ОДМ 218.3.076-2016 Методические рекомендации по подбору стабилизаторов грунтов и грунтовых смесей для дорожного строительства

ОДМ 218.3.076-2016

     
     
ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Рекомендуемые показатели стабилизаторов грунтов и стабилизированных грунтовых смесей для дорожного строительства

1. Область применения

     1. Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - методический документ) предназначен для дорожных строительных организаций, предприятий - изготовителей стабилизаторов грунтов, проектных и научно-исследовательских организаций строительного комплекса, образовательных учреждений, а также других заинтересованных лиц. ОДМ распространяется на грунты и грунтовые смеси, обработанные по технологии стабилизации, комплексной стабилизации, комплексного укрепления грунтов для дорожного строительства

2. Нормативные ссылки.

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 125-79. Вяжущие гипсовые. Технические условия.

ГОСТ 3344-83. Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства.

ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительства.

ГОСТ 8735-88. Песок для строительных работ. Методы испытаний.

ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия.

ГОСТ 10060-2012. Межгосударственный стандарт. Бетоны. Методы определения морозостойкости.

ГОСТ 10180-2012. Межгосударственный стандарт. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

ГОСТ 12071-2014. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

ГОСТ 12536-2014. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.

ГОСТ 20276-2012. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости.

ГОСТ 23161-2012. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности.

ГОСТ 23558-94. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.

ГОСТ 12248-2010. Межгосударственный стандарт. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

ГОСТ 25100-2012*. Межгосударственный стандарт. Грунты. Классификация.
________________
* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать: ГОСТ 25100-2011. - Примечание изготовителя базы данных.


ГОСТ 25584-90. Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации.

ГОСТ 8269.1-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы химического анализа.

ГОСТ 26262-2014. Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания.

ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.

ГОСТ 30416-2012. Межгосударственный стандарт. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения.

3. Термины и определения.

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями, учитывающие ГОСТ 29213-91 (ИСО 896-77) и соответствующие требованиям рекомендаций [1-5]*.
________________
* Поз.[5]-[27] См. раздел Библиография. - Примечание изготовителя базы данных.

3.1. Термины и определения, относящиеся к элементам дорожной конструкции

3.1.1 Дорожная конструкция: Многослойная система, состоящая из дорожной одежды и земляного полотна под дорожной одеждой.

3.1.2 Дорожная одежда: Искусственная конструкция в пределах проезжей части автомобильной дороги, состоящая из дорожного покрытия и слоев основания (одного или нескольких) воспринимающая многократно повторяющееся воздействие транспортных средств и погодно-климатических факторов, обеспечивающая передачу возникающих усилий на грунт земляного полотна.

3.1.3 Дополнительные слои основания (морозозащитные, теплоизоляционные, дренирующие и др.): Слои между основанием и подстилающим грунтом на участках с неблагоприятными погодно климатическими и грунтово-гидрологическими условиями.

3.1.4 Земляное полотно: Дорожное сооружение, служащее основанием для размещения конструктивных слоев дорожной одежды и других элементов дороги, строится в виде насыпей или выемок, а на косогорах - в виде полунасыпи - полувыемки и к земляному полотну относятся связанные с ним водоотводные сооружения: кюветы, канавы, резервы, дренажные устройства, а ширина земляного полотна - расстояние между бровками - нормируется в зависимости от категории дорог.

3.1.5 Насыпь: Геотехническое сооружение, имеющее заданный поперечный профиль, устраиваемое из природных или техногенных грунтов путем их послойной отсыпки и уплотнения до требуемой степени плотности различными способами.

3.1.6 Основание: Несущая прочная часть одежды, обеспечивающая совместно, с покрытием перераспределение и снижение давления на расположенные ниже дополнительные слои или грунт земляного полотна (подстилающий грунт).

