Влияние добавки извести на прочностные характеристики грунта
И.
Н. КозменковБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Козменков
И.
Н.,
Романова
А.
Р. Влияние добавки извести на прочностные характеристики грунта // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2014. – Т. 20. – С.
1966–1970. – URL:
http://e-koncept.ru/2014/54657.htm.
Аннотация. В работе проведено исследование влияния добавок извести на прочностные характеристики грунта. На основе государственных стандартов разработан упрощённый метод исследования прочности, влагостойкости и влагопроницаемости грунта. Исследование показало, что при добавлении извести в грунт его прочность и влагостойкость увеличиваются, а влагопроницаемость уменьшается. Однако необходимо добавлять не менее 8% извести. При этом даже после увлажнения грунт сохраняет прочность на уровне сухого грунта без добавок.
Ключевые слова:
стабилизация грунта, укрепление грунта, прочность, влагостойкость, влагопроницаемость, добавка вяжущих.
Текст статьи
Козменков Игорь Николаевич,кандидат технических наук, учитель физики и математики ГБОУ СОШ с. КриволучьеИвановкаkozmenkovigor@ya.ru
Романова Анастасия Романовна,учащаяся, ГБОУ СОШ с. КриволучьеИвановкаramanova1998@mail.ru
Влияние добавки извести на прочностные характеристики грунта
Аннотация: В работе проведено исследование влияния добавок извести на прочностные характеристики грунта. На основе государственных стандартов разработан упрощённый метод исследования прочности, влагостойкости и влагопроницаемостигрунта. Исследование показало, что при добавлении извести в грунт, его прочность и влагостойкость увеличивается, а влагопроницаемость уменьшается. Однако необходимо добавлять не менее 8 % извести. При этом даже после увлажнения грунт сохраняет прочность на уровне сухого грунта без добавок.Ключевые слова:стабилизация грунта, укрепление грунта, прочность, влагостойкость, влагопроницаемость, добавка вяжущих.
Технология стабилизации грунта известна давно и распространена во всём мире. Однако до сих порвозможности её использования, особенно в сельской местности, не реализуются на практике в полной мере.Актуальность использования укрепленных грунтов в настоящее время обусловлена увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог. Значительные затраты на транспортирование материалов вызывают увеличение общей стоимости строительства автомобильных дорог. Поэтому для устройства дорожных одежд целесообразно применять местные материалы, укрепленные различными вяжущими. Так, при использовании технологии укрепления грунтов в качестве подложки под дорожные одежды стоимость строительства уменьшается в 1,5 раза [1]. Кроме того, эта технология используется для строительства аэродромов и дорог IV и V категории и может быть использована в качестве подложки при строительстве железнодорожных путей.Основными вяжущими веществами при укреплении грунта являются цемент и известь, которые в зависимости от типа грунта смешиваются с ним в пропорциях от 4 % до 12 %. При соблюдении технологии, при помощи добавки вяжущих удаётся достичь увеличения прочности, влагостойкости и морозоустойчивости укрепленного грунта.Укрепление грунтов это способ формирования заданных структурномеханических свойств грунта путем обработки его добавками вяжущих и других веществ и проведения необходимых технологических операций. Поскольку в результате обработки меняется характер структурных связей, а грунт приобретает высокую прочность и водостойкость [2], то при укреплении грунта необходимо исследовать именно эти два параметра. Под прочностью грунта понимают меру сопротивления грунтов касательным напряжениям. Основной вид нарушения прочности грунта смещение одной его части по другой вследствие незатухающего сдвига, переходящего в срез. Влагостойкость это способность материалов и изделий долговременно сопротивляться разрушающему действию влаги, проявляющемуся при попеременных увлажнениях и высыханиях [3].Основными технологическими операциями являются: размельчение глинистых грунтов (производится в камере роторасмесителя), точное дозирование вяжущих и других веществ, перемешивание грунта и вяжущих до однородной смеси, увлажнение смеси до требуемой оптимальной влажности, уплотнение готовой смеси до максимальной плотности, уход за уплотненным слоем из укрепленного грунта [4].