Исследование свойств КББ при воздействии сдвиговых нагрузок

Ю. А. Полетаев, Б. М. Люпаев, А. И. Ликомаскин,

А. А. Морозов, П. И. Пивкин

При воздействии динамических и статических нагрузок от автомобилей в дорожной одежде из щебня возникают горизонтальные смещения слоев щебня. Исследованы высокопрочные при сдвиге конструкции одежды из каркасного бесцементного бетона, в котором щебень расклинцован песком.

В Мордовии для строительства и ремонта автомобильных дорог используется щебень местных или ближайших карьеров. Он имеет порой невысокую прочность, что в большинстве случаев является причиной недолгосрочной работы дорожной одежды. Так как закупка щебня в других регионах России экономически не выгодна, необходимо решение, отвечающее экономическим требованиям и простоте с технологической точки зрения.

Выходом, исходя из опытов, является применение каркасного бесцементного бетона (КББ) [2; 5; 4], состоящего из каркаса, образованного уплотненным щебнем, пустоты в котором заполнены песком. Данный материал — это рационально подобранная смесь щебня и песка, оптимальное процентное соотношение которой подбиралось по ходу испытаний. При работе КББ на сжатие его деформация на порядок меньше, чем щебеночного основания [1]. Деформативность и несущая способность КББ при работе на сдвиг мало изучены [3; 6).

Для изучения работы на сдвиг этого материала были проведены специальные исследования.

Рисунок /

Устройство для определения сопротивления срезу в момент задания обжимной нагрузки прессом

Была разработана и запатентована сдвиговая установка, позволяющая испытывать КББ в условиях, максимально приближенных к реальным. Сдвиговая установка представляет собой соединение трех цилиндров диаметром каждый по 15 см и общей длиной 35 см. Средний цилиндр, смещаясь под давлением пресса, создает сдвиг в двух параллельных плоскос-I Ял \pHV. 1, А/.

Рисунок 2

Устройство для определения среза в момент задания сдвигающей нагрузки прессом

Испытания проводились при оптимальном соотношении по объему 2 : 1 щебня фракций 40, М40О и песка. Для определения сопротивления материала использован широкий спектр нагрузок. В цилиндрах КББ обжимается до 600 кг (нагрузка от катка) и разгружается. После этого КББ механически обжимается пружинами до 50, 100, 200 кг (обжимающая нагрузка эквивалентна нагрузке от асфальта, легкового и грузового автомобилей). Приложение сдвигающей нагрузки производилось этапами до смещения среднего цилиндра относительно крайних на 5 мм. Результаты приведены в табл. 1—6.

Данные испытания (рис. 3) показали, что КББ значительно превышает по показателям

Д^ыжммнех eeip^kr *£« 26Р iiti

Рисунок 3

Испытания на сдвиг КББ и щебня разных фракций

Серия «Архитектурно-строительные науки»

щебень, уложенный обычным способом, и крупность фракции также сказывается на прочности материала. В целом технология укладки КББ проста, удобна и экономически выгодна, так как его несущая способность вдвое выше, чем у обычного щебеночного основания.

Сравнительное исследование свойств КББ, щебня и щебеночно-песчаной смеси при воздействии сдвиговых нагрузок. В связи с тем, что КББ новый материал и не использовался в массовом строительстве, сравним его с широко применяемым материалом, а именно с щебеночно-песчаной смесью. Подобные смеси широко используются в строительстве оснований автомобильных дорог и аэродромов согласно ГОСТу 25697-94 для устройства покрытий, укрепления обочин автомобильных дорог, а также на щебень, применяемый для устройства покрытий и оснований по способу заклинки.

Смеси должны соответствовать требованиям ГОСТа для строительства оснований. В данном эксперименте будет использоваться смесь под номером С6. Она применяется для строительства оснований с непрерывной гранулометрией. Наибольший размер зерен — 40. Данная смесь соответствует щебню и КББ фракции 20—40. Все эксперименты будут производиться при максимальных условиях эксплуатации: обжатии 600 кг (табл. 7—9). Для удобства изготовления смеси полный остаток на ситах переведем на частный остаток.

Для примера приведем показания для щебня и КББ (табл. 10—11).

Рисунок 4

Испытания на сдвиг КББ, щебня и щебеночно-песчаной смеси

Из результатов (рис. 4) очевидно, что КББ намного превосходит по прочностным характеристикам все остальные материалы.

Испытания на сдвиг КББ со щебнем фракции 10—20, М300 и песка (2 : 1)

Таблица 1

Результаты испытаний после обжатия 600 кг

Прижимы, КГС	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	1 700	2 100	О СПА

Испытания на сдвиг щебня фракций 10—20, М300

Таблица 2

Результаты испытаний после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	1 150	1 170	1 190

Испытания на сдвиг КББ со щебнем фракции 20—40, М300 и песка (2:1)

Таблица 3

Результаты испытаний после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	3 500	4 000	4 800

Испытания на сдвиг щебня фракций 20—40, М300

Таблица 4

Результаты испытаний после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	1 300	1 350	1 400

Испытания на сдвиг КББ со щебнем фракции 70, М300 и песка (2 : 1)

Таблица 5

Результаты испытаний после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	7 300	7 500	7 700

Испытания на сдвиг щебня фракций 70, М300

Таблица 6

Результаты испытаний после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	1 400	1 500	1 600

Таблица 1

Полный остаток на ситах размером, мм, в % по массе

120,0	80,0	40,0	20,0	10,0	5,0	2,5	0,63	0,16	0,05
—	0—5	0—20	40—60	60—80	70—85	75—85	85—95	93—97	95-100

Таблица 8

Частный остаток на ситах размером, мм

120,0	80,0	40,0	20,0	10,0	5,0	2,5	0,63	0,16	0,05
—	0-5	0—0,17	20—50	10—30	0—15	0—7,5	5—15	2,5—7,5	0—5

Таблица 9

Результаты испытаний щебеночно-песчаной смеси после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	1 500	1 550	1 600

Таблица 10

Испытания на сдвиг щебня фракций 20—40, МЗОО после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	1 300	1 350	1 400

Таблица 11

Испытания на сдвиг КББ со щебнем фракций 20—40, МЗОО после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	3 500	4 000	4 800

Таблица 12

Результаты испытаний КББ фракции 40—70 после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	5 400	5 700	6 200

Таблица 13

Результаты испытаний КББ фракции 70 после обжатия 600 кг

Прижимы, кгс	50	100	200
Средняя сдвигающая нагрузка, кгс	7 300	7 500	7 700