• часть 1
• часть 2
• часть 3

Из этих смесей изготовляют по 6 образцов (п. 5.6) и испытывают их. Минимальную добавку вяжущего, обеспечивающую свойства материала в соответствии с требованиями табл. 1, принимают за оптимальную.

Изготовление образцов и их испытания

5.10. Для определения физико-механических свойств укрепленных грунтов изготовляют образцы-цилиндры и образцы-балочки уплотнением смеси в стальных формах.

Образцы-цилиндры изготовляют в полых цилиндрических формах с двумя вкладышами размерами в зависимости от зернового состава грунтов (табл. 8).

Таблица 8

Размеры форм и образцов

Примечание. Формы диаметром 150 мм имеют съемные кольца-насадки высотой 50 мм и плунжер.

Внутреннюю поверхность формы и вкладыши перед укладыванием смеси смазывают керосином или машинным маслом. В форму вставляют нижний вкладыш, который должен выступать из формы на 1,5—2 см для двустороннего уплотнения смеси.

Смесь через металлическую воронку насыпают в форму. Для равномерного распределения смеси ее штыкуют ножом или шпателем, затем вставляют в форму верхний вкладыш. Форму со смесью ставят на нижнюю плиту пресса, подводят верхнюю плиту до соприкосновения с верхним вкладышем и включают электромотор масляного насоса пресса.

Нагрузку уплотнения для глинистых и песчаных грунтов подбирают с таким расчетом, чтобы получить максимальную плотность образцов при оптимальной влажности на приборе стандартного уплотнения.

Влажность смеси при ее уплотнении не должна отличаться от установленной оптимальной влажности больше чем на ±2 %.

Плотность готовых образцов не должна отличаться от максимальной, определенной по методу стандартного уплотнения, более чем на ± 2 %. Ориентировочно нагрузка уплотнения составляет 100—150 кгс/см ² .

Требуемую массу образца определяют по формуле:

(2)

где V — объем образца, см ³ ;

g _ск  — объемная масса скелета смеси, г/см ³ ;

W ₀ — оптимальная влажность смеси, %.

Время выдерживания формы со смесью под нагрузкой составляет 3 мин. Затем нагрузку снимают и образец выдавливают из формы под прессом или вручную. При выдавливании образца для удобства используют специальную подставку.

Образцы разрешается изготавливать также трамбованием на приборе стандартного уплотнения при строгом соблюдении оптимальной влажности и максимальной плотности для смеси выбранного состава. Число ударов гири при уплотнении смеси дают такое же, как при уплотнении грунтов.

В стационарных условиях образцы трамбуют на лабораторном копре с механическим приводом. Для этого смесь грунта с вяжущим помещают в разъемный цилиндр прибора стандартного уплотнения, и в собранном виде (за исключением гири и направляющего стержня) закрепляют на столике копра. Смесь уплотняют ударами гири, падающей с высоты 30 см.

5.11. Образцы-балочки изготовляют прессованием в стальных формах с двусторонними вкладышами (см. приложение 1 п. 6 ВСН 164-69).

При уплотнении смеси должно быть обеспечено двустороннее приложение нагрузки за счет свободного перемещения вкладышей навстречу друг другу. Размеры образцов-балочек для разных грунтов указаны в табл. 9.

Таблица 9

Максимальная крупность частиц при изготовлении образцов-балочек из обломочных грунтов должна быть не более 25 мм. Допускается замена более крупных фракций (25—50 мм ) равным количеством фракций от 10 до 25 мм.

Стенки формы и вкладыши перед укладыванием смеси смазывают керосином или машинным маслом. Вкладыш должен выступать из формы на 1—1,5 см для обеспечения двустороннего уплотнения. Смесь разравнивают, частично уплотняют шпателем, после чего укладывают верхний вкладыш. Форму со смесью ставят на нижнюю плиту пресса, подводят верхнюю плиту пресса до соприкосновения с вкладышем и включают электромотор масляного насоса пресса. При этом ориентировочная нагрузка также составляет 100—150 кгс/см ² , а время выдерживания под нагрузкой — 3 мин .

Требуемую массу образца вычисляют по формуле (2).

