Дорожно-строительные материалы. Практикум

И. Г. Гайсин, М. Н. Волдаев








        ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ПРАКТИКУМ

Учебное пособие













Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 630*3
ББК 43.904
     Г14


Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры транспортно-технологических машин ПГТУ М. Ю. Смирнов; кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой строительных технологий и автомобильных дорог ПГТУ
В. М. Вайнштейн



     Гайсин, И. Г.
Г14      Дорожно-строительные материалы. Практикум : учебное по-
     собие / И. Г. Гайсин, М. Н. Волдаев. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2023. - 84 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1480-7

           Изложена методика определения пригодности грунтов и природных каменных материалов для дорожного строительства. Приводятся теоретические аспекты расчета основных свойств дорожно-строительных материалов.
           Для студентов очной и заочной форм обучения направлений подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств».

УДК 630*3
ББК 43.904










ISBN 978-5-9729-1480-7 © Гайсин И. Г., Волдаев М. Н., 2023
                      © Поволжский государственный технологический университет, 2023
                      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                      © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

        ОГЛАВЛЕНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ......................................4
ВВЕДЕНИЕ.........................................5
1. ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ОТРАСЛИ........................................6
1.1. Определение зернового состава грунтов и обоснование его пригодности для укрепления вяжущими материалами.6
1.2. Теплоемкость грунтов и методы ее измерения.17
1.3. Природные каменные материалы и их основные свойства........................................23
1.4. Керамические материалы в дорожном строительстве. Решение практических задач......................28
1.5. Дорожные битумы............................37
1.6. Портландцемент и применение его в дорожном строительстве...................................40
1.7. Расчет состава цементобетона...............52
1.8. Использование древесины, отходов лесозаготовки и переработки в лесном дорожном строительстве...66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................73
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................74
ПРИЛОЖЕНИЯ......................................77

3

        ПРЕДИСЛОВИЕ


   Эффективность выполнения лесосечных работ лесозаготовительным предприятием зависит от наличия в лесу разветвленной сети лесовозных дорог и их состояния.
   Работоспособность дорожного покрытия лесовозных дорог и его долговечность во многом определяется качеством используемых дорожно-строительных материалов, а также от используемой дорожно-строительной техники при выполнении дорожностроительных работ.
   Учебным планом подготовки бакалавров по направлению 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» предусмотрено выполнение студентами практических работ.
   Цель учебного пособия - приобретение студентами практических навыков определения пригодности материалов для дорожного строительства. Студенту важно научиться выполнять расчеты основных свойств дорожно-строительных материалов.
   Учебное пособие также может быть использовано студентами других строительных направлений и инженерно-техническими работниками, занимающимися строительством и эксплуатацией лесовозных дорог.

4

        ВВЕДЕНИЕ


   Площадь земель лесного фонда Российской Федерации, на которых расположены леса, составляет 1187,6 млн га. При этом общий запас леса равен 82,5 млрд м³.
   Выполнение лесозаготовительных работ требует устройства разветвленной дорожной сети. Лесные дороги обеспечивают возможность выполнения лесовосстановительных работ, различных видов рубок.
   Строительство, содержание и ремонт лесовозных дорого выполняется с использованием дорожно-строительных материалов. Из них возводят земляное полотно, дорожную одежду и систему водоотвода.
   Для обеспечения прочности дорожного покрытия необходимо знать свойства исходного сырья, полуфабрикатов и ингредиентов, составляющих материал, а также технологию его производства [25].
   Учебное пособие содержит методы определения пригодности и расчет основных свойств грунтов и природных каменных материалов для строительства лесных дорог. Самостоятельное выполнение студентами рассмотренных в учебном пособии инженерных задач обеспечит приобретение ими профессиональных навыков в вопросах дорожного строительства.

5

1. ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ОТРАСЛИ


1.1.   Определение зернового состава грунтов и обоснование его пригодности для укрепления вяжущими материалами

   Все грунты по степени пригодности для укрепления вяжущими материалами подразделяются на три группы (рис. 1.1):
   1) пригодные;
   2) условно непригодные;
   3) непригодные.


Рисунок 1.1 - Классификация грунтов по степени пригодности для укрепления вяжущими материалами

6

   Пригодные грунты подразделяются на четыре подгруппы: IA, 1Б, IB, 1Г.
   Подгруппа IA включает крупно- и мелкообломочные грунты в естественном виде, наиболее пригодные для укрепления любыми материалами (характеризуются высокими показателями прочности).
   Подгруппа 1Б включает песчаные, супесчаные и легкосуглинистые грунты, а также песчано-глинистые смеси оптимального гранулометрического состава.
   Подгруппа IB включает суглинистые и тяжелосуглинистые грунты пылеватых и непылеватых разновидностей, характеризуемые ограниченной пригодностью (для них рекомендуется применение комплексных методов). Для тонкого размельчения этих грунтов необходимо использовать многократные однопроходные грунтосмесительные машины или стационарные установки.
   Подгруппа 1Г включает песчанистые и пылеватые глины, которые являются условно пригодными для укрепления. Грунты, включенные в эту подгруппу, допускается подвергать укреплению лишь при использовании добавок активных веществ.
   Условно непригодные грунты включают в себя крупнообломочные несвязные каменные породы, не пригодные для укрепления по причине малого содержания песчано-глинистых фракций. Крупные обломки могут вызвать поломку рабочих органов грунтосмесительных машин.
   Непригодные грунты представлены жирными высокопластичными глинами, обладающими большой связностью в сухом состоянии. Такие грунты требуют колоссальных затрат механической энергии на обработку и чрезмерного расхода вяжущего материала, что экономически невыгодно.