Технологические операции всегда предшествуют действию вяжущих веществ, которые твердеют во времени в готовом, уплотненном слое укрепленного грунта. В конечном итоге грубодисперсные или тонкодисперсные грунты утрачивают свою раздробленность (дискретность). В массе грунта формируется пространственная структура соответствующего типа в зависимости от свойств вяжущего материала. Грунт приобретает новые качества и преобразуется в прочный монолит, свойства которого (прочность, морозостойкость и др.) отвечают установленным требованиям [4].Методика измеренияПрочность грунта в полевых условиях измеряется по ГОСТ 2027699 либо с помощью специального оборудования в лабораторных условияхпо ГОСТ 122482010. Было испробовано два метода смешивания грунта с известью. Первый заключался в том, что в четыре ёмкости насыпалось равное количество грунта,грунт утрамбовывался давлением 1,19·105Па, а затем поливалсяраствором извести. Использовалась известь тонкой очистки TУ 5711003052938402006. Первую ёмкость мы поливали обычной водой без извести, вторую 4% раствором извести, третью 6 %, а четвёртую 8 %. При втором способе смешивания дроблёная известь предварительно смешивалась с грунтом, после чего поливалась и утрамбовывалась. После полного высыхания, проводилось измерение прочности и влагостойкости грунта. На основе стандартных методов измерения [5,6,7] был принят следующий метод измерения прочности. Схема измеренияпрочности представлена на рис. 5. На пресс (штамп) был поставлен груз, масса которого увеличивалась до тех пор, пока величина деформации грунта не достигала 7 мм. При достижении заданного значения деформации грунта масса давящего груза измерялась весами PORTABLEELEKTRONICSCALE.
Рис. 1. Схема измерения прочности грунта.Относительная прочность грунта (или правильнее, модуль деформации) Е рассчитывалась по формуле:Е=���,где S= 0,038 см²–площадь штампа, m–масса груза, g= 9,8 м/с2–ускорение свободного падения. Традиционно прочность Е измеряется в килограммсила,деленная на см2(кгс/см2) [7].Влагостойкость определялась, как прочность увлажненного грунта.Было принято решение вместе с влагостойкостью измерять и влагопроницаемость, т.е. время, за которое вода впитывается в грунт. Для этого на участок грунта площадью 10 см2выливалось 200 мл воды и измерялось время, за которое она полностью впитывалась. Затем грунт обильно поливался водой иснова измерялась прочность грунта указанным методом и определяласьвлагостойкость.Для определения погрешности измерений прочности грунта,онаизмерялась в пяти разных точках каждого образца. Ошибка измерения массы груза определялась как ошибка случайной величины [8,9]. Критерием качества измерения является отношение абсолютной погрешности Δx к окончательному результату измерения x:
Это отношение безразмерно. Величину δx называют относительной погрешностью и используют как в абсолютном, так и в процентном выражении. Приборная погрешность оказалась значительно меньше погрешности измерения массы, поэтому ею пренебрегли. Поскольку прочность зависит от массы линейно, то относительная погрешность массы, выраженная в процентах, также будет являться и относительной погрешностью прочности [20,21].Результаты измерения и их анализВ ходе проведённых исследований были получены следующие результаты для прочности грунта (табл. 2).При первом способе смешивания прочность увеличилась для 4 % в 1,10 раза, для 6% раствора извести в
1,43 раза, для 8% в 1,45 раза, а влагопроницаемость значительно уменьшилась. Однако первыйспособ смешивания грунта с вяжущими, на наш взгляд, не является эффективным, поскольку глубина проникновения извести в грунт не превышала2 см, а верхний слой при динамических нагрузках может разрушиться. При втором способе смешивания прочность увеличилась незначительно.При 4% и 6% извести прочность даже уменьшилась, а при 8% увеличилась в 1,24 раза. При этом грунт без извести потрескался, а грунт с добавками извести был монолитным слоем.Погрешность измерений не превысила 7%.На рис. 2приведены результаты исследования прочности грунта при поливании грунта раствором извести(синий), при смешивании грунта с дроблёной известью с дальнейшим увлажнением и утрамбовкой(красный)и влагостойкости грунта(зелёный).
рис. 2. Результаты измерения прочности и влагостойкости0,002,004,006,008,0010,0012,000%4%6%8%Е, кгс/см2Сравнение полученных результатовГрунт политый известьюГрунт с дроблённой известьюГрунт после увлажненияВторой способ смешивания оказался эффективнее первого. Прочность при предварительном смешивании извести с грунтом,поливании и утрамбовке более чем в два раза больше. Это легко объяснить, поскольку влажный грунт легче утрамбовать. При втором способе смешивания добавление малого количества извести оказалось не столь эффективным,прочность грунта с добавлением менее 8% извести оказалась меньше прочности грунта без добавок.Однако для влагостойкости были получены хорошие результаты. Так прочность грунта с 4% извести после увлажнения даже увеличилась,а прочность грунта с 8% извести после обильного увлажнения оказалась чуть меньше чем прочность сухого грунта без извести. Также можно сказать, что при каждом новом увлажнении прочность стабилизированного грунта будет только увеличиваться.
рис. 3. Время впитывания воды в грунт.
Также была измерена влагопроницаемость грунта рис. 3. С увеличением добавки извести время впитывания влаги увеличивается.Это говорит об укреплении структурных связей грунта.Таким образом, проведенное исследование, показало, что технология стабилизации грунта может быть успешно применена при строительстве дорог IVи Vкатегории, а также дорог в сельской местности. Такая дорога будет успешно противостоять основному разрушающему фактору –влаге, поскольку даже после намокания сохраняет прочность на уровне сухой грунтовой дороги. Целесообразно использоватьдобавку извести в концентрации не менее 8% от массы укрепляемого грунта. При этом прочность стабилизированного грунта увеличивается, а влагопроницаемость уменьшается.
Ссылки на источники1.Промстройинжиниринг. Применение технологии укрепления грунтов при строительстве дорог и аэродромов, 2011. http://interstroy.ru/wpcontent/uploads/2013/04/PROMObuklet.pdf[20.12.2013].2.Словари и энциклопедии на Академике (Строительный словарь). http://dic.academic.ru/dic.nsf/stroitel/6580.[20.12.2013].3.Ильинский В.М. Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учетом физикоклиматических воздействий). 2е изд., перераб. и доп. —М.: Стройиздат, 1964. —295 с.4.Автомобильные дороги и мосты. Строительство конструктивных слоев дорожных одежд из грунтов, укрепленных вяжущими материалами. Обзорная информация. Выпуск 3, 2007 г., 81 с. http://snipov.net/c_4903_snip_ 114626.html. [20.12.2013].5.ГОСТ 2027699 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. –49 с. 0510152025303540450%4%6%8%Зависимость влагопроницаемости от содержания извести6.ГОСТ 122482010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. –105 с.7.Трофименко, Ю. Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. / Ю. Г. Трофименко, Л. Н. Воробков // М.: Стройиздат,1981. –3е. изд., ил., 215 с.8.Яворский В.А. Планирование эксперимента и обработка научных данных. МФТИ, Москва, 2006. 44 с.9.Князев Б.А., Черкасский В.С. Начала обработки экспериментальных данных.// Новосиб. унт. Новосибирск, 1996. 93 с.
KozmenkovIgor NikokaevichPh.D.,teacher of physics andmathematicsfromSchoolKrivoluchyeIvanovka Samara regionkozmenkovigor@ya.ruRomanovaAnastasia Romanova
student, school KrivolucheIvanivka ramanova1998@mail.ruEffect of the addition of lime on the strength characteristics of the soilAbstract:This paper studied the effect of addition of lime on the strength characteristics of the soil. Based on state standards developed a simplified method of research strength, moisture resistance and moisture permeability of the soil. Research has shown that the addition of lime into the soil, its increased strength and moisture resistance, and moisture permeability decreases. However it is necessary to add not less than 8 % lime. Thus, even after moistening soil retains its strength at dry soil without additives.Keywords:soil stabilization, strength, moisture resistance, moisture permeability, the addition of binders.
Романова Анастасия Романовна,учащаяся, ГБОУ СОШ с. КриволучьеИвановкаramanova1998@mail.ru
Влияние добавки извести на прочностные характеристики грунта
Аннотация: В работе проведено исследование влияния добавок извести на прочностные характеристики грунта. На основе государственных стандартов разработан упрощённый метод исследования прочности, влагостойкости и влагопроницаемостигрунта. Исследование показало, что при добавлении извести в грунт, его прочность и влагостойкость увеличивается, а влагопроницаемость уменьшается. Однако необходимо добавлять не менее 8 % извести. При этом даже после увлажнения грунт сохраняет прочность на уровне сухого грунта без добавок.Ключевые слова:стабилизация грунта, укрепление грунта, прочность, влагостойкость, влагопроницаемость, добавка вяжущих.
Технология стабилизации грунта известна давно и распространена во всём мире. Однако до сих порвозможности её использования, особенно в сельской местности, не реализуются на практике в полной мере.Актуальность использования укрепленных грунтов в настоящее время обусловлена увеличивающимися объемами строительства автомобильных дорог. Значительные затраты на транспортирование материалов вызывают увеличение общей стоимости строительства автомобильных дорог. Поэтому для устройства дорожных одежд целесообразно применять местные материалы, укрепленные различными вяжущими. Так, при использовании технологии укрепления грунтов в качестве подложки под дорожные одежды стоимость строительства уменьшается в 1,5 раза [1]. Кроме того, эта технология используется для строительства аэродромов и дорог IV и V категории и может быть использована в качестве подложки при строительстве железнодорожных путей.Основными вяжущими веществами при укреплении грунта являются цемент и известь, которые в зависимости от типа грунта смешиваются с ним в пропорциях от 4 % до 12 %. При соблюдении технологии, при помощи добавки вяжущих удаётся достичь увеличения прочности, влагостойкости и морозоустойчивости укрепленного грунта.Укрепление грунтов это способ формирования заданных структурномеханических свойств грунта путем обработки его добавками вяжущих и других веществ и проведения необходимых технологических операций. Поскольку в результате обработки меняется характер структурных связей, а грунт приобретает высокую прочность и водостойкость [2], то при укреплении грунта необходимо исследовать именно эти два параметра. Под прочностью грунта понимают меру сопротивления грунтов касательным напряжениям. Основной вид нарушения прочности грунта смещение одной его части по другой вследствие незатухающего сдвига, переходящего в срез. Влагостойкость это способность материалов и изделий долговременно сопротивляться разрушающему действию влаги, проявляющемуся при попеременных увлажнениях и высыханиях [3].Основными технологическими операциями являются: размельчение глинистых грунтов (производится в камере роторасмесителя), точное дозирование вяжущих и других веществ, перемешивание грунта и вяжущих до однородной смеси, увлажнение смеси до требуемой оптимальной влажности, уплотнение готовой смеси до максимальной плотности, уход за уплотненным слоем из укрепленного грунта [4].Технологические операции всегда предшествуют действию вяжущих веществ, которые твердеют во времени в готовом, уплотненном слое укрепленного грунта. В конечном итоге грубодисперсные или тонкодисперсные грунты утрачивают свою раздробленность (дискретность). В массе грунта формируется пространственная структура соответствующего типа в зависимости от свойств вяжущего материала. Грунт приобретает новые качества и преобразуется в прочный монолит, свойства которого (прочность, морозостойкость и др.) отвечают установленным требованиям [4].Методика измеренияПрочность грунта в полевых условиях измеряется по ГОСТ 2027699 либо с помощью специального оборудования в лабораторных условияхпо ГОСТ 122482010. Было испробовано два метода смешивания грунта с известью. Первый заключался в том, что в четыре ёмкости насыпалось равное количество грунта,грунт утрамбовывался давлением 1,19·105Па, а затем поливалсяраствором извести. Использовалась известь тонкой очистки TУ 5711003052938402006. Первую ёмкость мы поливали обычной водой без извести, вторую 4% раствором извести, третью 6 %, а четвёртую 8 %. При втором способе смешивания дроблёная известь предварительно смешивалась с грунтом, после чего поливалась и утрамбовывалась. После полного высыхания, проводилось измерение прочности и влагостойкости грунта. На основе стандартных методов измерения [5,6,7] был принят следующий метод измерения прочности. Схема измеренияпрочности представлена на рис. 5. На пресс (штамп) был поставлен груз, масса которого увеличивалась до тех пор, пока величина деформации грунта не достигала 7 мм. При достижении заданного значения деформации грунта масса давящего груза измерялась весами PORTABLEELEKTRONICSCALE.
Рис. 1. Схема измерения прочности грунта.Относительная прочность грунта (или правильнее, модуль деформации) Е рассчитывалась по формуле:Е=���,где S= 0,038 см²–площадь штампа, m–масса груза, g= 9,8 м/с2–ускорение свободного падения. Традиционно прочность Е измеряется в килограммсила,деленная на см2(кгс/см2) [7].Влагостойкость определялась, как прочность увлажненного грунта.Было принято решение вместе с влагостойкостью измерять и влагопроницаемость, т.е. время, за которое вода впитывается в грунт. Для этого на участок грунта площадью 10 см2выливалось 200 мл воды и измерялось время, за которое она полностью впитывалась. Затем грунт обильно поливался водой иснова измерялась прочность грунта указанным методом и определяласьвлагостойкость.Для определения погрешности измерений прочности грунта,онаизмерялась в пяти разных точках каждого образца. Ошибка измерения массы груза определялась как ошибка случайной величины [8,9]. Критерием качества измерения является отношение абсолютной погрешности Δx к окончательному результату измерения x:
Это отношение безразмерно. Величину δx называют относительной погрешностью и используют как в абсолютном, так и в процентном выражении. Приборная погрешность оказалась значительно меньше погрешности измерения массы, поэтому ею пренебрегли. Поскольку прочность зависит от массы линейно, то относительная погрешность массы, выраженная в процентах, также будет являться и относительной погрешностью прочности [20,21].Результаты измерения и их анализВ ходе проведённых исследований были получены следующие результаты для прочности грунта (табл. 2).При первом способе смешивания прочность увеличилась для 4 % в 1,10 раза, для 6% раствора извести в
1,43 раза, для 8% в 1,45 раза, а влагопроницаемость значительно уменьшилась. Однако первыйспособ смешивания грунта с вяжущими, на наш взгляд, не является эффективным, поскольку глубина проникновения извести в грунт не превышала2 см, а верхний слой при динамических нагрузках может разрушиться. При втором способе смешивания прочность увеличилась незначительно.При 4% и 6% извести прочность даже уменьшилась, а при 8% увеличилась в 1,24 раза. При этом грунт без извести потрескался, а грунт с добавками извести был монолитным слоем.Погрешность измерений не превысила 7%.На рис. 2приведены результаты исследования прочности грунта при поливании грунта раствором извести(синий), при смешивании грунта с дроблёной известью с дальнейшим увлажнением и утрамбовкой(красный)и влагостойкости грунта(зелёный).