После уплотнения форму с образцом устанавливают на специальную подставку и образец под прессом выдавливают из формы.

5.12. Хранение образцов. Образцы, изготовленные из различных смесей, хранят во влажных условиях. Образцы помещают в ванну с водяным затвором либо в эксикаторы над водой, или во влажный песок. Рекомендуется предварительно образцы завернуть в кальку и смазать тонким слоем парафина.

Образцы из грунтов, укрепленных золой уноса или золошлаковой смесью (применяемыми без или в сочетании с цементом или известью), предназначенные для определения пределов прочности при сжатии, на растяжение при изгибе, при расколе, коэффициента морозостойкости, хранят 90 суток.

Для получения ориентировочных значений показателя прочности при сжатии образцы хранят 28 суток (показатели прочности при сжатии после 28 суток твердения должны составлять не менее 50 % от значений, указанных в табл. 1).

Водонасыщение образцов для определения прочности

5.13. Полное водонасыщение. Образцы высотой и диаметром, равным 5 см , насыщают в спокойной воде в течение двух суток, а образцы больших размеров — в течение трех суток, причем в обоих случаях в первые сутки образцы погружают в воду на ¹ /₃ высоты, а в последующие — полностью заливают водой. Для предотвращения высыхания образцов, погруженных в воду на ¹ /₃ высоты, насыщение производят в ванне с водяным затвором.

Рис. 1. Приспособление для капиллярного водонасыщения образцов:

1  — сосуд; 2 — образцы; 3— капиллярно увлажненный песок;

4 — водонасыщенный песок; 5 — фильтровальная

бумага; 6 — металлическая сетка; 7 — подставка

5.14. Капиллярное водонасыщение образцов производят через слой влажного песка. В металлический или стеклянный сосуд с уровнемером наливают слой воды до уровня, указанного на рис. 1. С помощью уровнемера поддерживают постоянный уровень воды в сосуде.

В сосуд на металлической подставке укладывают металлическую сетку или емкость с сетчатым дном, которое закрывают фильтровальной бумагой. На фильтровальную бумагу насыпают слой мелкого одноразмерного песка толщиной 15 см и через сутки после его насыщения ставят образцы. Образцы капиллярно насыщают в течение трех суток. Для предотвращения высыхания сосуд с образцами помещают в ванну с гидравлическим затвором.

Определение предела прочности при сжатии

5.15. Предел прочности при сжатии в зависимости от размера образца и его прочности определяют на прессах гидравлических (или другого типа) мощностью 0,5—5—10—20 т . Точность показаний силоизмерительного устройства пресса должна составлять ±2 %. Рабочая скорость свободного хода поршня должна быть равна 3 мм/мин. Скорость проверяют перед испытаниями и в процессе длительных испытаний (более 1 ч ) с помощью индикатора часового типа. Указанная выше скорость соответствует 300 делениям индикатора с ценой деления 0,01 мм за 1 мин .

5.16. Предел прочности при сжатии определяют на цилиндрических образцах. Образцы перед испытанием подвергают полному или капиллярному водонасыщению (пп. 5.13—5.14).

Образец устанавливают в центре нижней плиты пресса, затем поднимают нижнюю плиту или опускают верхнюю плиту так, чтобы зазор между образцом и верхней плитой составлял 2— 3 мм. Устанавливают скорость подъема нижней плиты пресса 3 мм/мин. После этого включают основной электромотор пресса и нагружают образец.

Для повышения точности испытания рекомендуется использовать шарнирное устройство (рис. 2), которое устанавливают на образец для равномерного распределения напряжений при небольших перекосах, возникающих из-за непараллельности оснований образца.

Рис. 2. Шарнирное устройство:

1 — шарик стальной d = 6—8 мм ; 2— металлические пластинки;

3 — образец укрепленного грунта; 4— прокладка

из плотной бумаги

5.17. Предел прочности при сжатии вычисляют по формуле:

(3)

где Р — разрушающая нагрузка, кгс ;

F — первоначальная площадь основания образца, см ² .

Предел прочности при сжатии вычисляют с точностью до 0,5 кгс/см ² , как среднее арифметическое результатов испытаний трех образцов. Расхождение между результатами испытаний отдельных образцов не должно превышать 15 %.

