорожных одежд привели к их значительно более широкому распространению (в РБ более 90%).

Конструирование нежестких дорожных одежд состоит в назначении типа дорожной одежды, вида материала покрытия, срока службы д/о, вида и материала конструктивных слоев.

1. Покрытие может быть устроено из 1,2,3 - слоев:

Верхний слой покрытия принимают в зависимости от срока службы и уровня надежности.

Нижние слои обычно применяют из пористых, многощебенистых смесей.

Выравнивающий – из мелкозернистых или песчаных смесей.

2. Основание – 1,2-х слойное.

Верхний слой из укрепленных материалов: щебеночно-гравийных материалов, обработанных битумом, эмульсией, комплексными вяжущими, щебнем с пропиткой битумной эмульсией.

Нижний слой – из подобранных щебеночных смесей, ПГС, щебня с расклинцовкой а/б гранулятом), щебня с пропиткой цементо-песчаной смесью.

3. Подстилающий слой устраивают из ПГС или песков. Если грунт земполотна удовлетворяет требованиям, то подстилающий слой не применяется.

Выбор материалов слоев принимается путем сравнения стоимости, рассчитанной по всем критериям прочности д/о.

Конструирование жестких дорожных одежд включает следующие слои:

1. Покрытие из ц/б или др. (16-24 см).

2. Основание – из укрепленных цементом матер. (цементо-грунт, цементо-гравий, тощий бетон)

3. Технологический слой– из ПГС, ЩГС.

Песчаный подстилающий слой (дренирующий и морозозащитный)

8. Проектирование плана трассы а/д.

Положение оси а/д на местности называется трассой

Проектирование плана трассы включает: 1) выяснение препятствий трассированию и контрольных точек; 2) проложение вариантов плана трассы; 3) подбор радиусов и длин переходных кривых закруглений; 4) пикетаж и составление ведомости углов поворота, прямых и кривых; 5) составление чертежа "План трассы".

Перед проложением трассы выясняют препятствия трассированию и контрольные точки. Препятствиями являются озера, населенные пункты, запретные зоны. Контрольными точками могут быть места пересечения с железными и автомобильными дорогами, реками.

Автомобильные дороги I-III категорий пересекаются с железными дорогами в разных уровнях всегда, а дороги IV категории - в отдельных случаях в одном уровне. При этом острый угол пересекающихся дорог должен быть не менее 60°.

Автомобильные дороги 1а категории пересекаются в разных уровнях с дорогами I-V категорий, дороги 1б, II категории – с дорогами I, II, III категорий, дороги III категории - с дорогами III при интенсивности движения в узле более 8000 приведенных автомобилей в сутки. Пересечение дорог в одном уровне выполняется под прямым или близким к прямому углом.

Варианты плана трассы рекомендуется проектировать методом упругой линии с помощью гибкой линейки с учетом контрольных точек и препятствий

Полученное криволинейное очертание плана трассы представляет примерное положение трассы (предварительный вариант). Для обеспечения возможности выно­ски этой трассы на местность кривую заменяют ломаной прямой (рис.1).

После этого измеряют углы поворота трассы (α1, α2, α3) в местах изменения направления прямых, расстояние между вершинами углов (П2, П3), расстояние от начала (точка А) и конца (точка В) участка трассы до ближайших ВУ, а также биссектрисы закруглений Б1, Б2, Б3.


Рис.1. Схема замены криволинейного плана трассы ломаным очертанием

Вписывают в углы поворота закругления таким образом, чтобы новое положение трассы примерно соответствовало положению предварительного варианта трассы выдерживались нормативы плана трассы (радиусы и длины переходных кривых и прямых вставок), не было накладки соседних закруглений.Радиус кривых назначают, как правило, не менее рекомендуемого. Если его невозможно вписать, то целесообразно изменить положение вершины угла с целью снятия ограничения, вынудившего уменьшать радиус.Ориентировочные радиусы закруглений определяют по величине биссектрисы Бi и угла поворота αi


,(1)

Если хотя бы один из полученных по (1) радиусов меньше минимального, то следует изменить план трассы с целью уменьшения αi, увеличения Бi, и повторно вычислить RБi по (1). Вычисляют ориентиро­вочные тангенсы круговых кривых, принимая сдвижку p = 0,


Принимают смещение начала закругления равным ti = 0,5 Li.

Проверяют достаточность длин прямых П1, П2, П3, П4 (см. рис.1) для размещения общих тангенсов . Так, крайние прямые П1, П4 должны быть не меньше общего тангенса крайних закруглений, а промежуточные П2, П3 - суммы общих тангенсов соседних закруглений.Если,например,П3 < , то необходимо уменьшить радиус второго или третьего закругления так, чтобы он был не меньше минимального, определить новые значения общих тангенсов и проверить условие


П3 ≥ .Пикетаж включает нанесение пикетов и плюсовых точек на трассе с помощью измерителя и установление пикетного положения вершин углов поворота. Пикетное положение (рис.1):первой вершины - ВУ1 = НХ + П1; второй вершины - ВУ2 = ВУ1 + П2 – Д1 конец хода - КХ =∑Пi - ∑Дi В формулах длины участков ломаной трассы измеряются по карте, а домер Д, вычисляется по формуле.На каждом закруглении при известных значениях a, R, L вычисляют остальные элементы закругления с точностью до 0,01 м, пикетные положения основных точек закругления. По трассе определяют длины оставшихся прямых участков трассы и их румбы. Румб (магнитный или истинный) – острый угол между ближайшим концом меридиана (магнитного или истинного) и направлением прямой. Дирекционный угол – угол между вертикальной линией 1 километровой сетки карты и направлением прямой (рис.2). Так, для прямой ВУ1-ВУ2 дирекционный угол равен ДУ2 (рис.2).


Рис. 2. Схема к вычислению дирекционного угла и азимута

1 – вертикальная линия километровой сетки на карте; 2 - нижний край карты; 3 – направление магнитного меридиана; 4 – направление истинного меридиана.

Далее в вычисляют магнитный азимут


где - угол между вертикальной линией сетки карты и магнитным меридианом (рис. 2) указан внизу карты местности. По полученной величине азимута А1, вычисляют значение магнитных азимутов и румбов остальных линий. Так, азимут линии будет .В формуле знак «+» принимают, если трасса поворачивает вправо на угол , и знак «-» , если она поворачивает влево на угол . По величине азимутов вычисляют румбы линии по условию:

0 ≤ А ≤ 90 - румб СВ:А


- румб ЮЗ:(А-180)


- румб СЗ:(А-270)

Далее составляется ведомость углов поворота, прямых и кривых.

Правильность составления ведомости прямых и кривых проверяют:


по длине трассы


На основе чертежа местности, полученного путем ксерокопирования карты местности, вычерчивается ситуация в полосе не менее 100 м в каждую сторону от трассы автомобильной дороги по вариантам. На ватмане формата А4хn наносится ломаная трасса по вариантам, вписываются закругления на основе ведомости углов поворота, прямых и кривых. На каждом закруглении приводятся основные его параметры.

Читайте также: