Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Автодороги arrow Методические рекомендации Методические рекомендации по испытаниям и оценке качества дорожно-строите  
27.05.2018
    
Методические рекомендации Методические рекомендации по испытаниям и оценке качества дорожно-строите

РОССИЙСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО
«РОСАВТОДОР»

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ИСПЫТАНИЯМ И ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА
ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1994 г.

Введение

Настоящие «Методические, рекомендации по испытаниям и оценке качества дородно-строительных материалов» посвящены описанию методов испытаний и требованиям к ряду основных дорожно-строительных материалов: каменным материалам, органическим вяжущим, асфальтобетону, укреплённым грунтам, минеральным вяжущим и цементобетону.

Измерительная техника, применяемая при испытаниях, должна соответствовать определённым метрологическим требованиям. Технический уровень средств и методов испытаний оказывает влияний на технический уровень дорожно-строительной организации, от которого во многом зависит качество и надёжность транспортных, сооружений.

По мере накопления опыта исследований, строительства и эксплуатации дорог нормативные документы перерабатывают и совершенствуют, вносят изменения в методы испытаний и требования к материалам.

Методы испытаний дорожно-строительных материалов и требования к ним даны в кратком изложении, подробно они приведены в соответствующих нормативных документах.

1. Условия работы материалов в дорожной одежде

Материалы в дорожных одеждах работают в условиях воздействия на них двух групп факторов: нагрузки от колес автомашин и окружающей среды.

Воздействие колес автомашин на дорожную одежду вызывает в материалах, из которых сделаны слои дорожной одежды, различные виды многократно повторяющихся напряжений. Величина напряжений зависит от состава и интенсивности движения, а также от расположения материала в дорожной одежде.

При движении по покрытию колеса автомашин должны иметь достаточное сцепление с верхним слоем покрытия, поэтому каменный материал в этом слое должен иметь шероховатую поверхность, которая не полируется и не истирается при воздействии автотранспорта. В слоях основания из щебня может происходить обламывание кромок, уменьшаться зацепление частиц щебня между собою и нарушаться плотность каменного остова из-за изменения гранулометрического состава каменного материала, если щебень и его гранулометрический состав неверно подобраны.

В процессе эксплуатации дорожной одежды материалы подвергаются воздействию окружающей среды: воды, попеременного замораживания и оттаивания, перепада температур, солнечной радиации, кислорода воздуха, солей, кислот и других агрессивных факторов. Интенсивность воздействия окружающей среды зависит от климатических условий и района расположения автомобильной дороги.

Климатические условия на территории России разнообразны: например, зимой среднемесячная температура воздуха в различных районах страны колеблется от 6 до -48 °С, продолжительность периода с температурой ниже 0 °С составляет до 305 суток. Среднемесячная температура летом изменяется от 4 до 25 °С, а наиболее жаркого месяца до 31 °С. Годовая амплитуда абсолютного минимума и максимума превышает 100 °С, средняя относительная влажность воздуха летом лежит в пределах от 20 до 90 %.

Такое разнообразие климатических условий требует дифференцированного подхода к выбору материалов для устройства различных слоев дорожных одежд с целью обеспечения их надежной работы. Так, например, на напряженное состояние монолитных и сборных цементобетонных покрытий кроме нагрузки от транспортных средств оказывают влияние суточные и сезонные колебания температуры и влажности воздуха, переходы температуры через 0 °С.

Условия эксплуатации конструкций следует учитывать при выборе материалов для их устройства. Например, морозостойкость щебня как крупного заполнителя в бетоне не должна быть ниже проектной морозостойкости бетона. В противном случае бетонное покрытие будет разрушаться из-за разрушения щебня. При многократном замораживании и оттаивании материал может разрушаться из-за того, что лед занимает объем примерно на 9 % больший чем вода, создает давление на стенки пор материала и он разрушается.

Основной причиной шелушения бетонных покрытий является несоответствие морозостойкости верхнего слоя и его прочности климатическим воздействиям и напряжениям от механической нагрузки.

Если для устройства цементобетонных покрытий используют гравий, то прочность такого бетона на изгиб наибольшая из-за пониженного сцепления гравия с цементным камнем.