3.1.7 Основание из укрепленных грунтов: Конструктивный нижний слой дорожной одежды, устроенный из грунтов, обработанный органическими или неорганическими вяжущими в присутствии различных добавок или без них с помощью грунтосмесительной техники или в стационарной установке с вывозом смеси на дорогу и уплотненный, устраивается под усовершенствованные покрытия, а на дорогах IV и V категорий.

3.1.8 Покрытие: Верхняя часть одежды, воспринимающая усилия от колес автотранспортных средств и подвергающиеся непосредственному воздействию атмосферных факторов. Может устраиваться из укрепленных грунтов при строительстве местных и внутрихозяйственных дорог с защитным слоем износа.

3.1.9 Рабочий слой: Верхняя часть земляного полотна, располагающаяся в пределах земляного полотна от низа дорожной одежды на 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия проезжей части.

3.1.10 Стабильные грунты и слои насыпи: Слои, отсыпанные из сыпучих (или сыпучемерзлых), а также талых связных непучинистых грунтов, плотность которых в насыпи соответствует нормам.

3.2 Термины и определения, относящиеся к материалам (стабилизаторам и грунтам)

3.2.1 Анионные (анионактивные) ПАВ: ПАВ, которые в водных щелочных растворах диссоциируют с образованием отрицательно заряженного иона (аниона), применяются в качестве стабилизаторов при обработке грунтов. ПАВ, состоящие из гидрофильной части (содержат карбоксильные, сульфонатные, сульфатные или фосфатные группы) и гидрофобной части (алкильные или алкиларильные группы, содержащие в гидрофобной цепи 12-18 атомов углерода).

3.2.2 Амфолитные (амфотерные) ПАВ: ПАВ, которые в водных растворах в зависимости от среды проявляют разные свойства: в кислой - катионные, в щелочной - анионные, являются универсальными стабилизаторами при обработке грунтов.

3.2.3 Вяжущее вещество (материал): Активная добавка, вступающая в химическую реакцию с грунтом и/или грунтовыми водами и образующее с грунтом новые структурные связи.

3.2.4 Вяжущее вещество цементного типа: Цемент, известь, гипс, печной шлак, зольная пыль, торфяная зола, кремнеземная пыль и иные материалы, используемые для химического укрепления грунтов.

3.2.5 Грунт: Горные породы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

3.2.6 Грунт органического происхождения: Грунт, содержащий органические вещества.

3.2.7 Грунт земляного полотна: Естественный или техногенный грунт, уплотненный до требуемой степени плотности и служащий основанием для конструкции дорожной одежды.

3.2.8 Диспергаторы: Поверхностно-активные вещества, активные на границе двух несмешивающихся жидкостей или на твердых поверхностях раздела, не образующие структур ни в объеме, ни в поверхностных слоях.

3.2.9 Ионогенные поверхностно-активные вещества: ПАВ, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы-анионы или катионы (в зависимости от того, какими ионами обусловлена поверхностная активность вещества), применяется для обработки грунтов в дорожном строительстве.

3.2.10 Катионактивные ПАВ: ПАВ, которые при диссоциации в кислых растворах образуют положительно заряженные ионы - катионы, используются в качестве стабилизаторов при обработке грунтов. ПАВ, содержащие атом азота, несущий положительный заряд, т.е. это амины или четвертичные аммониевые соединения, четвертичные аммониевые соединения нечувствительны к изменению рН.

3.2.11 Микроэмульсии: Смеси масла, воды и ПАВ, состоят из отдельных агрегатов, разделенных монослоем ПАВ, это термодинамически устойчивые системы, размеры агрегатов составляют ~10 нм, образуются при высокой концентрации ПАВ, межфазные пленки "масло"- вода могут иметь большую кривизну.

3.2.12 Минеральные добавки: Высокодисперсные материалы, природного или искусственного происхождения, содержащие в своем составе минералы.

3.2.13 Неионогенные (неионные): ПАВ, которые в водных растворах не образуют ионов, но растворимость их обусловлена наличием функциональных групп, имеющих сродство к воде; ПАВ, содержащие в качестве полярных групп полиэфирные, либо полигидроксильные фрагменты.

