Sposoby ulepszania podłoża 40

Z uwagi na częste występowanie słabych gruntów w podłożu nawierzchni drogowych, w literaturze przedmiotu można znaleźć wiele przykładów różnych metod ulepszania podłoża.

Autorzy raportu [50] definiują ulepszanie gruntu jako celową zmianę stanu, rodzaju lub zachowania materiału tworzącego podłoże, która ma pozwolić na osiągniecie oczekiwanej reakcji podłoża na istniejące lub projektowane czynniki otoczenia, w tym obciążenie.

W katalogu typowych konstrukcji nawierzchni z 1997 r. [94] oraz bazującym na nim rozporządzeniu o drogach [108], przewidziano następujące sposoby:

 wymianę słabego gruntu z podłoża nawierzchni na warstwę gruntu lub materiału niewysadzinowego,

 wykonanie warstw z gruntu stabilizowanego cementem,

 stosując zaawansowane metody zagęszczania i konsolidacji gruntu,

 zbrojenie geosyntetykami.

W 2002 r. Instytut Badawczy Dróg i Mostów opracował „Wytyczne wzmacniania podłoża gruntowego w budownictwie drogowym” [114]. Za główne sposoby ulepszania podłoża uważa się:

 wzmacnianie powierzchniowe:

a) zagęszczanie powierzchniowe – mechanicznie, warstwami,

b) doziarnienie i stabilizację mechanicznę – przy wykorzystaniu odpowiednich frakcji gruntu, kruszywa, następnie mieszanie i zagęszczanie,

c) ulepszanie spoiwami – mieszanie gruntu ze spoiwem i wodą wraz z zagęszczeniem i pielęgnacją;

 wymianę gruntu:

a) pełną – całkowite usunięcie słabych warstw i zastąpienie ich nasypami z materiałów przydatnych;

b) częściową – usunięcie części warstw słabych i wykonanie nasypów;

c) wyparcie gruntu nasypem – usypanie nasypów z wyparciem słabego podłoża, ewentualnie wspomagane wybuchami;

d) wypełnienie nasypu – wykonanie nasypów z lekkiego materiału.

Poza ww. metodami, w wytycznych [114] przedstawiono także przykłady metod specjalistycznych (m.in. statycznych, wibracyjnych, dynamicznych), które przy wykorzystaniu zaawansowanych maszyn i nowoczesnych materiałów budowlanych pozwalają ulepszyć stan gruntu w trudnych i skomplikowanych warunkach gruntowych.

W katalogach typowych konstrukcji nawierzchni z 2014 r. określono następujące możliwości ulepszenia podłoża, poprzez zastosowanie [95, 97]:

 mieszanek niezwiązanych (wg wymagań krajowych norm serii PN-EN 13285:2018-08 „Mieszanki niezwiązane. Specyfikacje.” [126]),

 gruntów stabilizowanych spoiwem hydraulicznym (wg norm PN-EN 14227-15:2015-12 „Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym. Specyfikacje – Część 15: Grunty stabilizowane hydraulicznie” [133]),

 gruntów niewysadzinowych pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego (ważna jest jednorodność materiału), z wyjątkiem piasku drobnego.

W zależności od kategorii obciążenia ruchem oraz grupy nośności podłoża gruntowego stosuje się różne grubości warstw dla odpowiednich materiałów (por. tablica 2.7).

Tablica 2.7 Wymagana grubość warstw ulepszonego podłoża (źródło: [95, 97])

Grupa nośności podłoża Grupa nośności podłoża

G3 G4 G2 G3 G4

KR1 - KR2 15 cm 24 cm 25 cm* 22 cm / 45 cm* 25 cm / 65 cm*

KR 3 - KR4 20 cm 25 cm - 25 cm 40 cm

KR5 - KR7 20 cm 25 cm 20 cm 25 cm 40 cm

* w przypadku braku zastosowania warstwy mrozoochronnej i podbudowy pomocniczej

2.2.2 Stabilizacja gruntów spoiwami hydraulicznymi

Pojęcie stabilizacji pojawia się już około 5 000 lat temu. Stabilizowane nawierzchnie dróg stosowano już w Starożytnej Mezopotamii i Egipcie. Mieszanki gruntowo-wapienne występowały w Starożytnej Grecji i Egipcie. Zastosowanie cementu w drogownictwie datuje się na rok 1915. W latach 30. ubiegłego wieku, w USA nastąpił wzrost popularności stabilizacji gruntów [76].