При использовании тощего бетона в качестве дорожного основания важное значение имеет гранулометрический состав каменных материалов. Если гранулометрический состав тщательно подобран и обладает минимальной пустотностью, то для устройства такого основания требуется минимальное количество вяжущего.

Использование загрязненных заполнителей приводят не только к перерасходу вяжущего материала, но и ухудшает сцепление с цементным камнем, снижению морозостойкости бетона, интенсифицирует процесс шелушения, так как в верхних зонах покрытия скапливаются загрязняющие примеси.

При строительстве дорожных оснований из укрепленных грунтов особое внимание следует уделять выбору вяжущего материала, исходя из химического состава грунта, так как это во многом определит водостойкость, морозостойкость и деформативность укрепленного грунта, срок его службы.

Введение извести в грунты повышает их водоустойчивость. Однако, как показывают лабораторные данные и опыт эксплуатации дорожных конструкций, морозостойкость грунтов, укрепленных известью, невелика. Поэтому применять грунты, укрепленные известью, в конструкциях, подверженных многократному попеременному замораживанию и оттаиванию, нельзя.

Ввиду очень медленного нарастания прочности грунта, укрепленного известью, физико-механические свойства этого материала целесообразно определять спустя 90 и более суток после его изготовления. Это относится и к грунтам, укрепленным золой уноса, золой уноса с добавками цемента или извести, известково-зольными, известково-шлаковыми цементами.

В летний период битум в слое покрытия или основания дорожной одежды должен обладать достаточной прочностью и невысокой деформативностью, иначе появятся деформации в виде волн. Зимой битум в слое дорожной одежды должен обладать достаточной деформативностью, что особенно важно при резком перепаде отрицательных температур, в противном случае появятся трещины.

В первый период эксплуатации дорожной одежды эти трещины не мешают проезду автомашин, но в эти трещины попадает весной вода, проникает в материал и может привести к его разрушению. В дальнейшем ширина трещин увеличивается, идет обламывание кромок и интенсивное разрушение покрытия и нижележащих слоев дорожной одежды.

Битум должен хорошо прилипать к каменному материалу, иначе покрытие будет шелушиться и быстро разрушаться.

Для повышения качества битума в его состав вводят полимерные и поверхностно-активные вещества, что заметно увеличивает сроки службы дорожных одежд.

Солнечная радиация и кислород воздуха способствуют старению органического вяжущего в слоях дорожных одежд, преимущественно в покрытии, что может значительно увеличить жесткость слоев, привести к их растрескиванию и разрушению конструкции.

Различные химические соединения, содержащиеся в окружающей среде, например, воде могут вступать в реакцию с материалами дорожной одежды - цементным камнем, щебнем и др., что приводит к их разрушению вследствие химической коррозии.

Для предотвращения разрушений необходимо, чтобы свойства материалов соответствовали условиям работы их в дорожной одежде. Испытания дорожно-строительных материалов должны моделировать их работу в слоях дорожных одежд с учетом воздействия колес автомашин и окружающей среды.

В процессе строительства материалы должны обладать рядом технологических свойств, без которых невозможно построить качественную дорожную одежду. Например, щебень должен хорошо уплотняться, в противном случае слой дорожной одежды будет неплотным, что может привести к его разрушению. Смеси на основе минеральных вяжущих должны обладать определенными сроками загустевания. При производстве бетонных работ не должны наблюдаться водоотделение и сегрегация смеси с обводнением верхнего слоя покрытия, в противном случае это может вызвать снижение морозостойкости и прочности покрытия.

2. Методы испытаний и оценка качества каменных материалов

Определение минералого-петрографического состава

щебня (гравия)

Минералогический состав щебня (гравия) во многом определяет их физико-механические свойства: прочность, истираемость, устойчивость к воздействию окружающей среды и др.

Для определения минералого-петрографического состава щебня (гравия) необходимы стандартный набор сит, лупы минералогические, набор реактивов, стальная игла, молоток, ступки и чашки фарфоровые, весы настольные гирные и лабораторные.

Щебень, изготовленный из одной горной породы, характеризуется петрографическим составом с указанием пород и минералов, которые могут обладать потенциальной реакционной способностью, проявляющейся при взаимодействии со щелочами цемента в бетоне.

