Spoiwa hydrauliczne
W drogownictwie stabilizacja gruntu jest procesem znanym i powszechnie stosowanym. W przypadku zastosowania spoiwa hydraulicznego, mamy wówczas do czynienia ze stabilizacją chemiczną, która powoduje zmiany w strukturze gruntu. Wykonuje się ją najczęściej poprzez wymieszanie powierzchniowej warstwy gruntu z odpowiednio dobranym rodzajem spoiwa hydraulicznego, a następnie właściwym jej zagęszczeniem. Połączenie gruntu ze spoiwem odbywa się w większości przypadków bezpośrednio na budowie. Istnieje również możliwość wykonania mieszanki grunt-spoiwo w stacjonarnych węzłach, następnie dochodzi do transportu oraz wbudowania mieszanki na budowie. Mieszanka gruntu ze spoiwem po odpowiednim zagęszczeniu oraz zakończeniu procesu wiązania nazywana jest gruntem stabilizowanym.
Spoiwa hydrauliczne wchodzą w reakcję z wodą zawartą w gruncie, przez co dochodzi do procesu hydratacji, a po stwardnieniu zachowują swoje parametry również w środowisku wodnym.
Wyróżniamy następujące rodzaje spoiw hydraulicznych:
- Cement np. portlandzki CEM I 42,5 R
- Spoiwa drogowe – specjalne mieszanki, w których skład mogą wchodzić cement, wapno, popioły lotne czy fluidalne oraz szereg innych dodatków w zależności od rodzaju i funkcji spoiwa,
- Wapno hydrauliczne – charakteryzuje się niską wytrzymałością mechaniczną, przez to nie należy do często używanych spoiw.
Stabilizacja gruntu spoiwem hydraulicznym w drogownictwie
Gdy stabilizacja gruntu spoiwem hydraulicznym jest stosowana w budownictwie drogowym, to w zależności czy warstwa gruntu stabilizowanego stanowi element konstrukcyjny możemy mówić albo o ulepszonym podłożu albo o podbudowie z gruntu stabilizowanego spoiwem hydraulicznym. W przypadku, gdy warstwa znajduje się poza konstrukcją nawierzchni mówimy o ulepszonym podłożu, które jest modyfikowane spoiwem hydraulicznym, aby zwiększyć jego przydatność poprzez poprawę parametrów gruntu rodzimego. W momencie, gdy ulepszymy podłoże do wymaganej nośności, możemy na niej wbudować pozostałe warstwy konstrukcji nawierzchni. Ilość spoiwa w ulepszonym podłożu jest na ogół mniejsza, gdyż wymagane parametry są niższe w stosunku do warstw konstrukcji nawierzchni.
Natomiast, jeśli warstwa znajduje się w konstrukcji mówimy wtedy o podbudowie z gruntu stabilizowanego spoiwem hydraulicznym, która po związaniu stanowi nośny fragment konstrukcji nawierzchni drogowej. Posiada ona zwykle wyższe parametry niż ulepszone podłoże. W obu przypadkach założenia takie jak wytrzymałość na ściskanie (Rm) i/lub wtórny moduł odkształcenia (E2) są uwzględnione w projekcie konstrukcji, co powoduje konieczność laboratoryjnego zaprojektowania mieszanki grunt-spoiwo oraz późniejszej kontroli w celach odbiorowych.
Spoiwa hydrauliczne w warstwach konstrukcji nawierzchni oraz w warstwach ulepszonego podłoża
Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych proponuje stosowanie spoiwa hydraulicznego w gruntach stabilizowanych w następujących warstwach:
- ulepszonego podłoża,
- mrozochronnych dla kategorii ruchu KR1-KR4,
- podbudowy pomocniczej dla kategorii ruchu KR3-KR4,
- podbudowy zasadniczej dla kategorii ruchu KR1-KR2.
Z czego jest złożona stabilizacja
Spoiwo – rodzaj jest określony projekcie konstrukcji nawierzchni. Ilość musi być każdorazowo dostosowana laboratoryjnie tak, aby wykonana warstwa spełniała określone wymagania wytrzymałościowe przy jak najmniejszej zawartości spoiwa.
Woda – stosowana do stabilizacji gruntu oraz ewentualnie do pielęgnacji wykonanej warstwy powinna odpowiadać wymaganiom PN-B-32250. Oprócz wód mineralnych, każda pitna woda wodociągowa nadaje się bez ograniczeń do stosowania w procesie chemicznej stabilizacji gruntów.
Grunt – przed przystąpieniem do stabilizacji powinien zostać przebadany. Powinien charakteryzować się odpowiednią ilością frakcji żwirowej, piaskowej oraz pylasto-ilastej. Najlepiej, gdy grunt zawiera przewagę frakcji piaskowej czy żwirowej (20≤WP≤50) z odpowiednią ilością frakcji pylasto-ilastej (do 15%) zapewniającą dostateczną podatność strukturalną stabilizacji. Poza uziarnieniem, grunt powinien odznaczać się odczynem pH powyżej 5, grunty kwaśne (pH<5) nie nadają się do stabilizacji. Wskaźnik plastyczności powinien mieścić się od 0 do 15 %, granica płynności wL < 40%, a zawartość części organicznych nie powinna przekraczać 2%.
Jednak poprzez zastosowanie dostępnych na rynku dodatków do spoiwa hydraulicznego często dzięki temu można stosować stabilizację z gruntami o właściwościach mniej korzystnych. Zaliczają się do nich grunty o podwyższonej zawartości części organicznych lub w przypadku gruntów spoistych takie o wyższej wartości wskaźnika plastyczności.
Zalety wykonania stabilizacji
- Zwiększenie wytrzymałości gruntu,
- Poprawa nośności,
- Poprawa zagęszczalności,
- Zwiększenie odporności na działanie wody,
- Poprawa mrozoodporności,
- Zmniejszenie wilgotności stabilizowanego materiału,
- Możliwość wykonywania dużych obmiarów stabilizacji w krótkim czasie realizacji,
- Mniejszy wpływ na degradację środowiska,
- Minimalizacja ilości materiałów odpadowych oraz towarzyszącego transportu i emisji spalin,
- Możliwość stabilizacji gruntu z wykopu, który wbudowywany jest w nasyp – ponowne wykorzystanie materiału,
- Możliwość wykonania warstwy stabilizacji bezpośrednio na budowie,
- Możliwość szerokiego zastosowania do różnych rodzajów gruntów.
Zapraszamy również do artykułu o recepcie laboratoryjnej stabilizacji spoiwem hydraulicznym
