Смеси для несущих слоев c гидравлическими связующими веществами

Уже целое столетие в дорожном строительстве под покрытием проезжей части устанавливаются несущие слои с гидравлическими связующими. Смесь на цементной основе с незначительной прочностью изготавливается преимущественно с учетом основ механики грунтов. На основании продолжительного опыта создание несущих слоев с гидравлическими связующими веществами относится к современным способам дорожного строительства и земляных работ.

1. Термины и понятия

Строительные смеси представляют собой смеси из зернистого заполнителя с определенным гранулометрическим составом без связующего вещества и воды.
Смеси для укладки представляют собой строительные смеси со связующим веществом и водой. При использовании смеси, изготовленной из материалов вторичной переработки, необходимо определить вымывание вредных веществ.

Несущие слои с гидравлическими связующими могут представлять собой упрочнения, гидравлически связанные несущие слои или бетонные несущие слои.
Упрочнения - способы строительства для повышения сопротивления несвязанных несущих слоев нагрузке в результате воздействия транспорта и климатических условий. При этом в процессе смешивания на месте или в центральной смесительной установке к грунту и/или строительным смесям добавляются гидравлически связующие вещества и вода.
Гидравлически связанные несущие слои (HGT) состоят из смесей недробленых и/или дробленых строительных материалов и гидравлических связующих веществ. Гранулометрический состав должен находиться в диапазоне заданной кривой. Смесь для укладки изготавливается в смесительной установке.
Бетонные несущие слои представляют собой несущие слои из бетона определенного класса прочности.

2. Основные принципы производства

Упрочнения и гидравлически связанные несущие слои изготавливаются с соблюдением основ механики грунтов, то есть:
- плотность грунта по Проктору и соответствующее оптимальное содержание воды в смеси грунта и связующего вещества или в смеси зернистого заполнителя и связующего вещества определяется по методу Проктора,
- необходимое содержание связующих веществ определяется при испытании давлением или замораживанием образцов, изготовленных по методу Проктора.
Бетон для несущих слоев изготавливается в соответствии с DIN EN 206-1 и DIN 1045-2.

Рис. 1: Упрочнение в процессе смешивания на месте - мощное оборудование гарантирует быстрое и надежное разбрызгивание, смешивание и уплотнение связующего вещества

3. Строительные материалы

3.1 Грунты
В качестве грунтов для упрочнения используются крупнозернистые грунты в соответствии с DIN 18196 и/или разнозернистые грунты групп GU, SU, GT и ST класса морозостойкости F1 согласно Дополнительным техническим договорным условиям и нормам по земляным работам в дорожном строительстве (ZTV E-StB).
Определяющими для разнозернистых грунтов являются зерна размером ниже 0,063 мм. Если их содержание составляет 5,0 % от массы, то коэффициент неравномерности грунта U должен составлять ≥ 15,0. При максимально допустимом содержании зерен 15,0 % от массы коэффициент неравномерности грунта U составляет ≤ 6,0. Если содержание зерен находится в пределах от 5,0 до 15,0 % от массы, то при типовых испытаниях методом замораживания должна быть определена достаточная морозостойкость затвердевшей смеси для укладки.

Таблица 1: Требования к зернистым заполнителям для несущих слоев с гидравлическим связующим согласно TL Gestein-StB

1) Содержание мелких частиц в общей смеси не должно быть превышено

Таблица 2: Области применения зернистых заполнителей, изготовленных промышленным способом или заполнителей вторичной переработки

SFA - летучая зола, образовавшаяся при переработке каменного угля
HOS - кусковой шлак из доменных печей
HS - гранулированный доменный шлак
CUG/CUS - шлак, образующийся при производстве меди
GKOS - литейный и ваграночный кусковой шлак
SKG - плавильный гранулят
SWS - сталелитейный шлак
RC - строительный материал вторичной переработки
HMVA = зола от сжигания бытовых отходов

1) Зернистые заполнители вторичной переработки в соответствии со спецификацией о повторном использовании бетона для дорожных покрытий, могут использоваться без дальнейшего доказательства при строительстве несущих слоев с гидравлическими связующими, если сборно-разборные работы осуществляются в пределах одной стройки
2) Согласно спецификации об использовании золы от сжигания бытовых отходов в дорожном строительстве (M HMV-A)
3) не указано
Контроль качества грунтов для упрочнения осуществляется согласно Техническим условиям поставки строительных смесей и грунтов для изготовления слоев без связующих веществ в дорожном строительстве (TL G SoB-StB).