Петрографическую разборку щебня (гравия) производят на основе внешнего осмотра зерен при помощи лупы, используя набор реактивов для минералогического анализа, а также другие, принятие в петрографии методы (с изготовлением в необходимых случаях прозрачных шлифов).

Для этой цели испытываемый щебень (гравий) рассеивают на стандартные фракции и от каждой из них отбирают пробу массой, соответствующей указанной в табл. 1.

При содержании в испытываемом щебне (гравии) какой-либо фракции в количестве, меньшем 5 % по массе, определение минералого-петрографического состава этой фракции не производят.

Пробу промывают и высушивают до постоянной массы, после чего зерна пробы каждой фракции разделяют по генетическим типам пород в соответствии с табл. 2.

Таблица 1

Размер фракции, мм

Масса пробы, кг, не менее

5 - 10

0,25

10 - 20

1,0

20 - 40

5,0

40 - 70

15,0

Св. 70

35,0

Таблица 2

Генетический тип породы

Породы

Осадочные

Известняк, доломит, песчаник, кремень и др.

Изверженные интрузивные

Гранит, габбро, диорит и др.

Изверженные эффузивные

Базальт, порфирит, диабаз и др.

Метаморфические

Кварцит, кристаллические сланцы и др.

Зерна карбонатных пород, подвергавшиеся процессом скремнения более чем на 40 % своего объема, относят к группе кремния. Зерна кварца выделяют в самостоятельную группу.

Кроме этого, выделяют зерна, представленные обломками минералов и пород, наличие которых ограничивается стандартами и техническими условиями на соответствующие виды строительных работ:

а) рудные минералы (пирит, бурый железняк и др.);

б) сернистые и сернокислые соединения (гипс и др.);

в) глинистые сланцы, аргиллиты, мергель;

г) минералы и породы, которые могут обладать потенциальной реакционной способностью: опал, халцедон, кремень и окремнелые породы, вулканические стекла и содержащие их породы;

д) уголь и другие органические примеси.

При наличии минералов, содержащих серу, количество сернистых и сернокислых соединений в пересчете на SO3 определяют методами химического анализа.

В целях уточнения количественного содержания в щебне, граните зерен с включениями аморфных разновидностей кремнезема может быть применен метод термического испытания.

Разобранные по породам (или минералам) зерна щебня (гравия) взвешивают раздельно и вычисляют их содержание Xi в процентах в данной навеске по формуле:

где mi - масса зерен данной породы или минерала, г;

m - общая масса навески, г.

Содержание зерен каждой породы или минерала в пробе щебня (гравия) определяют как средневзвешенное значение их количества во всех фракциях с учетом гранулометрического состава каменного материала.

Определение дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавливании) в цилиндре

Щебень и гравий имеют неправильную форму, поэтому для оценки их прочности определяют дробимость щебня (гравия) в цилиндре и истираемость в полочном барабане, моделирующие работу этого материала в дорожной одежде.

Для определения дробимости щебня (гравия) при сжатии (раздавливании) в цилиндре используют пресс гидравлический с усилием до 100 или 500 кН, цилиндры стальные со съемным дном и плунжером, с внутренними диаметрами 75 и 150 мм, весы настольные, стандартный набор сит, сушильный шкаф, сосуд для насыщения каменного материала водой.

Стальной цилиндр со съемным дном и внутренним диаметром 150 мл заполняют щебнем (гравием) фракции 5 - 10, 10 - 20 мм или 20 - 40 мм, ссыпая его с высоты 5 см. Материал после разравнивания должен быть ниже края цилиндра на 15 мм. Затем в цилиндр вставляют плунжер, плита которого должна быть на уровне верхнего края цилиндра. После этого цилиндр помещают на нижнюю плиту пресса.

Давление пресса на плунжер доводят до 200 кН со скоростью нагружения 1 - 2 кН в секунду. После сжатия пробу щебня взвешивают и просеивают через сито, размер отверстий которого выбирают в соответствии с размером испытываемых фракций (табл. 3).