5.18. Предел прочности при сжатии допускается определять на половинках балочек, остающихся после определения прочности на растяжение при изгибе. Половинку каждой балочки помещают между двумя стальными пластинками размером 40 ´ 62,5 мм. Пластинки укладывают на боковые грани, прилегавшие во время изготовления образца к продольным стенкам формы. Образец вместе с пластинками ставят на нижнюю плиту пресса и подвергают испытанию (пп. 5.15—5.17).

Определение предела прочности на растяжение при изгибе

5.19. Предел прочности на растяжение при изгибе определяют на образцах-балочках. В зависимости от прочности и размера образцов испытания проводят на прессах гидравлических (или другого типа) мощностью 0,5—5—10 т . Точность показаний силоизмерительного устройства пресса должна составлять ±2 %. Прессы для испытания образцов-балочек на изгиб должны быть оборудованы дополнительными приспособлениями: специальными столами, мостами или траверсами, несущими на себе цилиндрические опоры для балочек, при этом одна из опор должна быть подвижной. Радиус закругления опорных поверхностей должен быть в пределах 10—15 мм.

Перед испытанием образцы полностью насыщают водой (п. 5.13). После извлечения из воды образцы вытирают мягкой тканью.

Испытуемый образец помещают на две опоры, расстояние между которыми равно 140 мм — для балочек размером 40 ´ 40 ´ 160 мм и 300 мм — для балочек размером 100 ´ 100 ´ 400 мм. Образец на опоры кладут той гранью, которая при уплотнении была вертикальной. Поверхность балочки должна плотно прилегать к опорам по всей ширине. Образец нагружают по середине пролета по всей ширине через подкладку под верхнюю плиту пресса.

После установки образца опускают верхнюю плиту пресса так, чтобы зазор между образцом и подкладкой под верхнюю плиту пресса составлял 4—6 мм. После этого рычаг переключения скоростей пресса устанавливают на скорость подъема нижней плиты 3 мм/мин. Перед испытаниями и после длительных испытаний (более 1 ч ) проверяют скорости с помощью индикатора часового типа. Включают основной электромотор пресса и нагружают образец.

5.20. Величину предела прочности на растяжение при изгибе вычисляют по формуле:

(4)

где Р — разрушающая нагрузка, кгс ;

l  — расстояние между опорами, см ;

b — ширина балочки, см ;

h — высота балочки, см .

Предел прочности на растяжение при изгибе вычисляют с точностью до 0,5 кгс/см ² , как. среднее арифметическое результатов испытания трех образцов. Расхождение между результатами отдельных испытаний не должно превышать 15 % .

Определение предела прочности на растяжение при расколе

5.21. Ориентировочные значения предела прочности на растяжение при изгибе можно получить по результатам испытания цилиндрических образцов на осевое растяжение (раскол).

Предел прочности на растяжение при расколе определяется на образцах-цилиндрах диаметром и высотой 5 см — при содержании частиц размером не более 5 мм ; диаметром и высотой 10 см — при содержании частиц размером не более 25 мм .

5.22. Предел прочности на растяжение при расколе определяют на образцах в водонасыщенном состоянии после твердения их в течение 28 суток во влажных условиях (п. 5.13).

Образцы испытывают на гидравлических и других прессах. Точность показаний силоизмерительного устройства пресса и рабочая скорость при испытаниях должна соответствовать п. 5.15. Верхняя плита пресса должна быть установлена на сферическом шарнире, расположенном в центре плиты, и должна иметь возможность свободно поворачиваться в любом направлении. Размеры плит должны быть не менее размера образца.

5.23. Образец устанавливают на прессе так, чтобы плиты пресса прилегали к двум взаимно противоположным образующим (см. приложение 1, п. 7 ВСН 164-69). Направление сжимающей силы должно совпадать с диаметральной плоскостью образца, а ось образца должна проходить через центр шарнира плиты пресса. Для удобства и большей точности испытания рекомендуется изготовить специальное приспособление (шаблон).