Little i Nair [47] prezentują następujący podział środków stabilizujących:

 tradycyjne – cement portlandzki, wapno, popioły lotne,

 nietradycyjne – złożone ze związków sulfonowych, chlorku amonu, enzymów i polimerów,

 z produktów ubocznych – pył z pieca cementowego, popioły po spaleniu łusek ryżowych.

Afrin [1] dodaje także nowoczesne rodzaje stabilizacji, takie jak:

 bitumiczną,

 elektryczną,

 z zastosowaniem geowłóknin i tkanin,

 z zastosowaniem odpadów recyklingowych.

Przy wyborze stabilizatora należy wziąć pod uwagę [29, 49]:

 rodzaj stabilizowanego gruntu,

 przeznaczenie warstwy,

 rodzaj i zakres oczekiwanej poprawy parametrów,

 projektowaną wytrzymałość na ściskanie,

 trwałość warstwy,

 koszty wytworzenia,

 wpływ na środowisko.

Geiman, Filz i Brandon podają kryteria doboru dodatków stabilizujących [22]:

 mineralogia gruntu i jego skład – zawartość substancji organicznych, siarczanów,

 rodzaj i stan gruntu – uziarnienie i plastyczność lub zagęszczenie,

 przeznaczenie warstwy,

 mechanizm działania spoiwa na grunt,

 docelowe parametry projektowanej warstwy,

 długość okresu użytkowania,

 warunki wodne – poziom wód gruntowych, kapilarne podciąganie wody itp.,

 ekonomiczność rozwiązania – potencjalna korzyść w odniesieniu do nakładów.

Wang określa czynniki, mające wpływ na właściwości stabilizowanych gruntów [76]:

 rodzaj i proporcja gruntu w składzie mieszanki,

 rodzaj i ilość spoiwa,

 zawartość wody w gruncie i ilość wody dostarczonej dla wilgotności optymalnej,

 odpowiednie zagęszczanie,

 jednorodność mieszania,

 warunki twardnienia i pielęgnacja,

 wiek warstwy.

Wiłun określa algorytm postępowania w trakcie stabilizacji [79]:

 badania laboratoryjne gruntów przeznaczonych do stabilizacji – czy ‘in situ’ na budowie lub kopalniach/żwirowniach,

 wybór właściwego rodzaju stabilizacji przy uwzględnieniu lokalnych warunków gruntowo-wodnych, a także możliwości realizacji robót i kosztów z nich związanych, z naciskiem na zastosowanie gruntów miejscowych,

 wykonanie robót stabilizacyjnych, obejmujących przygotowanie gruntu, mieszanie z odpowiednim dodatkiem, zagęszczanie i pielęgnacja mieszanki i gotowej warstwy aż do czasu ukończenia procesu twardnienia.

Zwraca się uwagę na ważną rolę odpowiedniego doboru składników mieszanki.

Recepta winna zapewnić [8]:

 zawartość procentową spoiwa pozwalającą na uzyskanie przez warstwę projektowanej wytrzymałości i mrozoodporności,

 uzyskanie oczekiwanych właściwości inżynierskich i materiałowych przez ulepszony grunt,

 skuteczność działania dodatku dla wybranego gruntu z uwzględnieniem jego mineralogii,

 niski skurcz mieszanki, które nie spowoduje potencjalnych pęknięć projektowanej warstwy.