3.2 Строительные смеси
Зернистые заполнители и строительные смеси для несущих слоев с гидравлическими связующими должны соответствовать требованиям Технических условий поставки зернистых заполнителей в дорожном строительстве (TL Gestein-StB) (таблица 1). Контроль качества заполнителей осуществляется согласно TL G SoB-StB.
При использовании зернистых заполнителей, изготовленных промышленным способом, или заполнителей вторичной переработки, а также вулканического шлака следует соблюдать положения по применению в соответствии с таблицей 2. Зернистые заполнители вторичной переработки в соответствии со спецификацией о повторном использовании бетона для дорожных покрытий, могут использоваться без дальнейшего доказательства при строительстве несущих слоев с гидравлическими связующими, если сборно-разборные работы осуществляются в пределах одной стройки.
Использование асфальтной крошки и сфрезерованных материалов дорожного покрытия, содержащих пек, регламентируется Дополнительными техническими договорными условиями и нормами по изготовлению несущих слоев с гидравлическими связующими веществами и дорожных покрытий из бетона (TL Beton- StB), приложение G. При этом необходимо соблюдать также положения директивы по использованию сфрезерованных материалов дорожного покрытия, содержащих пек, а также по использованию сфрезерованного старого асфальта (RuV A-StB).
3.3 Гидравлические связующие вещества Для изготовления несущих слоев с гидравлическими связующими используется цемент в соответствии с DIN EN 197-1 или DIN 1164-10 или гидравлические связующие вещества для грунтов и несущих слоев (HRB 12,5 E или HRB 32,5 E) в соответствии с DIN 18506. При этом преимущество отдается гидрофобным связующим.
3.4 Вода
В качестве воды, добавляемой при изготовлении несущих слоев, используется любая вода природного происхождения, отвечающая требованиям стандарта DIN EN 1008. Для несущих слоев с гидравлическими связующими может использоваться остаточная вода, соответствующая положениям стандартов DIN EN 206-1, DIN EN 1008 и DIN 1045-2.
3.5 Тонкомолотые добавки
Гранулометрический состав грунтов можно улучшить путем добавления летучей золы каменного угля, удовлетворяющей
требованиям стандарта DIN EN 450-1.
3.6 Смеси для укладки Смесь для упрочнения
Оптимальный состав смеси определяется при проведении начальных типовых испытаний. Для использования подходят грунты или строительные смеси с максимальным размером зерна до 63 мм, при этом
содержание зерен размером < 0,063 мм не должно превышать 15 % от массы.
Количество связующего вещества в сухом грунте и в сухой строительной смеси не должно быть ниже 3,0 % от массы.

Таблица 3: Виды цементов, используемых при изготовлении несущих слоев с гидравлическим связующими

1) действует только для траса согласно DIN 51043 в качестве основного составляющего максимум до 40 % от массы
2) действует только для траса согласно DIN 51043 в качестве основного составляющего

Таблица 4: Критерии для определения количества связующего при проведении типовых испытаний смеси для упрочнения

Требования к пределу прочности при сжатии основываются на образцах высотой A 125 мм и диаметром D 150 мм

Рис. 2: Укладка строительной смеси для гидравлически связанного несущего слоя (HGT)

При поведении типовых испытаний необходимо соблюдать следующие требования (смотри также таблицу 4):
- Для упрочнения под асфальтовым покрытием средний предел прочности при сжатии трех взаимосвязанных образцов должен составлять 7 Н/мм². Если при минимальном содержании связующего вещества 3,0 % от массы предел прочности при сжатии превышает 7 Н/мм², то это содержание считается основополагающим.
- Для упрочнения под дорожным покрытием из бетона средний предел прочности при сжатии трех взаимосвязанных образцов должен составлять 15 Н/мм².
- Отдельные значения предела прочности при сжатии в зависимости от выбранного количества связующего вещества не должны быть выше или ниже соответствующего среднего значения более чем на 2,0 Н/мм².
- При проведении испытания на морозостойкость полученное значение линейной деформации не должно превышать 1 %. Если при испытании на морозостойкость определяется более высокое содержание связующего вещества, то это содержание считается основополагающим.