Для равномерного распределения нагрузки между плитами пресса и испытуемым образцом помещают прокладки из обычной трехслойной фанеры или пластика. Длина прокладок должна быть не менее длины образца, а ширина прокладок должна составлять 0,2 диаметра образца.

Образец устанавливают на шаблоне и помещают на нижнюю плиту пресса.

Подводят верхнюю плиту пресса так, чтобы зазор между верхней плитой шаблона и верхней плитой пресса составлял 4—6 мм .

Устанавливают рычаг переключения скоростей пресса на скорость подъема нижней плиты пресса 3 мм/мин и включают основной электромотор испытательной машины.

5.24. Предел прочности на растяжение при расколе вычисляют по формуле

(5)

где P _max — разрушающая нагрузка, кгс ;

d — диаметр образца, см ;

l  — высота образца, см ;

 — коэффициент, характеризующий распределение нагрузки по контакту с образцом.

Испытывают три параллельных образца. Величину прочности на растяжение при расколе вычисляют с точностью до 0,5 кгс/см ² , как среднее арифметическое значение трех результатов испытаний образцов. Расхождение между отдельными результатами не должно превышать 15 %.

Предел прочности на растяжение при изгибе равен удвоенному пределу прочности на растяжение при расколе .

Определение морозостойкости

5.25. На морозостойкость испытывают три образца, после их твердения в сроки, указанные в табл. 1. Перед началом испытания образцы подвергают полному (п. 5.13) или капиллярному (п. 5.14) водонасыщению, после чего подвергают их попеременному замораживанию— оттаиванию по табл. 10.

Таблица 10

Рекомендуемое количество циклов замораживания-оттаивания, температура замораживания и степень водонасыщения для образцов укрепленных грунтов с учетом конструкции одежды и дорожно-климатической зоны

Примечания. 1. Мрз 25 — морозостойкость после 25 циклов замораживания-оттаивания;

—22° — температура замораживания;

(П) или (К) — полное или капиллярное водонасыщение.

2. В V дорожно-климатической зоне испытания на замораживание-оттаивание проводят для районов строительства дорог и аэродромов, расположенных севернее линии Баку— Никус— Кзыл-Орда— Фрунзе.

После замораживания в морозильной камере в течение 4 ч при температуре, указанной в табл. 10, образцы погружают в воду комнатной температуры на 4 ч , а при капиллярном насыщении — на влажный песок.

После проведения установленного количества циклов замораживания-оттаивания (см. табл. 10), на оттаявших образцах определяют предел прочности при сжатии R _мрз (пп. 5.15—5.18) и влажность.

Для определения влажности после разрушения образцов отбирают среднюю пробу и высушивают ее до постоянного веса при температуре 105°С. Влажность вычисляют по формуле

(6)

где Р ₁ — масса пробы водонасыщенного образца, г ;

Р ₂ — масса высушенной пробы, г .

Морозостойкость оценивают по водонасыщению и R _мрз , а также коэффициентом морозостойкости (отношение прочности при сжатии образцов после прохождения установленного количества циклов замораживания-оттаивания к прочности водонасыщенных (полностью или капиллярно) или .

Методы испытания золошлаковых смесей для сооружения земляного полотна

5.26. Пригодность золошлаковых смесей, применяемых при сооружении земляного полотна, необходимо оценивать по следующим методикам:

— химический состав — по ГОСТ 5382—65 “Цементы. Методы химического анализа”;

— зерновой состав — по ГОСТ 12536—67 “Грунты. Методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава”;

— величину относительного морозного пучения — по приложению настоящих “Технических указаний”;

— оптимальную влажность и стандартную плотность, плотность — в соответствии с ВСН 55-69.

Приложение

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ОТНОСИТЕЛЬНОГО МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ (МАТЕРИАЛОВ)*

Методика испытаний по определению пригодности материалов для устройства морозозащитных слоев (“Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа” ВСН 46-72, приложение 9) заключается в замораживании образцов материалов и измерении деформаций их морозного пучения в условиях, близких к условиям пучения при промерзании грунтов земляного полотна автомобильных дорог.

При этом в лаборатории для условий Европейской части СССР эти испытания грунтов (материалов) проводят при температуре воздуха в камере от —3° до —4°С, для условий Сибири и Северного Казахстана — от —5° до — 6°С.