Chmeisse jako ważne aspekty stabilizacji gruntów uważa [9]:

 zwiększenie wytrzymałości i sztywności gruntów,

 zwiększenie urabialności,

 zmniejszenie ściśliwości,

 zmniejszenie przepuszczalności,

 zmniejszenie niestabilności objętości,

 ochronę przed erozją.

Afrin wymienia także czynniki mające wpływ na jakość gruntów stabilizowanych [1]:

 zawartość gruntów organicznych – substancje organiczne reagują z produktami uwodorowienia np. wodorotlenkiem wapnia, który obniża pH; może ona opóźnić proces uwadniania; pogarsza także zagęszczalność i może mieć wpływ na obniżoną mrozoodporność;

 zawartość siarczanów – przy zawyżonej wilgotności mogą się tworzyć związki sulfoglinianu wapnia (kwasy sulfonowe, ettringity), które są szkodliwe dla mieszanki;

 właściwe zagęszczanie – powinno być prowadzone dla mieszanki o wilgotności optymalnej, w przypadku stosowania spoiw hydraulicznych, reakcja wiązania zaczyna się od momentu dodania wody; opóźnienie procesu zagęszczania może prowadzić do pękania wiązań i utraty wytrzymałości, zaś w przypadku wapna opóźnienie zagęszczania może mieć pozytywny wpływ na parametry mieszanki, gdyż grunt stabilizowany wapnem wymaga powolnego okresu dojrzewania, aby umożliwić dyfuzję spoiwa w gruncie, maksymalizując efekt obniżenia jego plastyczności;

 odpowiednia temperatura – w przypadku twardnienia mieszanki w niskiej temperaturze otoczenia, tempo zachodzenia reakcji chemicznych (w tym reakcji pucolanowych) ulega spowolnieniu, co może powodować obniżenie wytrzymałości; zgodnie ze specyfikacjami dotyczącymi wykonania warstw stabilizowanych spoiwami hydraulicznymi, nie można wykonywać warstwy jeżeli temperatura powietrza jest niższa niż +5^oC, podczas opadów i gdy podłoże jest zamarznięte.

2.2.3 Podział stabilizacji gruntów według zastosowanego spoiwa

2.2.3.1 Stabilizacja cementem

Stabilizacja cementem jest najbardziej powszechnym sposobem stabilizacji gruntów. Ma zastosowanie dla wszystkich gruntów mineralnych, najbardziej efektywna jest w przypadku gruntów niespoistych.

Afrin [1] uważa, że w stabilizacji cementem, aby uzyskać skuteczny efekt wiązania, ważne jest aby cząsteczki cementu pokryły cząstki gruntu, przy dodatku

niezbędnej ilości wody dla zapewnienia efektywnej. Proces wiązania rozpoczyna się po dodaniu wody oraz wymieszaniu mieszanki cementowo-gruntowej. Cement wypełnia pustki pomiędzy ziarnami gruntu, wnikając w pory, których nie wypełniła woda. Następnie reagując z wodą twardnieje, co powoduje poprawę wytrzymałości i nośności gruntu. Little i inni [46] zauważają, że głównym składnikiem cementów portlandzkich są krzemiany wapnia i gliniany wapnia, które w połączeniu z wodą rozpoczynają proces hydratacji. Wynikiem reakcji są związki cementujące w postaci krzemianu wapnia i uwodnionego glinianu wapnia oraz dodatkowo wytworzony wodorotlenek wapnia. Reakcja pucolanowa pomiędzy uwolnionym podczas hydratacji wodorotlenkiem wapnia, a zawartymi w gruncie glinem i krzemionką, powoduje stabilizację gruntu. Hossain [31] twierdzi, że na proces hydratacji cementu ma wpływ zawartość zanieczyszczeń w gruncie, stosunek ilości wody do cementu, temperatura hydratacji i jej powolne obniżenie, obecność dodatków oraz właściwa pielęgnacja w okresie dojrzewania [1].