Таблица 3

Размер фракций, мм

Размер отверстий сита, мм

5 - 10

1,25

10 - 20

2,5

20 - 40

5,0

Показатель дробимости определяют с точностью до 1 % по формуле:

где m - испытываемая навеска щебня (гравия), г;

m1 - остаток на сите после просеивания раздробленной, в цилиндре навески щебня, г.

При испытании щебня (гравия), состоящего из смеси двух или более фракций, показатель дробимости вычисляют как средневзвешенное результатов испытания таких фракций.

Определение истираемости щебня (гравия) в полочном барабане

Для испытания каменного материала необходим полочный барабан, весы, сушильный шкаф, стандартный набор сит.

Фракции щебня (гравия) загружают в полочный барабан (рис. 1) вместе с чугунными или стальными шарами диаметрам около 48 мм и массой 405 г каждый. Крышку барабана закрепляют и приводят барабан во вращение. Скорость вращения составляет 30 - 33 об/мин.

Массу фракций щебня, количество шаров и оборотов барабана принимают в соответствии с табл. 4.

Таблица 4

Фракции щебня (гравия), мм:

Масса фракции, кг:

Количество шаров

Количество оборотов барабана

5 - 10

5

8

500

5 - 15

5

9

500

10 - 20

5

11

500

20 (25) - 40

10

12

1000

После испытания материал просеивают через сита с размером отверстий 5 и 1,25 мм. Остатки на ситах объединяют вместе и взвешивают.

Рис. 1. Полочный барабан

Истираемость щебня в процентах определяют по формуле:

где m - масса материала до испытания, г;

m1 - масса остатков на сите с размером отверстий 5 и 1,25 мм.

При испытании щебня (гравия), состоящего из нескольких фракций истираемость вычисляет как средневзвешенное результатов испытаний этих фракций.

Определение гранулометрического состава нефракционированного щебня (гравия)

Гранулометрический состав щебня (гравия) свидетельствует о плотности упаковки частиц этого материала, от которой зависит прочность слоев дорожной одежды и их плотность.

Для определения гранулометрического состава нефракционированного гравия необходимы весы настольные и платформенные, сушильный шкаф, набор стандартных сит с отверстиями от 3 до 70 мм, сито с размером отверстий 0,14 мм, калибры проволочные круглые диаметром 90, 100, 110, 120 мм и более в зависимости от предельной крупности испытываемого материала.

При проведении испытания берут пробу гравия в соответствии с табл. 5.

Таблица 5

Наибольшая крупность частиц, мм:

Масса пробы, кг, не менее

до 10

5,0

" 20

10

" 40

20

" 70

30

более 70

50

При этом в состав пробы должны быть включены и песчаные фракции, имеющиеся в испытываемом материале.

Пробу щебня (гравия) тщательно промывают, частицы, прошедшие с водой через нижнее сито с размером отверстий 0,14 мм, отбрасывают. Материал на каждом из сит взвешивают и определяют величину частных остатков на ситах: m0,14; m3; m5 … и выражают их в граммах.

Потом определяют общую массу пробы путем суммирования частных остатков:

åm = m0,14 + m3 + m5 + … + m70

Затем определяют величину частных остатков на каждом из сит в процентах от суммарной пробы:

где mi - остаток на данном сите, г;

åm - общая масса пробы, г.

Далее подсчитывают полные остатки на ситах как сумму частных остатков на данном и всех вышележащих ситах в процентах.

По результатам подсчетов строят кривую гранулометрического состава щебня (гравия).

Размер частиц, соответствующих по кривой просеивания полному остатку равному 5 %, принимают за наибольший диаметр частиц каменного материала, а полному остатку 95 % - за наименьший диаметр.

Значения этих диаметров округляют в большую сторону до ближайшего размера стандартного сита.

Определение содержания в щебне (гравии) пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен

При строительстве дорожных одежд следует использовать щебень кубовидной формы. Частицы пластинчатой (лещадной) и игловатой формы разрушаются при уплотнении слоев дорожной одежды, снижают их прочность и плотность.

Для проведения испытания необходимы весы напольные и платформенные, передвижной шаблон или штангенциркуль, стандартный набор сит.

Каменный материал рассеивают по фракциям и от каждой берут пробу в соответствии с табл. 6.