Смесь для гидравлически связанных несущих слоев

Оптимальный состав смеси также определяется при проведении начальных типовых испытаний. Для использования подходят строительные смеси с максимальным размером зерна до 32,5 или 45 мм. При этом содержание зерен размером < 0, 063 мм не должно превышать 15 % от массы. Кроме этого содержание зерен размером < 2 мм должно составлять от 16 до 45 % от массы, а содержание зерен с максимальным размером от 22,4 до 31,5 мм - меньше 90 % от массы.
Количество связующего вещества в сухом грунте и в сухой строительной смеси не должно быть ниже 3,0 % от массы.
Содержание связующего вещества определяется путем интерполяции. Если содержание зерен размером < 0,063 мм составляет от 5 до 15 % от массы, то при проведении типовых испытаний должна быть определена достаточная морозостойкость затвердевшей смеси для укладки.
При поведении типовых испытаний необходимо соблюдать следующие требования:
- Для гидравлически связанного несущего слоя, расположенного под асфальтовым покрытием, средний предел прочности при сжатии трех взаимосвязанных образцов должен составлять 7 Н/мм². Если при минимальном содержании связующего вещества 3,0 % от массы предел прочности при сжатии превышает 7 Н/мм2, то это содержание считается основополагающим.
- Для гидравлически связанного несущего слоя, расположенного под дорожным покрытием из бетона, средний предел прочности при сжатии трех взаимосвязанных образцов должен составлять 15 Н/мм².
- Отдельные значения предела прочности при сжатии в зависимости от выбранного количества связующего вещества не должны быть выше или ниже соответствующего среднего значения более чем на 2,0 Н/мм².
- При проведении испытания на морозостойкость полученное значение линейной деформации не должно превышать 1 %. Если при испытании на морозостойкость определяется более высокое содержание связующего вещества, то это содержание считается основополагающим.
Смесь для несущих слоев из бетона Бетон должен соответствовать классам прочности от C 12/15 до C 20/25. Типовые испытания следует проводить в соответствии со стандартами DIN EN 206-1 и DIN 1045-2.

4. Приготовление смесей для укладки Смеси для упрочнений могут производиться путем смешивания на месте или в смесительной установке.
Смеси для гидравлически связанных несущих слоев и бетонных слоев должны производиться в смесительных установках, преимущественно в смесительных установках непрерывного или периодического действия. При способе смешивания на месте в уплотненный грунт или строительную смесь, предусмотренные для упрочнения, добавляется необходимое количество связующего вещества. Связующее вещество распыляется с помощью устройства для разбрызгивания с дозатором, а затем перемешивается. Вода добавляется во фрезерный барабан с помощью цистерны для поливки или через коллектор с форсунками только после первого этапа смешивания. Перед упрочнением мелкозернистый грунт необходимо смочить для создания равномерного увлажнения.
Если содержание воды, в частности, в разнозернистых и мелкозернистых грунтах значительно превышает необходимые показатели, то перед упрочнением влагосодержание уменьшается путем продувки с помощью фрезерования и рыхления или путем обработки с использованием молотой извести.

Преимущественно смешивание осуществляется с помощью мощных фрез. Глубина смешивания большинства фрез при достаточной мощности смешивания составляет до 25 см в уплотненном состоянии. Однако есть фрезы, способные работать на глубину до 50 см. Дисковые бороны или самоходные грейдеры имеют недостаточную мощность смешивания. Перемешивание связующего вещества с предусмотренным для упрочнения слоем должно определяться и проводиться таким образом, чтобы слой непрерывно создавался по всему поперечному сечению в процессе укладки. При способе смешивания на месте необходимо обращать внимание на то, чтобы ширина нахлеста двух соседних следов составляла не менее 20 см, а необработанные полосы грунта отсутствовали.

При способе смешивания в центральной смесительной установке при упрочнении грунт и/или строительная смесь со связующим веществом и водой смешивается в смесительной установке. Дозирование исходных веществ осуществляется по весу или по объему. Смешивание необходимо проводить до тех пор, пока связующее вещество и вода не распределятся равномерно в грунте или строительной смеси, а смесь для укладки не станет однородного цвета.
Смесь для гидравлически связного несущего слоя или несущего слоя из бетона должна приготавливаться только в смесительной установке. На больших участках смешивание производится в специальных установках. При производстве и поставке стационарными смесительными установками необходимо обратить внимании на то, чтобы часовая производительность смесителей было достаточно высокой.
При температуре грунта, строительной смеси и воздуха ниже +5 °C необходимо приостановить работы или принять соответствующие меры для того, чтобы температура укладываемой смеси как минимум в течение трех дней не опускалась ниже +5 °C. Замерзшие грунты или строительные смеси использовать нельзя.

5. Испытания

5.1 Типовые испытания
Типовыми испытаниями являются испытания, проводимые подрядчиком. Их необходимо провести в соответствии с TL Beton-StB и TP Beton-StB перед первым использованием (смотри таблицу 5).
Типовые испытания предназначены для определения соответствия строительных материалов, строительных или укладываемых смесей предусмотренным условиям укладывания, а также предусмотренным целям использования в соответствии с требованиями подрядного договора на производство строительных работ.

При поставке для проведения аналогичных строительных мероприятий с похожими климатическими или местными условиями типовые испытания можно не проводить в том случае, если вид и свойства грунтов, строительных материалов и смесей для укладки, лежащих в основе типовых испытаний, не изменились, а результаты испытания были получены в течение последних двух лет.
По требованию заказчика ему должны быть предоставлены пробы всех строительных материалов, используемых при производстве строительных работ.

5.2 Заводской производственный контроль
Необходимо проводить заводской производственный контроль. Объем испытаний для несущих слоев с гидравлическим связующим приведен в таблице 5.

Таблица 5: Испытания упрочнений и гидравлически связанных несущих слоев