ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
ГРУНТОВ
3.1.
КЛАССИФИКАЦИЯ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И
ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
В основу классификации дорожно-строительных материалов (ДСМ) положен
технологический признак, представляющий собой вид сырья, из которого
изготовлены материалы, или технологические приемы, обеспечивающие
получение материала.
На основе этого ДСМ разделяют на следующие группы:
грунты, естественные каменные материалы, вяжущие материалы, бетоны,
железобетонные изделия, лесные материалы, стальной прокат, полимерные
материалы, химические реагенты, искусственные каменные материалы.
В больших объемах на строительстве дорог используют грунты и
естественные каменные материалы, характерной особенностью которых
является большая объемная масса. Стоимость перевозки этих материалов
может значительно превышать стоимость самих материалов на месте их
добычи и изготовления. Поэтому строители с целью удешевления материалов
и разгрузки транспорта стремятся по возможности шире применять те
материалы, которые добываются и вырабатываются вблизи трассы дороги.
Такие материалы называют местными. Материалы же, которые везут издалека,
получили название привозных.
ДСМ характеризуются физическими, механическими, химическими свойствами и
свойствами по отношению к действию воды и тепла.
Физические свойства. Удельная масса у— масса единицы
объема, не считая пор.
Механические свойства. Прочность — это свойство материала
сопротивляться разрушениям под действием напряжений, возникающих от
нагрузок, температуры и других факторов. ДСМ в дорожных конструкциях
работают на сжатие, растяжение, изгиб и срез, но чаще на сжатие.
Прочность ДСМ характеризуют пределом прочности, который имеет широкий
диапазон колебания. Например, при сжатии бетона предел прочности равен
5... 60 МПа, сосны вдоль волокон 30... 45, гранита
100... 220 МПа.
Упругость — свойство материала под действием нагрузки деформироваться, а
после снятия нагрузки восстанавливать свою первоначальную форму.
Напряжения, при которых возникает остаточная деформация очень малой
величины, устанавливаемая техническими условиями на данный материал,
называются пределом упругости. При напряжениях, равных пределу
упругости, практически остаточных деформаций не наблюдается.
Пластичность — способность материала в значительных пределах изменять
под действием нагрузок свои размеры и форму без образования трещин и
сохранять эти размеры и форму после снятия нагрузок. К пластичным
материалам относится битум, переувлажненные глинистые грунты.
Хрупкость — свойство материалов разрушаться без предварительной
деформации. К хрупким материалам относятся, например, большинство
природных каменных материалов: граниты, базальты, сиениты, которые
сравнительно плохо сопротивляются удару.
Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него
более твердого тела. Между твердостью и
прочностью прямой зависимости нет. Твердость
каменных материалов определяют по шкале твердости, в которой 10
специально подобранных материалов расположены в таком порядке, что на
каждом из них все последующие оставляют черту. Шкала состоит из
следующих материалов: 1—тальк, 2— гипс, 3 — кальцит, 4 — плавиковый
шпат, 5 — апатит, 6 — ортоклаз, 7 — кварцит, 8 — топаз, 9 — корунд, 10 —
алмаз.
Истираемость — способность материала уменьшаться в массе и объеме под
действием истирающих усилий. Для малосвязных дорожно-строительных
материалов сопротивление истиранию имеет особо большое значение.
Испытания ведут на полочном барабане. В зависимости от истираемости,
например, гравий подразделяют на четыре марки: И—I (потеря в массе во
время испытания до 20 %), И—II (20 ... 30 %), И—III (30 ... 40 %), И—IV
(40...50 %).
Свойства по отношению к действию воды.
Водопоглощение— способность материала впитывать и удерживать воду —
определяют по разности масс в насыщенном водой и абсолютно сухом
состоянии [формула (3.3)]. Водонасыщение, например, щебня и гравия
осуществляют выдерживанием образцов в воде в течение 48 ч.
Водопоглощение колеблется в широких пределах: у тяжелого бетона 3%, у
гранита 0,5...
0,7 %, у кирпича глиняного 8... 20 %.
Важно знать, что при водонасыщении материала его свойства существенно
изменяются, в том числе уменьшается прочность вследствие ослабления
связей между частицами. Отношение прочности материала в водонасыщенном
состоянии к прочности в сухом называют коэффициентом размягчения,
который колеблется от 0 у глиняных необожженных материалов до 1 у стали,
битумов. Каменные материалы в условиях действия на них воды с
коэффициентом размягчения менее 0,75 в дорожных конструкциях применять
нельзя.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии
выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без
видимых признаков разрушения (расслоения, шелушения, растрескивания,
выкрашивания), без ощутимого понижения прочности (уменьшение прочности
не более 20...25 %) и без потерь в массе (не более 5 %). Материалы на
морозостойкость испытывают в холодильных камерах при температуре —17 °С.
По числу выдерживаемых циклов замораживания и оттаивания различают
материалы марок: Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 100, Мрз
150, Мрз 200. Например, для бетонов установлены пять марок: Мрз 50, Мрз
100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300