Zastosowanie gruntów stabilizowanych cementem określone zostało w dokumentach technicznych – w katalogach typowych konstrukcji nawierzchni:

podatnych i półsztywnych [95], sztywnych [97] oraz w normach: PN-S-96012:1997

„Drogi samochodowe. Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntów stabilizowanych cementem” [140] i PN-EN 14227-15:2015:12 „Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym. Specyfikacje. Część 15: Grunty stabilizowane hydraulicznie” [133].

Wspomniana norma PN-EN w 2015 roku została wydana jako łączne zestawienie kilku wcześniej obowiązujących norm PN-EN 14227-10 do -14, które były poświęcone oddzielnie poszczególnym stosowanym rodzajom spoiw. Ww. normy zostaną opisane przy każdym spoiwie opisywanym w dalszej części pracy.

Innym dokumentem technicznym dotyczącym tematyki stabilizacji spoiwami hydraulicznymi są Wymagania Techniczne WT5:2010 „Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym do dróg krajowych” [113], opracowane na zlecenie Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad (a we wcześniejszej wersji na zlecenie Ministra Infrastruktury). Określono w nich parametry mieszanek, ze szczególnym uwzględnieniem krzywych uziarnienia kruszywa, charakteru domieszek i dodatków, rodzaju wody zarobowej, a także wyznaczono oczekiwane parametry gotowych produktów. „Wymagania…” zgodnie z przedmową są dokumentem

technicznym aplikującym postanowienia norm serii PN-EN 1, 2, 14227-3, 14227-4 oraz 14227-5, które dotyczą mieszanek kruszyw związanych spoiwami hydraulicznymi.

Mieszanki gruntu stabilizowanego cementem, zgodnie z katalogami [95, 97], mogą być głównie stosowane na dolne warstwy konstrukcji nawierzchni – jako warstwa ulepszonego podłoża (dla wszystkich kategorii obciążenia ruchem, KR1-KR7) oraz na górne warstwy konstrukcji nawierzchni – jako podbudowa zasadnicza dla nawierzchni obciążonych ruchem kategorii KR1-KR3.

W „starych” katalogach typowych konstrukcji z 1997 r. [94] i 2001 [96] stabilizację gruntów stosowano jak typowe wzmocnienie słabego podłoża gruntowego lub jako warstwę mrozoochronną, niezależnie od zadanego obciążenia ruchem. Dla kategorii KR2-KR6, grunty stabilizowane cementem mogły być przeznaczone na warstwę podbudowy pomocniczej, a wyłącznie dla kategorii KR1 podbudowy zasadniczej.

Wymagania wobec gruntów stabilizowanych cementem określone w katalogach z 1997, 2011 i 2014 r. zestawiono w tablicy 2.8.

Tablica 2.8. Wymagania wobec mieszanek z gruntów stabilizowanych spoiwem hydraulicznym [95, 97]

Warstwa

nie stosuje się nie stosuje się nie stosuje się

C5/6 ^d)

warstwa nie występuje warstwa nie występuje

KR3 - KR4 C3/4 C3/4

a) tylko dla KR1 b) dla KR2-6 c) minimalna grubość warstwy to 15 cm na szerokości całego koryta drogowego d) tylko dla KR3 oznaczenia Rm 1, MPa 5, Rm 2,5 MPa, Rm 5,0 MPa wg [108], oznaczenia C0,4/0,5, C1,5/2, C3/4 i C5/6 wg [133]

W normie [140] zawarto szczegółowe wymagania techniczne wobec materiałów, technologii wykonania oraz określono wymagania dla gotowych warstw. Wyróżnia się dwa technologiczne procesy stabilizacji, zależne od miejsca produkcji mieszanki:

 metoda na miejscu – grunty rodzime (w stanie naturalnym), miejscowe (po wcześniejszym usunięciu z podłoża w rejonie stabilizacji) lub nasypowe (najczęściej z dowozu), spoiste lub niespoiste, podlegają stabilizacji przy zastosowaniu rotorów,

 z dowozu – mieszanka zostaje wyprodukowana w stacjonarnych mieszarkach, na terenie betoniarni, gdzie najczęściej składnikiem jest grunt niespoisty; metoda zapewnia większą jednorodność mieszanki.