3.2.14 Поверхностно-активные вещества (ПАВы): Химические соединения или полимерные добавки, которые адсорбируются на поверхностях раздела жидкостей (например, воды) и влияют на их физико-химические или химические свойства, применяются в дорожном или аэродромном строительстве.

3.2.15 Связный грунт: Грунт, сохраняющий вязкость в процессе изменения его формы и характеризуемый тем или иным числом пластичности более 1.

3.2.16 Стабилизаторы: Многокомпонентные системы, включающие в своем составе, в основном, поверхностно-активные вещества как ионогенного типа, так и неионогенного и обладающие свойствами гидрофобизаторов, суперпластификаторов, полимеров, применяемые в строительстве для обработки грунтов с целью изменения их водно-физических свойств.

3.2.17 Стабилизаторы структурированные: То же, что и стабилизаторы, но содержащие в своем составе вяжущие (до 2%, более 2%), для ускорения взаимодействия ПАВ с грунтом, применяются для изменения водно-физических и физико-механических свойств грунтов.

3.2.18 Стабилизаторы наноструктурные: Стабилизаторы катионактивные, анионактивные, универсальные, включающие в своем составе добавки с наночастицами (природные - песчаные или грунтовые порошки, искусственные порошковые смеси).

3.2.19 Стабилизаторы универсальные: стабилизаторы амфолитные по п.3.2.2.

3.2.20 Эмульсии: Это дисперсии одной жидкости в другой; при этом эти две жидкости не смешиваются друг с другом, капли жидкости в эмульсии образуют дисперсную фазу, а окружающая их жидкость - дисперсионную среду. Эмульсии делят на два основных типа: "масло" в воде и вода в "масле". "Масло" подразумевает органическую фазу. Эмульсии неустойчивы и во времени расслаиваются, размеры капель эмульсии относительно большие: 110 мкм. Они стабилизируются умеренным количеством ПАВ (56% в расчете на водную фазу), кривизна межфазной поверхности "масло"-вода небольшая.

3.2.21 Эмульгаторы: ПАВ (поверхностно-активные вещества), понижающие межфазное натяжение до низких значений и быстро диффундирующие ко вновь возникающей межфазной поверхности, т.к. только при условии образования монослоя ПАВ она будет устойчива к коалесценции (примеры: алкилсульфаты, алкилсульфонаты, соли жирных кислот, лецитин и др.).

3.3 Термины и определения, относящиеся к свойствам, явлениям, характеристикам и технологическим процессам.

3.3.1 Адсорбция ПАВ на межфазных границах: Движущей силой адсорбции ПАВ на поверхностях и на межфазных границах является снижение свободной энергии границы раздела, стремление ПАВ концентрироваться на межфазных границах является их фундаментальным свойством. Чем сильней эта способность, тем выше эффективность ПАВ. Степень концентрирования ПАВ на поверхности зависит от их строения и природы контактирующих ПАВ. Эффективное ПАВ должно иметь низкую растворимость в жидких фазах. ПАВ, нерастворимые в воде и в неполярных жидкостях, локализуются на межфазных границах и очень эффективно снижают межфазное натяжение.

3.3.2 Гидроизоляция: Предотвращение или ограничение перемещения жидкостей.

3.3.3 Гранулометрический состав: Количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах.

3.3.4 Динамическое поверхностное натяжение: Это изменение поверхностного натяжения до момента достижения равновесия, при равновесии компонент с более низким поверхностным натяжением адсорбируется на поверхности, а поверхностное натяжение раствора понижается.

3.3.5 Дренирование: Сбор и перенос осадков, грунтовой воды и других жидкостей в плоскости материала.

