Цупиков С.Г. (ред.) Справочник дорожного мастера

Подождите немного. Документ загружается.

Износ - свойства материала сопротивляться одновременному воздействию

истирания и ударов. Износ определяют на образцах, которые испытывают во

вращающихся барабанах со стальными шарами. Показатель износа - потеря

массы образца (%) в процессе испытания.

Истираемость щебня (гравия) оценивают путем испытания в полочном

барабане. Количество чугунных или стальных шаров в барабане, а также

количество оборотов барабана назначают в зависимости от размера

испытуемого материала (табл. 6.1.3).

Таблица 6.1.3

Количество шаров и оборотов барабана

Размер фракции, мм Количество чугунных или стальных шаров в барабане Количество оборотов барабана

5-10 8 500

10-20 11 500

20-40 12 1000

Класс щебня (гравия) по истираемости оценивают по потере в массе. Скорость вращения

барабана - 30 оборотов в мин. (рис. 6.1.2).

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.1.9)

где И - показатель истираемости;

- масса щебня (гравия) до испытания;

- масса щебня (гравия) после просеивания пробы, прошедшей

испытание.

Рис. 6.1.2. Полочный барабан для определения прочности при износе: 1 -

полка

По потере массы при износе (истирании) в полочном барабане щебень

подразделяют на очень прочный (износ менее 20 %), прочный - 21...30 %,

средней прочности - 31...45 %, слабый - 46...55 %, очень слабый - более 56 %.

Коэффициент конструктивного качества (удельная прочность)

материала представляет собой отношение прочности (МПа) к средней

плотности. Лучшие конструктивные материалы имеют высокую прочность

при малой и средней плотности, что способствует созданию легких

конструкций. У сплавов из алюминия коэффициент конструктивного

качества превышает 250, бетонов - 12...25, кирпича - 5...6.

6.1.5. Технологические свойства

Они характеризуют поведение материалов при технологических

процессах, их обработке и переработке (например, буримость, дробимость

горных скальных пород; формуемость, слеживаемость, нерасслаиваемость

бетонных смесей; вязкость жидкообразных минералов и смесей, твердение,

адгезия и др.). По технологическим свойствам судят о возможности

переработки и получения доброкачественной продукции из исходных

материалов при принятой технологии и имеющемся техническом

оборудовании.

Очень часто не представляется возможным определить ту или иную

характеристику материала, необходимую для расчетов в технологических и

эксплуатационных процессах, точными методами физики, механики и химии.

Поэтому в практике используют условные показатели, которые определяют

приближенными методами.

Например, вязкость битумов трудно измерить строгими физическими

методами, поэтому предложено вязкость вязких битумов определять путем

пенетрации (глубина погружения стандартной иглы в битум при температуре

25°С). Вязкость жидких битумов и дегтей определяют с помощью

стандартного вискозиметра по времени истечения вяжущего через

калиброванное отверстие 5 мм при 60°С.

Удобоукладываемость бетонных смесей - скорость переформования в

секундах стандартного конуса из бетонной смеси в равновеликий цилиндр.

Формуемость - свойство смесей, составленных из различных

компонентов, приобретать заданную форму при минимальных затратах

средств.

Нерасслаиваемость - свойство смеси сохранять неоднородность при

транспортировании и формовании.

Названные и многие другие свойства оцениваются количественно

условными показателями, несогласующимися с принятой международной

системой единиц. Поэтому эти показатели в разных странах неодинаковы, в

большинстве случаев они нормированы в пределах одной страны, а иногда -

в пределах отрасли.

6.1.6. Эксплуатационные свойства

Эксплуатационные свойства обуславливают работу материала в элементах

дорожных конструкций на протяжении определенного отрезка времени. К

этим свойствам относят долговечность, выносливость, морозостойкость и др.

Долговечность обусловлена способностью материала сопротивляться

комплексному воздействию механических нагрузок, изменению температуры

и влажности, действию растворов солей и др. Критерии долговечности

материала комплексны, они зависят от его физических, механических и

химических свойств.

Выносливость - способность материала многократно сопротивляться

прилагаемым механическим воздействиям, которые ускоряют разрушение

строительных материалов, вследствие чего ухудшается их долговечность.