W zależności od przeznaczenia mieszanki i projektowanego obciążenia ruchem, zawartość cementu (odniesiona do masy suchego gruntu), nie powinna przekraczać [140]:

 dla ulepszonego podłoża – 8% dla ruchu bardzo ciężkiego KR 4-6 oraz 10% dla ruchu od lekkiego do ciężkiego KR 1-3,

 dla podbudowy pomocniczej – 6% dla ruchu bardzo ciężkiego KR 4-6 oraz 10%

dla ruchu od lekkiego do ciężkiego KR 1-3,

 dla podbudowy zasadniczej – 6% dla ruchu bardzo ciężkiego KR 4-6 oraz 8% dla ruchu od lekkiego do ciężkiego KR 1-3.

Grunty przeznaczone na stabilizację cementem winny spełniać wymagania zestawione w tablicy 2.9.

Decydującym kryterium dla zastosowania mieszanek jest wytrzymałość na ściskanie, określana po okresie 7 i 28 dni twardnienia (dla gruntów niespoistych) oraz dodatkowe wymaganie dla gruntów spoistych – mrozoodporność, oznaczana po 14 cyklach mrożenia. Pojedynczy cykl polega na zanurzeniu próbek stabilizowanych cementem w wodzie oraz ich mrożenie przez 8 godzin i następnie na rozmrażaniu przez 16 godzin (łącznie czas cyklu wynosi 24-godziny).

W normie wyróżniono trzy marki gruntu stabilizowanego cementem [140]:

 Rm = 1,5 MPa,

 Rm = 2,5 MPa,

 Rm = 5,0 MPa.

Tablica 2.9 Wymagania wobec gruntów stabilizowanych cementem (źródło: [140]) Właściwości

Wymagania Uziarnienie:

- ziarn przechodzących przez sito #50 mm; % (m/m) 100

- ziarn przechodzących przez sito #25 mm; % (m/m) 85-100

- ziarn przechodzących przez sito #4 mm; % (m/m) 50-100

- ziarn przechodzących przez sito #0,25 mm; % (m/m) 10-100

- ziarn przechodzących przez sito #0,05 mm; % (m/m) 0-100

- cząstek mniejszych od 0,002 mm; % (m/m) nie więcej niż 20

Granica płynności; % (m/m) nie więcej niż 40

Wskaźnik plastyczności; % (m/m) 15

Odczyn pH od 5 do 8

Zawartość części organicznych; % (m/m) nie więcej niż 2

Zawartość siarczanów w przeliczeniu na SO3; % (m/m) nie więcej niż 1

Wymagania dotyczące wytrzymałości na ściskanie oraz mrozoodporności dla stabilizacji ww. poszczególnych marek przedstawiono w tablicy 2.10.

Tablica 2.10 Wymagania wytrzymałościowe oraz mrozoodporność dla stabilizacji (źródło: [140])

Rodzaj warstwy w konstrukcji nawierzchni drogowej Wytrzymałość na ściskanie próbek

nasyconych wodą [MPa] Wskaźnik mrozoodporności

R7 R28

Podbudowa zasadnicza nawierzchni drogowej obciążonej ruchem kategorii KR1 lub podbudowa pomocnicza nawierzchni drogowej obciążonej ruchem kategorii

KR od 2 do 6

od 1,6 do 2,2 od 2,5 do 5,0 0,7

Górna część warstwy ulepszonego podłoża gruntowego o grubości co najmniej 10 cm w przypadku budowy nawierzchni dróg obciążonych ruchem kategorii KR5 i KR6 lub górna część warstwy ulepszenia słabego podłoża

z gruntów wątpliwych oraz wysadzinowych

od 1,0 do 1,6 od 1,5 do 2,5 0,6

Dolna część warstwy ulepszonego podłoża w przypadku posadowienia konstrukcji nawierzchni na podłożu

z gruntów wrażliwych na działanie mrozu i wody (wątpliwych i wysadzinowych)

- od 0,5 do 1,5 0,6

Norma PN-EN 14227-10 „Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym.

