Stabilizacja gruntów spoiwami hydraulicznymi

Spoiwa hydrauliczne są przeznaczone do ulepszania podłoży drogowych: warstwy mrozochronnej, warstwy odcinającej, warstwy wzmacniającej. W procesie stabilizacji wykorzystuje się różne spoiwa hydrauliczne min. cement, wapno, popioły lotne, żużle, spoiwa drogowe, spoiwa złożone do ulepszania i wzmacniania gruntów.

Specyfikację i Wymagania właściwości mieszanek cementowych i wapiennych regulują polskie normy:

  • PN-S-96011:1998 – Drogi samochodowe – Stabilizacja gruntów wapnem do celów drogowych,
  • PN-S-96012:1998 – Drogi samochodowe – Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabilizowanego cementem.

Właściwości mieszanek hydraulicznych regulują także poniższe normy europejskie:

  • PN-EN 14227-1:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 1: Mieszanki związane cementem,
  • PN-EN 14227-2:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 2: Mieszanki żużlowe,
  • PN-EN 14227-3:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 3: Mieszanki związane popiołami lotnymi,
  • PN-EN 14227-4:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 4: Popioły lotne do mieszanek związanych spoiwem hydraulicznym,
  • PN-EN 14227-5:2013-10 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 5: Mieszanki związane spoiwem drogowym,
  • PN-EN 14227-15:2015-12 – Mieszanki związane spoiwem hydraulicznym – Specyfikacje – Część 15: Grunty stabilizowane hydraulicznie.

Składy poszczególnych mieszanek powinny być dobierane odpowiednio do rodzaju stabilizowanych gruntów i zakładanych własności po procesie stabilizacji. Dawkowanie spoiw powinno być określane w recepcie laboratoryjnej.

Spoiwa hydrauliczne

Spoiwa hydrauliczne mają zdolność wiązania i twardnienia zarówno na powietrzu jak i w środowisku wodnym. Wykazują tym samym odporność na działanie wody i powietrza. Spoiwa hydrauliczne są to materiały zawierające bezwodne i trwałe wobec wody tlenki nieorganiczne. Po zmieszaniu z wodą następuje proces wiązania i wytworzenia związków uwodnionych.

Spoiwa hydrauliczne to m.in. wapno hydrauliczne i cement portlandzki, które po zmieszaniu z wodą równie dobrze wiążą na powietrzu, jak i pod nią. Spoiwa hydrauliczne także już po związaniu są odporne na działanie wody. Cement w głównej mierze jest wykorzystywany do łączenia większości materiałów budowlanych. W zależności od klasy betonu przewidzianej w konstrukcji budynku, cement dobiera się pod względem klas – A i B. Określają one głównie dopuszczalne ilości dodatków, które mogą zostać użyte do konkretnego typu.

Mianem cementu powszechnego użytku określamy mineralne spoiwa budowlane otrzymane z klinkieru, który zostaje zmielony z dodatkiem kamienia gipsowego, wapienia, żużla, pucolany, popiołu lotnego i pyłu krzemionkowego. W zależności od proporcji użytych materiałów, wyróżnia się kilkadziesiąt rodzajów cementu powszechnego użytku. W budownictwie wykorzystuje się także cement specjalny. Zalicza się do niego m.in. cement portlandzki biały, używany w pracach elewacyjnych czy cement portlandzki siarczanoodporny.

Wapno hydrauliczne charakteryzuje się zdecydowanie większą, niż zwykłe wapno odpornością na wilgoć, dlatego w głównej mierze stosowane jest do wykonywania fundamentów i ścian pomieszczeń narażonych na szkodliwy wpływ wilgoci. Zaprawy na bazie wapna hydraulicznego mają jednak niską wytrzymałość mechaniczną przez co nie stosuje się ich tak często, jak innych spoiw. Uzyskuje się je z wypalenia wapieni gliniastych.

Wapno hydrauliczne otrzymuje się z wapieni marglistych lub margli, które w tym celu najpierw trzeba wypalić (w temperaturze od 900°C do 1100°C), a potem zgasić ograniczoną ilością wody (tzw.gaszenie na sucho). Spoiwa hydrauliczne po zarobieniu z wodą wiążą i twardnieją zarówno na powietrzu, jak i pod wodą, dzięki czemu należą do podstawowych materiałów budowlanych. Do spoiw hydraulicznych zalicza się wapno hydrauliczne i wszystkie odmiany cementów portlandzkich.

Spoiwa hydrauliczne przeznaczone są do szerokiego zakresu prac ziemnych w budownictwie – wykonywanie podbudów zasadniczych i podbudów pomocniczych, stabilizacji gruntów. Wykonywanie warstw odcinających w robotach ziemnych, budowie dróg, trakcji kolejowych, lotnisk i innych rodzajów infrastruktury, wykonywania podbudowy zasadniczej i podbudowy pomocniczej gruntów stabilizowanych mechanicznie, wzmacniania gruntów przy budowie nasypów i warstw nasypów, wzmacniania i uszczelniania podłoży na składowiskach odpadów, do rewitalizacji terenów zdegradowanych, do wzmacniania słabych podłoży gruntowych.

Stabilizacja gruntu cementem

Celem stabilizacji gruntu jest uzyskanie możliwie najwyższych parametrów wytrzymałościowych podłoża. Proces stabilizacji gruntu na miejscu polega na wymieszaniu rodzimego gruntu lub kruszywa bezpośrednio na budowie z laboratoryjnie dobraną ilością spoiwa hydraulicznego i wodą. Proces stabilizacji gruntu na miejscu pozwala uzyskać podbudowę pomocniczą lub zasadniczą oraz ulepszone podłoże.

W procesie stabilizacji używa się różne spoiwa hydrauliczne – cement, wapno, popioły lub gotowe mieszanki na bazie głównie cementu, wapna i popiołów. Stabilizację wykonuje się także z wykorzystaniem środków jonowymiennych. Stabilizacja gruntu cementem na miejscu polega na rozłożeniu odpowiedniej dawki cementu przy odpowiedniej wilgotności gruntu i dokładnym wymieszaniu na odpowiednią głębokość. Następnie następuje zagęszczenie gruntu, ewentualne profilowanie, po czym uzyskujemy warstwę odporną na ścieranie.

Materiały wykorzystywane do stabilizacji cementem muszą spełniać warunki zawarte w normie PN-S-96012:1997 – Drogi samochodowe – Podbudowa i ulepszone podłoże z gruntu stabilizowanego cementem, gdzie zawarte są. wytyczne odnośnie wymagań technicznych dotyczących użytych materiałów. Norma określa także własności gotowej mieszanki cementowo-gruntowej oraz podbudowy, która z tej mieszanki powstanie. Ponadto norma określa parametry techniczne podłoża z gruntu stabilizowanego cementem, warunki techniczne takiego podłoża, zalecenia odnośnie pielęgnacji podłoża.