Выносливость обычно измеряется количеством нагружений, которое

выдержал материал до разрушения.

С долговечностью материалов связывают выносливость.

Долговечность материалов также нормируется. Например, для

железобетонных конструкций предусмотрены три степени долговечности: I -

соответствует сроку службы не менее 100 лет; II - 50 лет; III - 20 лет. Часто

долговечность материала характеризуется морозостойкостью.

Морозостойкость - способность материала при попеременном

замораживании и оттаивании не проявлять заметных признаков разрушения.

Более интенсивно проявляется воздействие переменных температур на

водонасыщенные каменные материалы. В этом случае вода, находящаяся в

порах и микротрещинах, замерзая при понижении температуры, переходит в

твердое состояние и увеличивается в объеме примерно на 10 %.

Возникающее давление льда при многократном повторении замораживания-

оттаивания постепенно разрушает материал.

Чем меньше кристаллы, больше плотность и меньше открытых пор, тем

выше морозостойкость. Чем меньше диаметр пор, тем ниже температура

замерзания воды, заключенной в них. Так, при диаметре капилляра 1,5 мм,

температура замерзания воды - 6,4°С, прим 0,06 мм - 18,4°С.

В зависимости от климатических условий, в которых будет работать

материал, к нему предъявляют различные требования по показателю

морозостойкости, определяемой количеством циклов попеременного

замораживания и оттаивания до разрушения материала. Часто коэффициент

морозостойкости определяют как отношение показателя прочности

материала в водонасыщенном состоянии после испытания на

морозостойкость к показателю прочности до испытания.

6.2. Природные каменные материалы

Природные каменные материалы, являясь продуктом механической

переработки горных пород, отличаются от последних формой и размерами, а

также состоянием поверхности раскола отдельностей. Поэтому, их свойства

зависят от состава исходной горной породы и ее состояния

(трещиностойкости, степени выветривания и др.). Природные каменные

материалы получают из скальных и обломочных горных пород, в

соответствии с ГОСТ Z 8267-93 .

Скальные горные породы с жесткими структурными связями обладают

достаточно высокой прочностью и залегают в земной коре в виде массивов

или трещиноватых слоев.

Обломочные горные породы - рыхлые (сыпучие), состоят из обломков

скальных горных пород без прочных связей между ними и залегают в виде

скоплений.

В зависимости от назначения и условий, в которых будет работать

материал, применяют дробленые материалы (щебень, высевки), а также

колотые (бутовый камень, шашку для мощения и др.).

К природным обломочным горным породам относят валунный камень,

гравий и песок, которые уже в естественном виде могут быть использованы в

строительстве.

6.2.1. Горные породы, их происхождение и классификация

Наибольшее применение в дорожном строительстве получили горные

породы магматического, осадочного и метаморфического происхождения.

Магматические (изверженные) горные породы по химическому составу

характеризуются содержанием, главным образом, кремния, алюминия,

железа, кальция, магния, калия и натрия. Основными породообразующими

минералами изверженных горных пород являются: кварц, полевые шпаты,

слюды и др. Характерной особенностью химического состава изверженных

пород является содержание в них кремнезема в свободном или связанном

состоянии. По содержанию кремнезема эти породы делят на кислые, средние

и основные. В кислых породах (группа гранитов) содержание кремнезема

доходит до 65...75 %, в средних (группа сиенита и диорита) - от 52 до 65, в

основных (группа габбро) - от 40 до 52 %. Характеристика магматических

(изверженных) пород приведена в табл. 6.2.1.

Таблица 6.2.1

Характеристика магматических (изверженных) горных пород

Горные

породы

Основные

физико-

механические

свойства

Структурно-

текстурные признаки

Физико-механические и технологические свойства

предел

прочност

и при

расколе,

МПа,

более

степень

хрупкости

, более

энергоемкост

ь (удельная

работа при

статической

нагрузке),

более

водопоглощени

е, %

марка

породы

Граниты,

сиениты,

диориты,

порфиты,

диабазы,

габбро

Породы

(свежие)

прочностью

при сжатии

более 120 МПа;

морозостойкост

ь более F200

Породы

полнокристаллическо

й структуры (мелко-,

средне- и крупно-)

плотные, поверхность

раската шероховатая

6 1 0.8 0,5 I

Лимарит

ы,

дезиты,

шрахиты,

базальты

Породы

(свежие)

прочностью

при сжатии

более 120 МПа;

морозостойкост

ь более F50...