рис. 2. Результаты измерения прочности и влагостойкости0,002,004,006,008,0010,0012,000%4%6%8%Е, кгс/см2Сравнение полученных результатовГрунт политый известьюГрунт с дроблённой известьюГрунт после увлажненияВторой способ смешивания оказался эффективнее первого. Прочность при предварительном смешивании извести с грунтом,поливании и утрамбовке более чем в два раза больше. Это легко объяснить, поскольку влажный грунт легче утрамбовать. При втором способе смешивания добавление малого количества извести оказалось не столь эффективным,прочность грунта с добавлением менее 8% извести оказалась меньше прочности грунта без добавок.Однако для влагостойкости были получены хорошие результаты. Так прочность грунта с 4% извести после увлажнения даже увеличилась,а прочность грунта с 8% извести после обильного увлажнения оказалась чуть меньше чем прочность сухого грунта без извести. Также можно сказать, что при каждом новом увлажнении прочность стабилизированного грунта будет только увеличиваться.
рис. 3. Время впитывания воды в грунт.
Также была измерена влагопроницаемость грунта рис. 3. С увеличением добавки извести время впитывания влаги увеличивается.Это говорит об укреплении структурных связей грунта.Таким образом, проведенное исследование, показало, что технология стабилизации грунта может быть успешно применена при строительстве дорог IVи Vкатегории, а также дорог в сельской местности. Такая дорога будет успешно противостоять основному разрушающему фактору –влаге, поскольку даже после намокания сохраняет прочность на уровне сухой грунтовой дороги. Целесообразно использоватьдобавку извести в концентрации не менее 8% от массы укрепляемого грунта. При этом прочность стабилизированного грунта увеличивается, а влагопроницаемость уменьшается.
Ссылки на источники1.Промстройинжиниринг. Применение технологии укрепления грунтов при строительстве дорог и аэродромов, 2011. http://interstroy.ru/wpcontent/uploads/2013/04/PROMObuklet.pdf[20.12.2013].2.Словари и энциклопедии на Академике (Строительный словарь). http://dic.academic.ru/dic.nsf/stroitel/6580.[20.12.2013].3.Ильинский В.М. Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учетом физикоклиматических воздействий). 2е изд., перераб. и доп. —М.: Стройиздат, 1964. —295 с.4.Автомобильные дороги и мосты. Строительство конструктивных слоев дорожных одежд из грунтов, укрепленных вяжущими материалами. Обзорная информация. Выпуск 3, 2007 г., 81 с. http://snipov.net/c_4903_snip_ 114626.html. [20.12.2013].5.ГОСТ 2027699 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. –49 с. 0510152025303540450%4%6%8%Зависимость влагопроницаемости от содержания извести6.ГОСТ 122482010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. –105 с.7.Трофименко, Ю. Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. / Ю. Г. Трофименко, Л. Н. Воробков // М.: Стройиздат,1981. –3е. изд., ил., 215 с.8.Яворский В.А. Планирование эксперимента и обработка научных данных. МФТИ, Москва, 2006. 44 с.9.Князев Б.А., Черкасский В.С. Начала обработки экспериментальных данных.// Новосиб. унт. Новосибирск, 1996. 93 с.
KozmenkovIgor NikokaevichPh.D.,teacher of physics andmathematicsfromSchoolKrivoluchyeIvanovka Samara regionkozmenkovigor@ya.ruRomanovaAnastasia Romanova
student, school KrivolucheIvanivka ramanova1998@mail.ruEffect of the addition of lime on the strength characteristics of the soilAbstract:This paper studied the effect of addition of lime on the strength characteristics of the soil. Based on state standards developed a simplified method of research strength, moisture resistance and moisture permeability of the soil. Research has shown that the addition of lime into the soil, its increased strength and moisture resistance, and moisture permeability decreases. However it is necessary to add not less than 8 % lime. Thus, even after moistening soil retains its strength at dry soil without additives.Keywords:soil stabilization, strength, moisture resistance, moisture permeability, the addition of binders.