Specyfikacja – Część 10: Grunty stabilizowane cementem” jest normą klasyfikacyjną, w której podano kryteria podziału mieszanek gruntów stabilizowanych cementem [128]. Określono również główne wymagania, związane z:

 rodzajem cementu,

 maksymalnym uziarnieniem mieszanki (ziarna nie większe niż 63 mm),

 wodą zarobową,

 stopniem rozdrobnienia,

 nośnością określoną w badaniu CBR lub badaną po zanurzeniu w wodzie.

W normie określono także rodzaj próbek badawczych – cylindrycznych, o średnicy 100, 150 i 160 mm lub sześciennych, o boku 100 lub 150 mm.

Ocena jakości gruntu stabilizowanego cementem dokonana jest na podstawie wytrzymałość na ściskanie oraz wytrzymałości na rozciąganie. Klasy wytrzymałości na ściskanie podano w tablicy 2.11.

Tablica 2.11 Klasy wytrzymałości gruntów stabilizowanych cementem (źródło: [128])

Wytrzymałość charakterystyczna na ściskanie po 28 dniach [MPa]

Klasa wytrzymałości Próbki walcowe Próbki walcowe lub

sześcienne

H/D = 2.0 H/D = 1.0

0,15 0,2 C0.15/0.2

0,4 0,5 C0.4/0.5

0,8 1,0 C0.8/1

1,2 1,5 C1.2/1.5

1,5 2,0 C1.5/2

2,0 2,5 C2/2.5

2,3 3,0 C2.3/3

3 4 C3/4

4 5 C4/5

5 6 C5/6

6 8 C6/8

8 10 C8/10

9 12 C9/12

wartość deklarowana wartość deklarowana Cdekl

Ponadto analizowanymi właściwościami są: pęcznienie liniowe oraz objętościowe po zanurzeniu w wodzie. W odniesieniu do ważnej w świetle wymagań normy PN-S-96012 mrozoodporności, nie określono algorytmu badań, z uwagi na

„trudność ujednolicenia metody badań mrozoodporności dla różnych części

Europy”. Postępowanie dotyczące określenia mrozoodporności warstwy należy prowadzić zgodnie z wymaganiami krajowymi [133].

2.2.3.2 Stabilizacja wapnem

Stabilizacja wapnem jest powszechnie stosowania głównie do osuszania bardzo wilgotnych gruntów spoistych. Nie pozwala ona na uzyskanie wysokiej i trwałej w czasie wytrzymałości gruntu.

Robinson i Thagesen [60] podają, że wapno – nawet w małej ilości – zwiększa granicę plastyczności, co powoduje redukcję wskaźnika plastyczności i przyrost wskaźnika CBR. Dzięki kruchej strukturze, grunt staje się bardziej urabialny.

Z uwagi na znacznie wolniejszy przebieg reakcji pucolanowych w stabilizacji gruntów wapnem, opóźnienie między mieszaniem i zagęszczaniem jest o wiele mniej krytyczne niż w przypadku hydratacji cementu. Afrin [1] twierdzi, że wytrzymałość stabilizowanego gruntu rośnie ze względu na zdolność wymiany kationów, a nie w wyniku reakcji cementyzacji wywołanej reakcją pucolanową. Dodatek wapnia zwiększa pH oraz pojemność wymiany. Podobnie jak cement, w przypadku reakcji z mokrymi materiałami ilastymi powoduje wzrost pH, tworząc uwodniony krzemian wapnia i tlenek glinu. Reakcja z siarczanami może spowolnić proces stabilizacji i obniżyć wytrzymałość mieszanki. James i Pandian [32] przedstawiają, że reakcje w gruncie stabilizowanym wapnem dzielą się na krótkoterminowe – obejmujące wymianę jonową, flokulację i karbonatyzację – i długoterminowe – reakcje pucolanowe. Zdaniem Siti-Salwa i innych [65] główna reakcja pomiędzy wapnem, a gruntem powoduje połączenie cząstek gruntu przez twardy i nierozpuszczalny w wodzie żel. W krótkotrwałym procesie pucolanowym następuje wymiana jonów wapniowych znajdujących się w gruncie z jonami z wapna stabilizującego. Wapno najlepiej reaguje z gruntami spoistymi o wysokiej plastyczności, poprzez jej redukcję, poprawę urabialności, zmniejszenie pęcznienia oraz wzrost wytrzymałości.

