Stabilizacja gruntu cementem jest jedną z najpowszechniej używanych metod wzmocnienia podłoża gruntowego w Polsce. Związane jest to z łatwością wykonania, dużą szybkością robót budowlanych oraz niskim kosztem przy jednoczesnym osiągnięciu zadowalających efektów.
Stabilizacja cementem - zasada działania
Stabilizacja gruntu cementem posiada mieszaną strukturę, składającą się z sztywnego szkieletu nośnego oraz wypełnienia agregatami niezwiązanych cząstek gruntu. Szkielet nośny powstaje podczas hydratacji cementu i nadaje stabilizacji nośność. Wypełnienie w postaci niezwiązanych cząstek gruntu jest amortyzatorem sił zewnętrznych i nadaje całości pewną podatność.
Ponieważ zawartość cementu w stabilizacji jest znacznie mniejsza niż w betonie powoduje to mniejszą wrażliwość na skurcz. Dzięki temu warstwa wykonana w ten sposób nie wymaga dylatacji, pod warunkiem jeśli grunt będzie zawierał odpowiednią ilość frakcji pylasto-ilastej. Dlatego też w przypadku stabilizacji czystych piasków, zaleca się dodać gruntu spoistego, najlepiej tak aby otrzymać mieszanek o optymalnym uziarnieniu. Podczas wykonywania stabilizacji gruntu cementem istotne jest odpowiednie rozdrobnienie i dokładne wymieszanie. Stosuje się do tego odpowiednie maszyny drogowe jak np. gruntomieszarki czy recyklery, które pozwalają na szybkie i skuteczne wykonanie tego rodzaju robót.
Ilość cementu stosowanego do stabilizacji gruntu zależy od uziarnienia gruntu, składu i wymagań. Cement wpływa na grunt zwiększając jego spójność i zmniejszając nasiąkliwość i plastyczność. Jego zawartość w stabilizacji zazwyczaj mieści się w przedziale 4-10%. Większe ilości cementu zwiększają wytrzymałość, ale jednocześnie powodują większe ryzyko skurczu i spękań.
Badania laboratoryjne gruntu
Przed rozpoczęciem prac związanych ze stabilizacją cementem, należy wykonać receptę technologiczną, której elementem jest szereg badań gruntu. Do podstawowych zalicza się oznaczenie: składu granulometrycznego, wskaźnika plastyczności, zawartości części organicznych oraz siarczanów, wilgotności optymalnej oraz maksymalnej gęstości objętościowej. Badania te pozwalają na stwierdzenie czy dany materiał gruntowy będzie się nadawał do stabilizacji cementem i czy będzie możliwe jego odpowiednie wymieszanie. Dodatkowo dla mieszanki cementu i gruntu oznacza się wytrzymałość na ściskanie, mrozoodporność.
Istotnym jest ustalenie wilgotności optymalnej mieszanki, ponieważ zapewnia najlepsze zagęszczenie i uzyskanie maksymalnej gęstości objętościowej szkieletu gruntowego. Przekłada to się na ostateczną wytrzymałość na ściskanie. Badania wytrzymałości wykonuje się na mieszankach o różnych zawartościach cementu, w celu ustalenia optymalnej jego zawartości. Jedną z podstaw wykonywania recept jest norma PN-S-96012.
Cement do stabilizacji gruntu
Dobierając cement do stabilizacji uwzględnia się typ stabilizowanego materiału ale również stosunkiem ceny do osiąganych efektów. Na rynku dostępnych jest pięć głównych typów cementu (w zależności od składu):
- cement portlandzki (CEM I)
- cement portlandzki wieloskładnikowy (CEM II)
- cement hutniczy (CEM III)
- cement pucolanowy (CEM IV)
- cement wieloskładnikowy (CEM V)
Wyróżnia się również klasy cementu w zależności od wytrzymałości zapraw normowych: 32,5 (wytrzymałość próbek po 28 dniach: 32,5–52,5 MPa); 42,5 (wytrzymałość próbek po 28 dniach: 42,5–62,5 MPa); 52,5 (wytrzymałość próbek po 28 dniach: >52,5 MPa). Cement dzieli się również tempo przyrastania wytrzymałości na: N - z normalną wytrzymałością wczesną; R - z wysoką wytrzymałością wczesną.
Dodatkowo stosuje się oznaczenia literowe do określenia rodzaju i ilości dodatku znajdującego się w cemencie: A - 6-20%, B - 21-35%; S - żużel wielkopiecowy, V - popiół lotny krzemionkowy, W - popiół lotny wapniowy, D - pył krzemionkowy, P - pucolana naturalna, Q - pucolana wypalana, L - wapień.
Najczęściej do stabilizacji stosuje się CEM II ze względu na stosunek ceny do otrzymywanych efektów wytrzymałościowych. Niektóre stabilizacje, w których wykorzystuje się dodatki (hydrofobowe, jonowymienne) często posiadają wymóg stosowania CEM I w celu osiągnięcia najwyższej jakości.
Wykonanie stabilizacji gruntu cementem
Stosuje się dwie główne metody wykonania stabilizacji gruntu cementem tj. wykonanie warstwy bezpośrednio w korycie drogi oraz mieszanie w węzłach stacjonarnych. Do mieszania gruntu z cementem na miejscu wykorzystuje się specjalnie przeznaczone do tego stabilizatory drogowe samojezdne lub doczepne. W celu odpowiedniego dozowania cementu wykorzystuje się rozsypywacze mas sypkich (tzw. siewniki) przy jednoczesnej kontroli ilości dozowanego na jeden metr kwadratowy gruntu. Proces stabilizacji gruntu cementem wykonywanej na miejscu w większości przypadków wygląda następująco:
- przygotowanie podłoża pod stabilizację, doprowadzenie do wilgotności optymalnej, wstępne wyrównanie powierzchni,
- dozowanie cementu za pomocą rozsypywaczy mas sypkich lub siewników,
- mieszanie materiału gruntowego i cementu, w zależności od potrzeb kilkukrotne,
- zagęszczanie wstępne warstwy stabilizacji,
- profilowanie z użyciem równiarki do osiągnięcia wymaganych spadków,
- ostateczne zagęszczanie walcami stalowymi bądź gumowymi.
