Каменные материалы для дорожного строительства

Каменные материалы для  дорожного строительства.

К ним относят булыжный, колотый, брусчатый и бортовые камни; щебень, гравий, песок. Их получают из изверженных  и прочных осадочных горных пород. К этой группе следует отнести  также скальные и нескальные грунты.

Булыжный камень представляет собой зерна горной породы с овальными поверхностями размером до 300 мм.

Колотый камень должен иметь форму, близкую к многогранной призме или усеченной пирамиде с площадью лицевой поверхности не менее 100 см² для камней высотой до 160 мм, не менее 200 см² при высоте до 200 мм и не менее 400 см² при высоте до 300 мм. Верхняя и нижняя плоскости камня должны быть параллельными.

Колотый камень изготавливают из хорошо обрабатывающихся горных пород с  пределом прочности при сжатии не менее 100 МПа.

Булыжный и колотый  камни применяют для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог, крепления откосов насыпей и каналов.

Камень брусчатый для дорожных покрытий имеет форму прямоугольного параллелепипеда. По размерам подразделяется на высокий (БВ) длиной 250, шириной 125 и высотой 160 мм, средний (БС) с размерами соответственно 250, 125, 130 мм и низкий (БН) с размерами 250, 100 и 100 мм. Верхняя и нижняя плоскости камня параллельные, боковые грани для БВ и БС сужены на 10 мм, для БН – на 5 мм. Изготавливают его из гранита, базальта, диабаза и других горных пород с пределом прочности при сжатии 120–140 МПа. Применяют для мощения площадей, улиц.

Камни бортовые из горных пород применяются для отделения проезжей части дорог от разделительных полос тротуаров, пешеходных дорожек и тротуаров от газонов и т.п. По способу изготовления подразделяются на пиленые и колотые. По форме бывают прямоугольные и криволинейные. Имеют высоту от 200 до 600, ширину – от 80 до 200 и длину – от 700 до 2000 мм. Изготавливаются из изверженных глубинных горных пород прочностью более 100 МПа, из изверженных излившихся и осадочных пород прочностью более 60 МПа.

Щебень – рыхлый материал, получаемый дроблением горных пород, гравия и валунов, попутно добываемых  вскрывших и вмещающих пород или некондиционных отходов горных предприятий по переработке руд и неметаллических ископаемых других отраслей промышленности, он имеет рваную угловатую поверхность.

Гравий – рыхлый материал, образовавшийся при естественном разрушении горных пород. Имеет окатанную (округлую) форму. Получают его рассевом гравийно-песчаных смесей.

Средняя плотность зерен  щебня и гравия составляет от 2,0 до 3,0 г/см³. Выпускают их в виде отдельных фракций с крупностью зерен от 5 до 150 мм. Для гидротехнических массивных сооружений при введении непосредственно в бетонную смесь блока возможно введение щебня крупностью свыше 150 мм. Применяют щебень и гравий в качестве заполнителя для тяжелого бетона, для дорожных и других видов строительных работ.

Песок – рыхлый материал с размером зерен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения или полученный искусственным дроблением горных пород.

Применяют для подстилающих слоев дорожных одежд, для приготовления  бетонов и растворов на минеральных и органических вяжущих.

Щебень для балластного  слоя железнодорожного пути получают дроблением горных пород, гравия и валунов. Выпускают две фракции щебня 25–60 и 5–25 мм. Щебень фракции 25–60 мм применяют для балластировки главных путей, фракция 5–25 мм предназначена для балластировки станционных, а также малодеятельных главных и подъездных путей. Щебень называют «тяжелым» балластом. Он имеет повышенную несущую способность и обеспечивает наиболее благоприятную работу балластного слоя. Его применяют на линиях с большой грузонапряженностью и высокими скоростями движения поездов.

Гравийный и гравийно-песчаный балласт являются природными смесями, образовавшимися в результате естественного разрушения горных пород. Гравийный балласт имеет размеры зерен до 60 мм, гравийно-песчаный – 20 мм. Наибольшей несущей способностью при устройстве балластной призмы железнодорожного пути обладает гравийный балласт, а затем гравийно-песчаный. Их применяют на малодеятельных главных и станционных путях, а также для устройства подушки. [1. С.35-37].

Тротуарные плиты изготавливают  из гнейсов и подобных ему слоистых горных пород. Они имеют форму  прямоугольной или квадратной плиты  со стороной 20-80 см. с ровной поверхностью толщиной не менее 4 см. и не более 15 см.[2.стр.109]

Преимущества  применения молотой извести-кипелки перед гашеной известью.

По сравнению с гашеной молотая известь-кипелка имеет меньшую водопотребность, выделяет большее количество тепла, что укоряет высыхание. Изделия на молотой извести имеют более высокую плотность и прочность – чем на гашёной. Через 28 суток их прочность составляет 1–5 МПа. [ 1. С.53]

Способы уплотнения бетонной смеси. От каких факторов зависит  их выбор?

Для получения плотного бетона необходимо, чтобы удобоукладываемость бетонной смеси соответствовала принятому способу и интенсивности уплотнения. При сильном механическом уплотнении жесткие бетонные смеси укладываются плотно. В результате повышается плотность бетона (при сохранении одинакового расхода цемента).

Основным способом уплотнения бетонных смесей является вибрирование. При вибрировании частые колебания, создаваемые вибратором, вызывают колебательные движения частиц бетонной смеси. Силы внутреннего трения и сцепления между частицами уменьшаются, зерна заполнителей укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным тестом, а пузырьки воздуха вытесняются наружу.

Плотность укладки бетонной смеси контролируют по величине коэффициента уплотнения, который равен отношению фактической плотности свежеуплотненного бетона к его расчетной плотности. Уплотнение считается "полным" при коэффициенте уплотнения 0,98-1.

 

Для каждой бетонной смеси  имеется своя оптимальная интенсивность вибрирования, которая достигается правильным сочетанием амплитуды и частоты колебаний.

На заводах сборных  железобетонных изделий жесткие  бетонные смеси эффективно уплотнять  на стационарных низкочастотных резонансных виброплощадках с амплитудой 0,7 мм и частотой 25-30 Гц; к тому же уровень шума при работе низкочастотных виброплощадок сравнительно невысок. Для виброуплотнения подвижных и мелкозернистых бетонных смесей оптимальные амплитуды уменьшаются до 0,15-0,4 мм; соответственно необходимой интенсивности увеличивается частота колебаний до 50-150 Гц.

При принятых параметрах вынужденных  колебаний для каждой бетонной смеси  имеется своя критическая продолжительность  виброуплотнения.

В зависимости от рода привода  и движущей энергии различают  электромеханические, электромагнитные и пневматические вибраторы.

Применяют главным образом  вибраторы, приводимые в действие электродвигателем; колебания создаются механическим путем в результате вращения неуравновешенных грузов (эксцентриков или де- балансов), которые могут быть расположены непосредственно на оси ротора двигателя либо соединены с ним при помощи гибкого вала. Рабочая часть вибратора выполняется в виде площадки (виброплощадки, переносные поверхностные вибраторы), или наконечника (штыка, булавы и т.п.).

Для формования сборных железобетонных изделий широко используют стационарные виброплощадки различной грузоподъемности,

Переносные вибраторы  применяют при изготовлении изделий (в особенности крупноразмерных) на стендах, а также для уплотнения монолитного бетона на строительной площадке.

Переносной поверхностный  вибратор (рис.20.4) применяют при бетонировании  плоских конструкций (плит, полов, дорожных покрытий), а глубинные вибраторы и с гибким валом - при изготовлении сборных железобетонных конструкций в неподвижных формах и бетонировании монолитных конструкций.

Для уплотнения бетонных смесей, укладываемых в массивные (например, гидротехнические) сооружения, применяют  перемещаемые краном пакеты внутренних вибраторов. Они позволяют устранить ручной труд, применять малоподвижные бетонные смеси (с осадкой конуса 0-2 см) и сильно увеличивать толщину слоя бетонирования. Этот способ уплотнения используют также для укладки камнебетона.

На практике часто используют комбинированные способы уплотнения бетонной смеси. Так, при формовании железобетонных изделий из жестких бетонных смесей применяют вибрирование под нагрузкой. При величине прессующего давления поверхности изделия 0,05-0,15 МПа можно способом вибропрессования плотно уложить особо жесткие бетонные смеси с количеством воды затворения 120- 130 кг/м³ и В/Ц = 0,3-0,35.

Виброштампование часто применяют для формования коробчатых и ребристых плит, лестничных маршей со ступеньками и других профилированных изделий. Бетонная смесь, уложенная в форму, формуется и уплотняется при помощи погружаемого в нее виброштампа.

Вибропрокат осуществляется на специальных вибропрокатных станах. Этим способом изготовляют изделия из тяжелого и легкого бетонов (например, вибропрокатные керамзитобетонные панели).