Właściwości mieszanek stabilizowanych wapnem zależą od wielu zmiennych:

rodzaju gruntu, procentowej zawartości dodatku oraz warunków utwardzania (czasu, temperatury i wilgotności). Jako środki stabilizujące używa się uwodnione wapno wysokowapniowe, monohydrat wapna dolomitowego oraz kalcytowe i dolomitowe wapno palone. Wapno hydratyzowane jest stosowane najczęściej z uwagi na mniej

żrące właściwości [49]. Little i inni [46] uważają, że stabilizacja wapnem często jest wykorzystywana do krótkoterminowej modyfikacji i poprawy parametrów podłoża, np. w celu zapewnienia platformy roboczej do dalszych prac. Ponadto określają właściwości, na których poprawę ma wpływ wapno:

 zwiększenie wytrzymałości na ściskanie,

 zwiększenie odporności na działanie wilgoci,

 poprawę właściwości sprężystych wykonanej warstwy.

Zastosowanie oraz wymagania wobec mieszanek zawarte są w normie PN-S-96011:1998 „Drogi samochodowe -- Stabilizacja gruntów wapnem do celów drogowych” [139]. Wapnem dopuszczonym do stosowania jest wapno palone niegaszone lub suchogaszone. Materiałem zalecanym do stabilizacji są grunty spoiste o wskaźniku plastyczności wp ≥ 7. Grunty niespoiste lub grunty o wskaźniku piaskowym WP ≥ 30, a także zawierające w składzie co najmniej 10% części organicznych, nie podlegają stabilizacji. W tablicy 2.12 przedstawiono wymagania wobec mieszanek stabilizowanych wapnem.

Tablica 2.12 Wymagania wobec gruntów stabilizowanych wapnem (źródło: [139])

Fizyczno-mechaniczne właściwości gruntów stabilizowanych wapnem

Jednostka

Wartość wskaźników technicznych gruntów stabilizowanych lub ulepszanych wapnem przeznaczonym na:

W zależności od rodzaju gruntów, zastosowanego wapna i roli warstwy jaką stwardniała mieszanka ma pełnić w konstrukcji nawierzchni, zawartość spoiwa nie powinna przekraczać (wobec masy suchego gruntu) [139]:

 dla dolnych warstw ulepszonego podłoża, przeznaczonych do dalszego ulepszenia – od 2% do 4 %,

 dla górnych warstw ulepszonego podłoża – od 3% do 7 %,

dla dolnych warstw podbudowy obciążonej ruchem lekkim KR1 – od 5% do 8 %.

Norma PN-EN 14227-11:2006 „Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym.

Specyfikacja – Część 11: Grunty stabilizowane wapnem” podobnie jak norma dla cementu, jest normą klasyfikacyjną. Główne wymagania dotyczą [129]:

 rodzajem wapna – stosować można wapno gaszone i palone,

 maksymalnym uziarnieniem mieszanki (95% ziarn winno być mniejsze niż 63 mm) oraz zawartością pyłów,

 wodą zarobową,

 zawartością siarczanów,

 stopniem rozdrobnienia,

 wskaźnikiem wilgotności,

 wskaźnikiem plastyczności,

 nośnością określoną w badaniu CBR lub badaną po zanurzeniu w wodzie.