Испытания по этой методике проводят в специальном стакане (диаметрам 100 мм и высотой 82 мм ), собранным из колец (высотой 10 мм ) с выточками (3 мм ), позволяющими кольцам свободно перемещаться вдоль вертикальной оси, что обеспечивает беспрепятственное вспучивание образца при замерзании. Стакан снабжен поддоном со штуцером для подвода воды к образцу.

Образец из испытуемого материала приготовляют в указанном стакане так же, как при испытании по методу стандартного уплотнения — с обеспечением получения плотности 0,98—1 от стандартной при оптимальной влажности.

Приготовленный в стакане образец в течение 2—4 суток при комнатной температуре насыщают водой.

Для промораживания образцов применяют фреоновые холодильники или домашние холодильники, холодильные агрегаты которых заменяют агрегатом холодильника ЗИЛ (с испарителем, собранным из четвертой части трубок конденсатора от агрегата ФАК-0,7), а также с заменой терморегулятора холодильника новой системой регулировки с применением ртутного конфектного термометра ТК-6 и реле переменного тока МКУ-48.

Приготовленные в стаканах образцы грунта (материала) после их насыщения водой помещают в камеру холодильника. К образцам подводят воду от резервуара с помощью шлангов и устройства, позволяющего поддерживать постоянный заданный уровень воды.

Установленные в холодильник стаканы с образцами испытуемых грунтов (материалов) засыпают до верхних торцов изоляционным материалом (опилки или мипора) для того, чтобы промораживание образцов происходило только сверху вниз. При этом нужно следить за тем, чтобы изоляционный материал не подмачивался водой.

При испытании величина деформации морозного пучения измеряется с помощью индикаторов (мессур). Опыт продолжается до полного промерзания образца, которое продолжается около четырех суток. К этому времени показания индикаторов уже не изменяются, что указывает на окончание процесса промерзания.

Величина относительного морозного пучения К _пуч определяется на основании показаний индикаторов по формуле

К _пуч = (1)

где D h  — величина пучения образца, мм ;

h — начальная высота образца, мм .

_____________

* Материалы— золы, золошлаковые смеси, шлаки, каменная мелочь и др.

Изготовление оборудования и устройств для проведения испытаний по вышеприведенной методике силами лабораторий производственных организаций в обычных механических мастерских не представляется возможным.

Поэтому для определения величины относительного морозного пучения грунтов (материалов) рекомендуется проводить по методике с применением имеющегося в производственных лабораториях оборудования и прибора, который может быть изготовлен в обычных механических мастерских.

I. Описание прибора

Для проведения испытания грунтов (материалов) на морозное пучение применяется измененный (в отношении размеров) прибор Д. И. Знаменского для определения набухания грунтов “ПНЗ”.

Прибор (см. рисунок) состоит из кольца, изготовленного из нержавеющей стали, обоймы, в верхней части которой устанавливается и закрепляется индикатор, перфорированного поддона, перфорированного штампа, ванночки и зажимного винта. Все детали прибора, кроме кольца и зажимного винта, могут быть изготовлены из оргстекла.

Общий вид прибора:

1 — индикатор; 2 — обойма; 3 — штамп; 4 — кольцо; 5 — ванночка;

6 — поддон; 7 — вода; 8 — изоляционный материал (парафиновая

паста); 9 — зажимной винт

II. Порядок работы

А. Подготовка образца к испытанию

Определяют оптимальную влажность и максимальную плотность испытуемого грунта (материала) при стандартном уплотнении.

Отбирают среднюю пробу испытуемого грунта (материала) весом около 1 кг и определяют ее влажность. К отобранной пробе грунта (материала) добавляют воду и тщательно перемешивают. Воду добавляют из такого расчета, чтобы влажность пробы соответствовала оптимальной влажности испытуемого грунта (материала), установленной при стандартном уплотнении. Требуемое количество воды рассчитывают по формуле

(2)

где g — масса взятой пробы испытуемого грунта (материала), г ;

W — исходная влажность пробы испытуемого грунта (материала), доли единицы;

W _опт  — оптимальная влажность испытуемого грунта (материала), установленная при стандартном уплотнении, доли единицы.

