Czym jest stabilizacja chemiczna?
Stabilizacja chemiczna gruntu to grupa metod trwałego wzmacniania i utrwalania gruntu, wykonywanych przy wykorzystaniu różnego rodzaju środków chemicznych, które miesza się z gruntem oraz ewentualnie z wodą. Stabilizacja gruntu znajduje zastosowanie przede wszystkim w budownictwie komunikacyjnym: drogowym czy kolejowym, ale także na przykład przy budowach składowisk i magazynów. W zależności od oczekiwanych właściwości stabilizowanej warstwy, grunty stabilizować można przy wykorzystaniu spoiw hydraulicznych, w tym cementu, wapna, popiołów, a także z zastosowaniem różnych dodatków, takich jak ziarniste dodatki trwale zwiększające odporność na absorpcję kapilarną wody czy dodatki jonowymienne.
Stabilizacja cementem
Pierwsza spośród wymienionych grup stabilizacji, stabilizacja gruntu cementem, powszechnie stosowana w drogownictwie, sprowadza się do sporządzenia odpowiedniej mieszanki gruntowo-cementowej, czyli wymieszania materiału gruntowego z cementem przy odpowiedniej wilgotności, a następnie jej wyprofilowania i zagęszczenia.
Projektowanie składu mieszanki gruntowo - cementowej
Ilość oraz rodzaj stosowanego cementu projektuje się w zależności od roli warstwy którą ma tworzyć stabilizowany grunt, oraz jej umiejscowienia w konstrukcji nawierzchni. Typ i rodzaj konstrukcji nawierzchni jest z kolei zależna przede wszystkim od kategorii ruchu drogowego czy od warunków gruntowych konkretnego miejsca. Wymagania do projektowania, ale również wykonywania, badania, pielęgnacji i odbioru robót zawiera norma PN-S-96012:1997: Drogi samochodowe - Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabilizowanego cementem. Orientacyjne ilości dozowanego cementu to zwykle 2-10% w stosunku do masy suchego gruntu.
Badania gruntu oraz mieszanki gruntowo - cementowej
Grunt przeznaczony do stabilizacji cementem powinien spełniać wymagania co do uziarnienia, granicy płynności, wskaźnika plastyczności, odczynu pH, zawartości części oragnicznych oraz siarczanów. Mieszanka natomiast powinna przede wszystkim spełniać wymagania co do wytrzymałości na ściskanie próbek gruntu stabilizowanego cementem. Dodatkowym kryterium może być wskaźnik mrozoodporności próbek. Skład ilościowy mieszanki projektuje się każdorazowo dla konkretnego materiału gruntowego laboratoryjnie w taki sposób, aby zastabilizowane próbki materiału gruntowego z cementem uzyskały pożądane wartości wytrzymałości na ściskanie, poprzez zastosowanie kilku (zwykle trzech) wariantów dozowania cementu. Jak przy każdym rodzaju stabilizacji gruntu, zaleca się zagęszczanie materiału w wilgotności optymalnej, lub możliwie najbardziej zbliżonej do optymalnej.
Przeczytaj także artykuł - Ile trwa wykonanie recepty stabilizacji spoiwami hydraulicznymi
Dodatki jonowymienne
Aby poprawić jakoś stabilizacji cementowej, stosuje się dodatki jonowymienne. Jest to grupa dodatków chemicznych, mających na celu poprawę jakości stabilizacji cementowych. Zapewniają one występowanie dodatkowych reakcji chemicznych w procesie hydratacji cementu - zmianę równowag jonowych, zwłaszcza jonów chlorkowych i wodorotlenkowych, prowadzących do szybszej krystalizacji składników cementu, a w konsekwencji przyspieszenia reakcji krzemianów z wodą. Zastosowanie środków jonowymiennych powoduje wzrost właściwości sprężystych warstwy, przy jednoczesnym zachowaniu odpowiedniej sztywności.
Stabilizacja wapnem
Stabilizacja gruntu wapnem stosowana jest z kolei przede wszystkim w celu uzdatniania i stabilizacji gruntów przewilgoconych (osuszanie) oraz spoistych, kwaśnych czy humusowych. Wapno sucho gaszone (hydratyzowane) stosuje się przy stabilizacji gruntów średnio spoistych, lub jako dodatek ulepszający przy wykonywaniu stabilizacji cementem gruntów bardzo spoistych. Wapno palone niegaszone natomiast stosuje się w przypadku stabilizacji gruntów bardzo spoistych oraz takich, których wilgotność jest znacznie większa od optymalnej. Silnie reaguje ono z wodą, czemu towarzyszy wydzielanie dużej ilości ciepła, która powoduje osuszenie gruntu. W przypadku gruntów spoistych obniżenie poziomu wilgotności wpływa na zmniejszenie wartości wskaźnika plastyczności gruntu. Orientacyjne wartości ilości dozowanego wapna to mniej więcej 3-8% w stosunku do masy suchego gruntu. Przy osuszaniu przyjmuje się, że każdy 1% wapna dodany do gruntu zmniejsza jego wilgotność o 1-5%.
Stabilizacja popiołami lotnymi
Popioły lotne, powstające przy spalaniu miału węgla w zakładach energetycznych, mogą być stosowane przy stabilizacji cementem gruntów sypkich oraz spoistych, ale także samodzielnie jako spoiwo do stabilizacji gruntów spoistych i mało spoistych. Wymagania techniczne jakim powinny odpowiadać materiały oraz ich mieszanki przy stabilizacji gruntów wapnem lub popiołami lotnymi z węgla kamiennego podaje norma PN-S-96011:1998: Drogi samochodowe - Stabilizacja gruntów wapnem do celów drogowych. Określa ona również parametry wymagane do spełnienia przy projektowaniu, wykonaniu robót i pielęgnacji warstwy stabilizowanej wapnem lub popiołami lotnymi. Dla stabilizacji tylko popiołami lotnymi, orientacyjne dozowanie ilościowe to 5-10% w stosunku do suchej masy gruntu.
Stabilizacja hydrofobowa
Środki do stabilizacji gruntów mają generalnie za zadanie nadanie pewnej wytrzymałości stabilizowanemu gruntowi, umożliwiającej przenoszenie obciążenia z wyżej położonych warstw konstrukcji nawierzchni na podłoże gruntowe. Stabilizacja chemiczna może jednak wnosić dodatkowe korzyści, czego najlepszym przykładem jest stabilizacja hydrofobowa. Dodatki trwale zwiększające odporność na absorpcję kapilarną wody, jak nazywane są środki stosowane do tego rodzaju stabilizacji, mają na celu odcięcie podciągania kapilarnego wody do warstwy. Taka właściwość zapewnia szereg korzyści, zwiększających trwałość całej konstrukcji nawierzchni. Odcięcie podciągania wody w konstrukcji wpływa na wyeliminowanie ryzyka obniżenia tarcia wewnętrznego materiałów niezwiązanych oraz degradacji materiałów związanych, oraz poprawienie właściwości termoizolacyjnych konstrukcji. Stabilizacje takie przeznaczone są do gruntów zawierających w swoim składzie granulometrycznym odpowiednią ilość frakcji pylasto-ilastej, a więc od piasków gliniastych czy glin piaszczystych po gliny.