200

Породы мелко- и

скрытокристаллическ

ой структуры,

плотные, реже

пористые,

поверхность раскола

гладкая или

слабошероховатая

6 4 0.2 0,1...0,5 I

Граниты,

сиениты,

диориты,

порфиты,

диабазы,

андезиты

, габбро,

лимарит

ы,

трахиты

Породы

пониженной

прочности

(частично

затронутые

выветриванием)

, прочностью

при сжатии от

80 до 120 МПа.

морозостойкост

ь F50... 100

Породы полно-,

мелко- и скрыто

кристаллической

структуры от плотной

до сильнопористой

текстуры,

поверхность раскола

от гладкой до

шероховатой

0,5

0,4

0,5...1,0 0,5...2,0

III

Осадочные горные породы залегают в верхних слоях земной коры. В

общей толще земной коры осадочные породы составляют примерно 5 %.

Скальные горные породы осадочного происхождения (известняки, доломиты,

гипс, ангидрит, песчаники, конгломераты, брекчии), в отличие от

магматических, в той или иной мере растворимы в воде и снижают свою

прочность при водонасыщении, за исключением сцементированных пород с

кремнистым цементом.

Осадочные породы органогенного происхождения образовались в

результате уплотнения и цементации отмерших организмов, отличаются

значительной пористостью и многие из них растворяются в воде.

В дорожном строительстве используют карбонатные (известняки, мел,

известняки-ракушечники) и кремнистые (диатомиты, трепелы, опоки)

органогенные осадочные породы.

Осадочные породы химического происхождения образовались в результате выпадения из

растворов химических осадков. Наиболее распространенными являются доломиты,

магнезиты, известняковые туфы, гипс, ангидрит. Для осадочных пород химического

происхождения характерна растворимость в воде и наличие пустот и трещин.

Характеристика осадочных пород приведена в табл. 6.2.2.

Таблица 6.2.2

Характеристика осадочных горных пород

Горные

породы

Основные

физико-

механические

свойства

Структурно-

текстурные признаки

Физико-механические и технологические свойства

предел

прочност

и при

расколе,

МПа,

более

степень

хрупкости

, более

энергоемкост

ь (удельная

работа при

статической

нагрузке),

более

водопоглощени

е, %

марка

породы

Песчаник

Породы

(свежие и

затронутые

выветриванием

) прочностью

при сжатии 60

MПa;

морозостойкост

ь F25...150

Породы от

плотнокристаллическ

их до

слабоцементированны

х зернистых, площадь

раскола от гладкой до

слабошероховатой

2,5

0,6

0,5

0,1

0,5...5,0

III

Известняк

и и

доломиты

Породы

(свежие и

затронутые

выветриванием

) прочностью

при сжатии

60...150 МПа;

морозостойкост

ь F25...150

Породы от

плотнокристаллическ

их до

слабоцементированны

х зернистых, площадь

раскола гладкая и

шероховатая

2,5

0,5

0,4

0,0

0.0

0,5...5,0

III

Метаморфические горные породы образовались в результате изменения

магматических (изверженных) и осадочных горных пород под влиянием

высокой температуры, давления, химически активных веществ. В результате

метаморфизма первичные породы в большей или меньшей степени могут

изменять текстуру, минералогический, а иногда и химический составы.

Метаморфизация изверженных пород, как правило, ухудшает их физико-

механические свойства. Метаморфизация осадочных пород, наоборот,

улучшает механические свойства. К наиболее часто встречающимся в недрах

земной коры метаморфическим породам относят гнейсы, кварциты, мрамор.