3.3.6 Капиллярное водонасыщение: Процесс поглощения воды грунтом при уровне воды не более 3 мм от низа грунта. Определение капиллярного водонасыщения проводят в ванне с гидравлическим затвором в течение 3 суток. За величину капиллярного водонасыщения принимают количество воды, поглощенное образцом, выраженнное в % первоначального объема образца.

3.3.7 Коэффициент водонасыщения S: Степень заполнения объема пор водой, , где w - природная влажность грунта; e - коэффициент пористости; p - плотность частиц грунта; p - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см.

3.3.8 Степень гидрофобизации грунта, обработанного стабилизатором: Показатель, характеризующий гидрофобность грунта, численно равный отношению влажности обработанного грунта к влажности исходного грунта на пределе текучести, где - влажность грунта в % , а W - влажность на границе текучести гидрофобизированного (обработанного стабилизатором) грунта ;

W- влажность на пределе текучести исходного грунта.

3.3.9 Межфазное натяжение: Это свободная поверхностная энергия (по (поверхностное натяжение) на границе двух несмешивающихся или частично смешивающихся жидкостей, причина несмешиваемости обычно заключается в большой разнице сил когезии, действующих между молекулами каждой жидкости, поэтому на межфазной поверхности возникает нескомпенсированная сила.

3.3.10 Межфазная граница: Граница между двумя несмешивающимися фазами. Существует 5 различных межфазных границ: твердое тело - воздух, твердое тело - жидкость, твердое тело - твердое тело, жидкость - воздух, жидкость - жидкость. Способность ПАВ концентрироваться на межфазных границах является их фундаментальным свойством.

3.3.11 Морозостойкость: Способность материалов выдерживать многократное попеременное охлаждение до температур ниже 0°C и оттаивание без признаков разрушения или значительного снижения прочности (ГОСТ 10060.0).

3.3.12 Поверхностное натяжение: Является следствием сил когезии в жидкости, т.е. оно связано с силами притяжения между молекулами, по природе это дисперсионные, диполь-дипольные и индукционные взаимодействия, а также водородные связи; поверхностное натяжение жидкостей эквивалентно свободной поверхностной энергии, и его можно выражать в единицах энергии эрг/см или мДж/м.

3.3.13 Предел прочности грунта на одноосное сжатие, R, МПа: Отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.

3.3.14 Стабилизация грунтов: Технологический процесс получения материалов на основе грунтов и стабилизаторов, обеспечивающий изменение водно-физических свойств грунтов (снижение оптимальной влажности, повышение плотности, уменьшение пучинообразования и т.п.) с осуществлением производства работ как на дороге, так и в смесительных установках с последующим уплотнением при оптимальной влажности.

3.3.15 Степень засоленности грунта: Характеристика, определяющая количество воднорастворимых солей в грунте (в основном, хлоридов и сульфатов) %.

3.3.16 Степень водопроницаемости: Характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации К, м/сут.

3.3.17 Размокаемость грунта: Способность грунта терять в воде связность и характеризуется временем и характером размокания.

3.3.18 Пучинистость: Местное поднятие поверхности грунта, дорожного покрытия, вызванное увеличением объема пучинистых грунтов при их промерзании.

3.3.19 Набухание грунта: Процесс увеличения объема грунта, сопровождаемый развитием давления при взаимодействии с водой или растворами. Величину набухания образцов определяют по приращению объема образца после полного водонасыщения его водой, выраженному в % о* отношению к первоначальному его объему.
__________________
* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

3.3.20 Степень морозной пучинистости грунта: Характеристика пучинистости грунта при промерзании, оценивается относительной деформацией морозного пучения, которая определяется по специальной методике.

3.3.21 Структура грунта: Пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

3.3.22 Укрепление грунтов и других местных материалов: Совокупность мероприятий (внесение вяжущих и других веществ, последовательное выполнение всех предусмотренных технологических операций), обеспечивающих в конечном итоге коренное изменение структуры и свойств укрепляемых материалов с приданием им требуемой прочности, водо- и морозостойкости, осуществляется в дорожном и аэродромном строительстве.