После тщательного перемешивания пробы с водой ее выдерживают в закрытом сосуде в течение 1—2 ч . По окончании выдерживания пробы из нее берут три навески испытуемого грунта (материала) для формования образцов цилиндрической формы диаметром 5 см и высотой 5 см , объемная масса скелета которых должна соответствовать максимальной плотности испытуемого грунта (материала), установленной при стандартном уплотнении.

Величину навески g испытуемого грунта (материала) для получения образца с задаваемой плотностью (максимальной плотностью) рассчитывают по формуле

(3)

где V  — объем образца заданного размера (диаметром 5 см и высотой 5 см ), см ³ ;

g _ск  — максимальная плотность испытуемого грунта (материала), установленная при стандартном уплотнении, г/см ³ ;

W _опт — влажность пробы, %.

Отобранные навески пробы помещают в формы (с внутренним диаметром 5 см ), которые применяют для изготовления образцов при лабораторных экспериментах по укреплению грунтов вяжущими материалами. Затем в формы устанавливают поршни и под прессом формуют образцы высотой 5 см .

Изготовленные образцы испытуемого грунта (материала) помещают в кольца прибора для определения набухания, предварительно смазав внутренние поверхности колец техническим вазелином (тонким слоем).

В поддон прибора укладывают кружок фильтровальной бумаги, вырезанной по внутреннему диаметру кольца. Кольцо с образцом помещают в поддон, который устанавливают в ванночку прибора.

В ванночку наливают воду до уровня верхнего торца поддона и образец насыщают водой, поддерживая постоянный уровень воды в ванночке. Насыщение образца проводят до тех пор, пока вода не пропитает по капиллярам всю толщу образца; это можно заметить по потемнению поверхности последнего.

По окончании насыщения образца водой на его поверхности укладывают второй кружок фильтровальной бумаги, а затем штамп и ввинчивают обойму в поддон прибора. В ванночку прибора доливают воду так, чтобы уровень воды в ванночке был на высоте ¹ /₃ образца в кольце.

На плиту лабораторного штатива устанавливают кристаллизатор, в который помещают форму из картона (диаметром 25—27 см и высотой 16—18 см ); в кристаллизатор наливают воду в таком количестве, чтобы толщина слоя ее в кристаллизаторе была около 3—5 мм.

Собранный прибор подвешивают с помощью мягких тонких проволок, закрепленных в отверстиях ванночки прибора, к кольцу лабораторного штатива так, чтобы прибор находился в центре картонной формы, а дно ванночки было на расстоянии 8—10 см от дна кристаллизатора.

По окончании подвешивания прибора к кольцу штатива в картонную форму и ванночку прибора осторожно заливают расплавленную парафиновую пасту (температура пасты около 60°С) для получения теплоизоляционного слоя толщиной 8—10 см (как это показано на рис. 1), чтобы промораживание образца происходило только сверху вниз.

Примечание. 1. Для получения парафиновой пасты к парафину добавляют 20—25 % воска (по массе), 5—10 % канифоли и 3—5 % минерального масла.

2. Эту смесь разогревают в кастрюле до получения гомогенной массы.

По окончании твердения парафиновой ласты в картонной форме и в ванночке прибора укрепляют индикатор в обойме прибора так, чтобы ножка индикатора коснулась головки штампа.

б) Проведение испытания

Подготовленные описанным способом приборы помещают в холодильную камеру, включают ее в электросеть. Испытание ведут при температуре воздуха в камере — 5°С. В процессе испытания следят за деформацией морозного пучения, которое измеряется с помощью индикатора.

Опыт продолжают до тех пор, пока показания индикаторов не будут изменяться, что укажет на окончание промерзания образцов. Вообще окончание процесса промерзания, как показывает опыт, происходит через двое суток после помещения образцов в холодильную камеру.

По окончании испытания, на основании установленных величин деформации морозного пучения, вычисляют величину относительного морозного пучения К _пуч испытуемого грунта (материала) по формуле (1).

• часть 1
• часть 2
• часть 3