Гнейсы - горные породы грубо- или тонкосланцеватой и ленточной

текстур, получившиеся в результате видоизменения гранитов, гранодиоритов

и др. В гнейсах минералы как бы сжаты и располагаются параллельно

некоторой плоскости, что обуславливает неодинаковые их свойства в разных

направлениях. Обычно гнейсы в направлении, перпендикулярном к

сланцеватости, обладают значительной прочностью при сжатии (150...200

МПа), но наличие хорошо выраженной сланцеватости в ряде случаев

несколько ограничивает область применения в дорожном строительстве. При

дроблении гнейсов на щебень образуется заметное количество плоских и

вытянутых щебенок, что снижает качество щебня.

Кварциты - равномерно кристаллическая, плотная горная порода,

состоящая из мелких зерен кварца, сцементированных кремнистым

веществом. При этом цементирующее вещество отличимо (без микроскопа)

от зерен кварца. Кварциты характеризуются большой плотностью,

прочностью, хрупкостью и твердостью, при разломе они образуют гладкую

поверхность с острыми режущими ребрами. Кварциты используют для

строительных работ в виде бутового камня, щебня, реже - шашки для

мощения.

Мрамор - плотный кристаллический известняк, состоящий, в основном, из

тесно сросшихся кристаллов кальция (кальцитовый мрамор). Часто в

мраморах наблюдаются примеси магнезита. Иногда эта примесь настолько

значительна, что порода носит название доломитового мрамора. Цвет

чистого мрамора - белый, но в зависимости от примесей он может быть

красным, серым, черным и др. Вследствие высоких механических свойств

(прочность при сжатии от 50 до 100 МПа) и красивого рисунка, мрамор

применяют для различных отделочных и декоративных работ. Разновидности

мрамора, непригодные для изготовления штучных изделий, а также отходы

при обработке дробят для получения мраморной крошки и порошка, которые

применяют как заполнители в мозаичных и асфальтобетонных работах в

качестве минерального порошка.

6.2.2. Обломочные горные породы

К обломочным горным породам или механическим отложениям относят

продукты выветривания изверженных, метаморфических или ранее

образованных осадочных пород. Различают рыхлые и сцементированные

обломочные породы.

По крупности окатанных обломков рыхлые горные породы условно делят

на валуны, гальку, гравий, песок.

Валунный камень - грубокатанные, преимущественно округлой формы,

обломки скальных пород размером более 100 мм. Валуны размером до 250

мм называют сырцом, так как их можно применять для дорожных работ

(например, мощения) без дополнительной обработки. Более крупные валуны

используют для получения шашки, щебня.

Галька представляет собой окатанные водой обломки горных пород

размером от 100 до 70 (40) мм. Она обладает теми же свойствами, что и

мелкий валунный камень. Качество гальки обуславливается

петрографическим составом породы, крупностью и формой обломков, а

также степенью выветривания. Гальку применяют для устройства оснований,

дренажей, но чаще измельчают и используют как щебень.

Гравий - рыхлая горная окатанная порода размером частиц от 5 (3) до 70

мм.

В природе в чистом виде гравий встречается редко. Если в гравии

содержится более 50 % песчаных частиц, то смесь называют песчано-

гравийной (ПГС), а если менее 50 % - гравийно-песчаной (ГПС).

По зерновому составу для устройства оснований используют ПГС до 70

мм, а для устройства покрытий - до 40 мм.

Основные показатели, характеризующие механические свойства гравия,

приведены в табл. 6.2.3...6.2.5.

Таблица 6.2.3

Марка по дробимости щебня из гравия и гравия

Потеря массы при испытании, %

щебня из гравия гравия

1000

800

600

400

До 10 включ.

Свыше 10 до 14

Свыше 14 до 18

Свыше 18 до 26

До 8 включ.

Свыше 8 до 12

Свыше 12 до 16

Свыше 16 до 24

Таблица 6.2.4

Марка гравия по истираемости

Марка гравия по

истираемости

Потеря массы после

испытания, %

Марка гравия по

истираемости

Потеря массы после

испытания, %

И 1 До 20 И 3 Свыше 30 до 40

И 2 Свыше 20 до 30 И 4 Свыше 40 до 50

Таблица 6.2.5

Морозостойкость

Марка по морозостойкости Число циклов замораживания и

оттаивания

Потеря массы после испытания, % не

более

F 15 15 10

F 25 25 10

F50 50 5

Добытый в карьере гравий (рядовой) может содержать различное количество мелкозема.

Крупный рядовой гравий состоит из зерен 5...70 мм, а средний рядовой - 5...40 мм.

Карьерный гравий после перегрохотки и отделения песка называют сортовым. Его

разделяют на следующие фракции:

крупный - 70...40 мм;

средний - 40...20 мм;

мелкий - 20...10 мм;

мелкозем - 10...5 (3) мм.

Гравийный материал применяют для устройства гравийных оснований и

покрытий, дренажных сооружений, в качестве крупного заполнителя в

цементобетоне. Гравий, имеющий марку по дробимости не выше 16, может

быть использован для приготовления асфальтобетонных смесей II марки типа

В и III марки типа Б, В.

Песок - рыхлая зернистая порода, образованная в результате естественного

разрушения горных пород, крупностью зерен до 5 (3) мм. В песке иногда

имеются частицы мельче 0,55 мм, которые называют пылеватыми

(0,05...0,0005 мм) и глинистыми (мельче 0,0005 мм).

Качество песка для строительных работ определяют минералогическим

составом, формой зерен, зерновым составом, содержанием пылевато-

глинистых частиц, плотностью, пустотностью, фильтрационной

способностью, влажностью и содержанием органических примесей.

В дорожном строительстве используют песок природный и дробленый,

получаемый путем дробления горных пород. Разделение песка по зерновому

составу приведено в табл. 6.2.6.

Таблица 6.2.6

Группы природного песка по крупности

Группа песка Массовая доля полного остатка на сите №0,63, % Модуль крупности, Мк

Крупный Свыше 45 до 65 Более 2,5

Средний Свыше 30 до 45 2,5...2,0

Мелкий Свыше 10 до 30 2,0...1,5

Очень мелкий Менее 10 1,5...1,0

Модуль крупности песка определяют по формуле

= (Р

0,14

+ Р

0,315

+ Р

0,63

+ Р

1,25

+ Р

2,5

+ Р

)/100,ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.2.1)

где Р

0,14

..... Р

- полный остаток на сите 0,14...5 мм, %.

Пески с М

меньше 1 не должны применяться для строительных работ.

По величине коэффициента фильтрации различают пески:

- хорошо фильтрующиеZZZZZZZZ 6...10 м/сут;

- среднефильтрующиеZZZZZZZZZZZ 3...6 м/сут;

- слабофильтрующиеZZZZZZZZZZZZZ 1...3 м/сут.

Песок применяют для устройства подстилающих слоев дорожной одежды,

приготовления строительных растворов, цементо- и асфальтобетонов, для

устройства дренажей. Для улучшения качества мелкозернистый песок

обогащают добавками искусственного (дробленого) песка (крупностью менее

5 мм) из невыветренных изверженных и метаморфических пород прочностью

более 80 МПа, а из осадочных - прочностью более 40 МПа.

Дресва - промежуточный продукт выветривания скальных горных пород,

оставшийся на месте образования и сохранивший камневидное состояние.

Дресва, в зависимости от исходной горной породы и стадии выветренности,

может применяться для устройства различных слоев одежды на дорогах

местного значения.

Щебень для дорожного строительства по зерновому составу делят по

крупности на фракции:

более 120 мм - гигантский;

70...120 мм - очень крупный;

40...70 мм - крупный;

25...40 мм - нормальный;

15...25 мм - мелкий;

10...15 мм - клинец;

3 (5)...10 мм - каменная мелочь;

< 3 (5) мм - высевки.

Качество щебня, т.е. степень соответствия показателей его признаков

своему проектируемому назначению определяют на месте его производства

(в карьере) и на месте его потребления (на строительном объекте) путем

изучения внешних признаков и испытания отобранных проб. При этом

определяют петрографические признаки и однородность горной породы, из

которой получен щебень: крупность, зерновой состав, форму зерен;

шероховатость поверхности; количество и качество примесей (глинистых,

органических и др.); количество смятых (раздробленных) зерен; физические

и механические свойства.

Физические свойства щебня оценивают по средней и насыпной

плотностям, пустотности, влажности, водопоглощению.