При центробежном способе формования для уплотнения бетонной смеси используют центробежную силу, возникающую при вращении формы с уложенной в нее бетонной смесью. Скорость вращения формы 400-900 об/мин. При этом бетонная смесь равномерно распределяется по стенкам формы и хорошо уплотняется. Часть воды затворения (20-30%) отжимается к внутренней поверхности изделия и тем самым понижается величина В/Ц. Это способствует уменьшению пористости и водопроницаемости бетона. Центробежное формование применяют для изготовления полых изделий: железобетонных труб, полых колонн, опор и др.

Вибровакуумирование позволяет извлечь из свежеуложенной бетонной смеси 10-20% от общего количества воды затворения и получить более плотный бетон. Вакуумирование осуществляют специальным оборудованием (вакуум-щитами, вакуум-вкладышами и т.п.). Основной его частью является вакуум-полость, в которой создается разрежение. Вакуум-щиты укладывают своей рабочей поверхностью, снабженной фильтровальной тканью, на бетон. Фильтр предотвращает отсос частиц цемента в процессе вакуумирования.

 

 

Жидкие битумы и битумные эмульсии. Состав, свойства и применение.

Битумами называются сложные смеси углеводородов и их производных, т.е. соединения высокомолекулярных углеводородов с кислородом, азотом, серой. Они бывают природные и искусственные. Искусственные, в свою очередь, подразделяются на нефтяные, сланцевые, угольные, торфяные. В строительстве применяются в основном нефтяные битумы.

Состав. Нефтяные битумы содержат от 84 до 87 % углерода, до 15 % водорода, до 2 % кислорода, до 1,5 % серы, доли процента азота и следы металлов. Групповой их состав следующий: масла, смолы, асфальтены, карбены и карбоиды, асфальтогеновые кислоты и их ангидриды, парафины.

Содержание масел составляет 35–60 % по массе. Истинная плотность  их менее 1 г/см³. Они являются растворителями для твердых частей и определяют консистенцию битумов.

Содержание смол составляет 20–40 %. Истинная плотность  их около 1 г/см³. Это твердые и полутвердые вещества, растворимые в бензине, бензоле. Они придают битуму эластичность, водоустойчивость.

Содержание асфальтенов составляет 4–35 %. Это твердые кристаллические вещества с истинной плотностью более 1 г/см³. Они повышают теплоустойчивость, вязкость и твердость битумов. Под действием солнечного света стареют, могут образовывать хрупкие вещества, что приводит к разрушению битумов.

Содержание карбенов и карбоиды составляют до 3 %. Это твердые вещества. Карбены по составу близки к асфальтенам. Они не растворимы в бензоле и растворимы в сероуглероде. Карбоиды не растворяются в известных растворителях. Карбены и карбоиды повышает вязкость и хрупкость битумов.

Асфальтогеновых кислот и их ангидридов содержится в битумах до 3 %. Они обладают поверхностно-активными свойствами. Повышают адгезию битумов к каменным материалам.

Содержание парафинов  составляет 6–8 %. Они относятся к  твердым метановым углеводородам. Снижают пластичность и увеличивают хрупкость битумов.

Битум представляет собой  коллоидную систему, в которой раствор  смол в маслах является дисперсной средой, а дисперсной фазой –  асфальтены, карбены и карбоиды. На поверхности макромолекул асфальтенов адсорбированы асфальтогеновые кислоты.

Солнечная радиация, высокие  температуры, кислород воздуха в  процессе эксплуатации изменяют групповой  состав битумов. Масла переходят  в смолы, смолы в асфальтены, что влияет на структуру и свойства битумов.

Основные свойства. Основными свойствами битума являются адгезия, вязкость, растяжимость, твердость, хрупкость, старение.

Адгезия (прилипание) – прочность сцепления битума с каменными материалами. Она зависит от природы битума и минерального материала. Степень прилипания оценивают способностью битума удерживаться на поверхности минерального материала при воздействии кипящей воды.

Вязкость битума является основной характеристикой его структурно-механических свойств. Она оценивается условным показателем твердости или вязкости. С повышением температуры вязкость уменьшается, с понижением – увеличивается. При низких температурах битум приобретает свойство твердого тела.

Твердость вязких и твердых битумов определяется по глубине погружения иглы под нагрузкой 100 г в течение 5 с при температуре 25 ⁰С или под нагрузкой 200 г в течение 60 с при 0 ⁰С. Она должна быть в интервале от 5 до 300 0,1 мм.

Условная вязкость жидких битумов характеризуется временем истечения в секундах 50 мл вяжущего при температуре 60 ⁰С через калибровочное отверстие диаметром 5 мм. Она должна находиться в интервале от 25 до 200 с.