7

   При сооружении земляного полотна все грунты классифицируются по пригодности в зависимости от их дорожно-строительных свойств. Верхнюю часть земляного полотна следует устраивать преимущественно из непучинистых и слабопучинистых грунтов: на толщину 1,2 м - от поверхности цементобетонных покрытий и 1,0 м - от поверхности асфальтобетонных покрытий.
   Крупнообломочные грунты, к которым относятся щебенистые (галечниковые), дресвяные (гравийные), а также гравелистый песок, являются весьма пригодными для сооружения земляного полотна автомобильной дороги. К этой же категории относятся песок гравелистый и супесь легкая крупная (табл. 1.1) [17].

Таблица 1.1

Классификация грунтов по пригодности для земляного полотна автомобильной дороги

                     Пригодность грунтов               
Вид грунта   Весьма    Пригодные   Мало-   Непригодные
            пригодные            пригодные            
    1           2          3         4          5     
           щебенистый                                 
Крупно-    галечнико-     ---       ---        ---    
обломочные     вый                                    
            дресвяный     ---       ---        ---    
            гравийный                                 
           гравелистый    ---       ---        ---    
Песчаные:      ---      крупный     ---        ---    
песок          ---      средний     ---        ---    
               ---      мелкий      ---        ---    
               ---        ---    пылеватый     ---    

8

Окончание таблицы 1.1

    1         2         3          4         5    
           легкая      ---        ---       ---   
Пылевато-  крупная                                
глинистые:   ---     легкая       ---       ---   
супесь       ---       ---     пылеватая     -    
             ---       ---        ---    пылеватая
             ---     легкий       ---       ---   
             ---       ---      легкий      ---   
суглинок                       пылеватый          
             ---     тяжелый      ---       ---   
             ---       ---      тяжелый     ---   
                               пылеватый          
             ---   песчанистая    ---       ---   
глина        ---       ---     пылеватая    ---   
             ---       ---        ---     жирная  

   Песок крупный и средний относятся к категории пригодных. К этой же категории относится песок мелкий, однако он является менее устойчивым по сравнению с крупным и средним. Пригодными для сооружения земляного полотна также являются: супесь легкая, суглинок легкий и тяжелый, глина песчанистая.
   Наличие большого количества пылеватых частиц в грунтах естественного сложения придает грунту неустойчивые свойства, т. к. пылеватые частицы при увлажнении приобретают текучие свойства. Пылеватые разновидности образуют категорию малопригодных грунтов, к которой относятся: песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинки легкий пылеватый и тяжелый пылеватый, а также глина пылеватая.

9

   Из всех разновидностей грунтов только два вида образуют категорию непригодных, к которой относятся: суглинок тяжелый пылеватый и глина жирная.
   В производственных условиях границей между гравийными и песчаными частицами принято считать не 2, а 5 мм. Это связано с тем, что при просеивании частиц через грохоты с отверстиями 5 мм получение песчаных фракций происходит значительно быстрее и производительнее, чем через грохоты с отверстиями 2 мм. При этом присоединение частиц размером 2-5 мм к песчаным фракциям существенно улучшает физические и механические свойства песка.
   С другой стороны, удаление частиц размером 2-5 мм из массы гравия улучшает физические и механические свойства этих материалов.

        Задание

   1. Определить вид грунта по модулю крупности.
   2.    Определить однородность грунта по коэффициенту максимальной неоднородности.
   3.    Определить максимальную плотность и оптимальную влажность грунта.
   4.    Определить пригодность грунта для укрепления вяжущими материалами.
   Исходные данные приведены в приложении 1.
   Пример расчета приведен ниже.


10

Исходные данные:

1. Вариант                            26 
2. Содержание частиц (г) следующих       
размеров (мм):                           
                 2,5                  45 
1,25                                  75 
0,63                                  155
                0,315                 95 
0,16                                  50 
             менее 0,16               80 
3. Плотность грунта, (г/см3)             
при влажности (%):                       
pW1 = 1,8 г/см3     при    W1 = 6 %;     
pW2 =2,0 г/см3     при    W2 = 8 %;      
pW3 = 2,1 г/см3     при    W3 = 14 %;    

   Последовательность расчета:
   1.    Определяют вид грунта по модулю крупности. Для этого рассчитывают частные и полные остатки, и полные просевы. Результаты определения зернового состава грунтов заносят в таблицу 1.2.


Таблица 1.2

Результаты определения зернового состава грунтов

 №     Размеры       Остатки      Частные     Полные    Полные 
п/п отверстий сит, на ситах mi, остатки а,, остатки At, просевы
          мм            г            %           %       ПП, % 
 1        2             3            4           5         6   
 1       2,5            45           9           9        91   
 2       1,25           75          15          24        76   
 3       0,63          155          31          55        45   

11