Таблица 6

Фракция щебня (гравия), мм

Масса пробы, кг, не менее

5 - 10

0,25

10 - 20

1,0

20 - 40

5,0

40 - 70

15,0

более 70

35,0

Из каждой фракции каменного материала отбирают частицы, толщина или ширина которых в три и более раза меньше их длины.

Содержание в каждой фракции каменного материала пластинчатых (лещадных) и игловатых частиц в процентах определяют по формуле:

где m - масса частиц пластинчатой (лещадной) и игловатой формы, г;

m1 - масса остальных частиц, г.

Содержание частиц пластинчатой (лещадной) и игловатой формы в пробе всего щебня вычисляют как средневзвешенное их содержания в каждой фракции.

Определение истинной плотности зерен щебня (гравия)

Надежность работы дорожной одежды и ее слоев во многом зависит от пористости каменного материала, которая влияет на такие важные свойства как водостойкость, морозостойкость и др. Для подсчета величины общей пористости каменного материала необходимо определить его истинную и среднюю плотность.

При проведении испытания используют весы настольные гирные или циферблатные, шкаф сушильный, эксикатор, песчаную баню, фарфоровую ступку, пикнометр емкостью 100 мл, фарфоровую чашку, металлическую щетку.

Для определения истинной плотности зерен щебня (гравия) берут пробу в соответствии с табл. 7.

Таблица 7

Наибольшая крупность щебня (гравия), мм

Масса пробы, кг, не менее

10

0,5

20

1,0

40

2,5

70 и более

5,0

Зерна щебня (гравия) очищают металлической щеткой от пыли, измельчают до крупности менее 5 мм, после чего перемешивают и сокращают пробу примерно до 150 г. Полученную пробу вновь измельчают до крупности менее 1,25 мм, перемешивают и сокращают до 90 г. Приготовленную пробу измельчают в порошок в фарфоровой ступке, насыпают в стаканчик для взвешивания, высушивают до постоянной массы и охлаждают в эксикаторе над концентрированной серной кислотой или над безводным хлористым кальцием, после чего отвешивают две навески массой по 10 г каждая.

Каждую навеску насыпают в пикнометр и наливают в него дистиллированную воду не более чем на половину объема, затем пикнометр в слегка наклонном положении ставят в водяную баню и кипятят его содержимое в течении 15 - 20 мин для удаления пузырьков воздуха. После удаления воздуха пикнометр обтирают, охлаждают до комнатной температуры, доливают до метки дистиллированной водой и взвешивают.

Пикнометр освобождают от содержимого, промывают, наполняют до метки дистиллированной водой и взвешивают.

Истинную плотность r в г/см3 вычисляют по формуле:

где m - навеска порошка, высушенного до постоянной массы, г;

m1 - масса пикнометра с дистиллированной водой, г;

m2 - масса пикнометра с навеской и дистиллированной водой после удаления пузырьков воздуха, г;

rв - плотность воды, равная 1 г/см3.

Расхождение между результатами двух определений не должно быть более 0,02 г/см3.

Определение средней плотности зерен щебня (гравия)

Для проведения испытания необходимы весы настольные гирные или циферблатные, весы технические с приспособлением для гидростатического взвешивания (рис. 2), сосуд для насыщения щебня (гравия) водой и набор стандартных сит.

Для определения средней плотности зерен щебня (гравия) крупностью до 40 мм берут пробу массой около 2,5 кг. При испытании щебня (гравия) фракции крупные 40 мм берут пробу массой около 5 кг зерна крупнее 40 мм дробят до получения частиц размером не более 40 мм и пробу сокращают вдвое.

Пробу высушивают до постоянной массы, просеивают через сито с размером отверстий, соответствующим наименьшему размеру зерен данной фракции щебня (гравия) и из остатка на сите отвешивают две навески до 1000 г каждая.

Навесу щебня (гравия) насыщают водой, погружая их в воду на 2 ч так, чтобы уровень воды в сосуде был выше поверхности образцов или щебня (гравия) не менее чем на 20 мм.