W normie [129] określono dwie możliwości zastosowania spoiwa, jako:

 wapno do ulepszania gruntu – dodatek spoiwa poprawia właściwości gruntu poprzez czasowe obniżenie wilgotności, zmniejszenie plastyczności i zwiększenie nośności aby zapewnić urabialność w trakcie robót ziemnych i możliwość zagęszczenia, a także wykonanie platformy roboczej dla ułożenia kolejnej warstwy;

 wapno do stabilizacji – dodatek spoiwa w trwały sposób poprawia właściwości mechaniczne i nośność gruntu, szczególnie w odniesieniu do działania wody i mrozu.

Ocenę nośności CBR, wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie dokonuje się tak samo jak dla mieszanek stabilizowanych cementem.

2.2.3.3 Stabilizacja popiołami lotnymi

Siti-Salwa i inni [65] definiują popioły lotne jako produkty uboczne spalania węgla bitumicznego (o dużej zawartości popiołów lotnych) w elektrowniach, które bez aktywatorów mogą być stosowane do ulepszania gruntów. Popioły lotne dzieli się na dwa rodzaje [49]:

 klasy C – ze spalenia węgla brunatnego, jest określany jako popiół o wysokiej zawartości wapna (powyżej 20%), jest samoreaktywny, ma właściwości pucolanowe w obecności wody;

 klasy F – pochodzący ze spalenia antracytu lub węgla bitumicznego, zawiera do 10% wapna, aby tworzyć reakcję pucolanową należy zwiększyć ilość wapna.

Rolka i Ślęzak [61] zauważają, że wyłącznie popioły lotne powstałe w wyniku spalania węgla kamiennego i biomasy dodane do gruntu powodują przyrost jego wytrzymałości na ściskanie. Według Afrina [1] stabilizacja popiołami lotnymi nabiera znaczenia w ostatnich latach, jednak jej efekt jest gorszy niż stabilizacji cementem i wapnem. Dahale, Nagarnaik i Gajbhiye [17] zauważają fakt, iż popioły lotne są odpadami poprzemysłowymi, które mogą być substancjami niebezpiecznymi dla zdrowia z uwagi za zawartość substancji toksycznych (np. chromu, toru, ołowiu, rtęci, kadmu). Problemem jest utylizacja popiołów. Część z nich jest wykorzystywana jako dodatki do cementu, spoiwa do gruntów czy produkcji cegieł. Pozostałości są często składowane na placach przy elektrowniach. Własności fizyczne i chemiczne, które mają wpływ na reaktywność pucolanową popiołów lotnych to niespalona zawartość węgla lub strata podczas wypalania, struktura powierzchni właściwej oraz zawartości krzemionki tlenków glinu i wapnia.

W normie PN-S-96035:1997 „Drogi samochodowe – Popioły lotne” [141] opisano spoiwo przeznaczone do stabilizacji popiołami lotnymi. W specyfikacji technicznej D-04.05.03 „Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabilizowanego aktywnymi popiołami lotnymi” [100] określono wymagania wobec gruntów stabilizowanych popiołem (por. tablica 2.13) oraz podano maksymalną zawartość spoiwa (w odniesieniu do masy suchego gruntu):

 dla ulepszonego podłoża – od 6% do 10 %,

 dla podbudowy pomocniczej – od 8% do 12 %,

 dla podbudowy zasadniczej – od 10% do 15 %.

Stabilizację gruntu popiołem wykonuje się metodą „na miejscu” przy wykorzystaniu specjalistycznych maszyn (rotorów). Decydującym kryterium o przydatności gotowej mieszanki jest uzyskana wartość wytrzymałości na ściskanie, oznaczana po okresie 14 i 42 dni twardnienia.

Tablica 2.13 Wymagania wobec gruntów stabilizowanych popiołem (źródło: [100]) Właściwości

Wymagania Uziarnienie:

- ziarn przechodzących przez sito #40 mm; % 100

- ziarn przechodzących przez sito #40 mm; % 100

W dokumencie DIAMIDOAMINY NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE I MROZOODPORNOŚĆ GRUNTÓW MAŁO I ŚREDNIO SPOISTYCH (Stron 40-200)