3.3.23 Фильтрация: Пропускание жидкости в структуру материала или сквозь нее с одновременным сдерживанием грунтовых и подобных им частиц.

3.3.24 Число пластичности I: Разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W и на границе раскатывания W.

4. Классификация грунтов по степени их пригодности для различных видов стабилизации и комплексного укрепления грунтов.

Грунты, обработанные стабилизаторами, следует подразделять на грунты: стабилизированные, комплексно стабилизированные и комплексно укрепленные - рисунки 1, 2 (Приложение) [3]. Стабилизированные грунты получают по технологии перемешивания грунтов при оптимальной влажности с малыми дозами стабилизаторов-активных добавок, не являющимися вяжущими. Комплексно стабилизированные грунты получают по той же технологии, но с использованием, помимо добавок стабилизаторов, еще и до 2% вяжущих (органических или минеральных). И наконец, комплексно укрепленные грунты отличаются от комплексно стабилизированных содержанием вяжущих более 2%.

4.2 Все разновидности грунтов и стабилизаторы, используемые для их обработки, по своим химическим свойствам должны быть совместимы вне зависимости от вида этой обработки и элемента дорожной конструкции, где данный грунт предполагается использовать. Общие условия химической совместимости грунтов и стабилизаторов следует определять по дорожной классификации стабилизаторов (Приложение, рис.2) [2].

4.3 После определения вида грунта и выбора совместимой с ним группы стабилизаторов по их виду (катионные, анионные или универсальные), следует дополнительно, провести лабораторные исследования, связанные с тем, что при том или ином виде химической активности реальный грунт может иметь различный гранулометрический состав, а главное, содержать различное количество тонко-дисперсной части (пылеватые и глинистые частицы) и других составляющих своей структуры.

4.4 Выполненные исследования показывают, что на эффективность стабилизированных и комплексно укрепленных грунтов, в конечном счете, оказывают следующие показатели естественных грунтов:

- содержание глинистых частиц, %;

- содержание песчаных частиц, %;

- число пластичности;

- водородный показатель, рН;

- содержание гумусовых веществ, %;

- содержание гипса, %;

- содержание легкорастворимых солей: хлоридов и сульфатов, %;

- емкость обмена, мг-экв. на 100 г грунта.

4.5 Следует учитывать, что степень пригодности естественных грунтов для их стабилизации и укрепления, оцениваемая с позиций использования их с максимальной функциональной эффективностью в том или ином элементе дорожной конструкции, зависит от взаимного, наиболее благоприятного, количественного сочетания указанных в п.4.4 показателей.

4.6 Рекомендуемые параметры этих величин, а также степень пригодности грунтов к способу их обработки (стабилизации, комплексной стабилизации и комплексного укрепления) приведены в таблице 1.

4.7 Данные требования позволяют, не выполняя специальных лабораторных работ, произвести более полно, а следовательно и более обоснованно, предварительный отбор и оценку грунтов на предмет целесообразности их обработки стабилизаторами и вяжущими. Причем, по критериям, которые являются основополагающими как при выборе видов природных грунтов, так при определении их свойств для практического применения в различных дорожных конструкциях.

Таблица 1

N п/п	Наименование показателей грунтов	Виды обработки грунта, степень их пригодности
		Стабилизация грунтов		Комплексная стабилизация грунтов		Комплексное укрепление грунтов
		Наибо- лее пригодны	При- годны	Наибо- лее пригодны	При- годны	Наибо- лее пригодны	При- годны
1	2	3	4	5	6	7	8
1.	Содержание глинистых частиц, % ГОСТ 25100	3-12	12-15	3-15	12-25	3-25	12-30
2.	Содержание песчаных частиц, % от веса сухого грунта (2-0.05 мм)	20-50	Не менее 20	Более 50	Более 40	Более 50	Более 40
3.	Число пластичности ГОСТ 5180	3-12	12-17