Рис. 2. Весы для гидростатического взвешивания:

1 - сетчатый стакан; 2 - сосуд для воды со сливом; 3 - дробь для уравновешивания сетчатого стакана в воде; 4 - разновесы

Насыщенные образцы щебня (гравия) вынимают из воды, удаляют влагу с их поверхности мягкой влажной тканью и сразу же взвешивают сначала на настольных, а затем на гидростатических весах, помещая пробу в сетчатый стакан, погруженный в воду.

Среднюю плотность g0 в г/см3 вычисляют по формуле:

где m - масса пробы в сухом состоянии, г;

m1 - масса пробы в насыщенном водой состоянии на воздухе, г;

m2 - масса пробы в насыщенном водой состоянии в воде, г;

rв - плотность воды, равная 1 г/см3.

Образцы произвольной формы с мелкими открытыми порами покрывают пленкой парафина толщиной около 1 мм. Для этого высушенный до постоянной массы образец погружают в разогретый парафин и охлаждают на воздухе.

Подготовленный образец взвешивают на настольных, а затем на гидростатических весах.

Среднюю плотность g01 в г/см3 вычисляют по формуле:

где m - масса образца в сухом состоянии, г;

m1 - масса парафинированного образца на воздухе, г;

m2 - масса парафинированного образца в воде, г;

rп - плотность парафина (0,93 г/см3);

rв - плотность воды, равная 1 г/см3.

Определение пористости зерен щебня (гравия)

Пористость зерен определяют на основании предварительно установленных значений истинной и средней плотности зерен щебня (гравия). Объем пор в процентах от объема вычисляют по формуле:

где g0 - средняя плотность зерен, г/см3;

r - истинная плотность зерен, г/см3.

Определение водопоглощения щебня (гравия)

При воздействии воды на щебень или гравий прочность слоев дорожной одежды может снижаться. Уменьшение прочности зависит от количества воды, поглощенной каменным материалом.

Для определения водопоглощения каменного материала необходимы сушильный шкаф, весы, сосуд для насыщения образцов водой, металлическая щетка.

Щебень (гравий) промывают, высушивают до постоянной массы и отбирают пробу в соответствии с табл. 8.

Таблица 8

Наибольшая крупность щебня (гравия), мм:

Масса пробы, кг

до 10 мм

0,5

" 20 "

1,0

" 40 "

2,6

" 70 "

5,0

более 70 "

10,0

Материал укладывают в сосуд с водой, имеющей комнатную температуру, так, чтобы уровень воды в сосуде был выше верха частиц не менее чем на 20 мм.

Через 48 ч щебень (гравий) вынимают из сосуда, удаляют мягкой влажной тканью воду с поверхности частиц и взвешивают их. Если при этом из пор материала вытекает вода, ее включают в массу образца.

Водопоглощение в процентах по массе вычисляют по формуле:

где m - масса щебня (гравия) в сухом состоянии, г;

m1 - масса щебня (гравия) после водопоглощения, г.

Определение морозостойкости щебня (гравия)

При многократном попеременном замораживании и оттаивании насыщенный водой каменный материал может разрушаться. Это происходит из-за того, что объем замерзшего льда на 9 % больше исходного объема воды, что вызывает возникновение больших напряжений в частицах каменного материала, приводящих к разрушению.

Морозостойкость определяют как в результате замораживания и оттаивания в воде, так и при воздействии раствора сернокислого натрия.

Для определения морозостойкости каменного материала необходимы холодильная камера, сушильный шкаф, весы, стандартный набор сит, ванная для насыщения щебня (гравия) водой, металлический сосуд для проведения испытаний.

Перед испытанием щебень рассеивают на фракции и каждую испытывают на морозостойкость. Масса каждой фракции должна соответствовать табл. 9.

Таблица 9

Фракция, мм

Масса фракций, кг

5 - 10

1,0

10 - 20

1,5

20 - 10

2,5

40 - 70

5,0

Каждую фракцию материала насыпают в металлический сосуд слоем «в одну щебенку» и заливают водой, имеющей комнатную температуру.

Через 48 ч сливают воду, помещают сосуд с материалом в морозильную камеру, доводят температуру в ней до минус 17 - 25 °С, и выдерживают эту температуру в течение 4 ч.

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: