1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью "БИОТЕХ"

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения и Управлением проектирования и строительства автомобильных дорог Федерального дорожного агентства

3 ИЗДАН на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 22.07.2013 N 1046-р

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее - ОДМ) распространяется на тяжелые бетоны, получаемые из жестких бетонных смесей методом укатки, содержащие в своем составе золу-уноса (далее - золу) тепловых электростанций.

1.2 Положения настоящего ОДМ рекомендуется использовать при строительстве цементобетонных оснований автомобильных дорог (далее - оснований), а также аэродромов или аналогичных конструкций (дорог промышленных предприятий, контейнерных терминалов и др.).

1.3 Настоящий ОДМ разработан в соответствии с положениями [1], [2] и имеет рекомендательный характер.

1.4 ОДМ следует применять совместно с действующими нормативными документами. Перечень основных действующих нормативно-технических документов, регламентирующих использование тяжелых бетонов в дорожном строительстве, приведен в приложении А.

1.5 Рекомендации настоящего ОДМ направлены на повышение технико-экономической эффективности и долговечности бетона оснований автомобильных дорог за счет использования побочных продуктов деятельности тепловых электростанций и, соответственно, на защиту окружающей среды.

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия

ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия

ГОСТ 10180-90 Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

ГОСТ 10181-2000 Смеси бетонные. Методы испытаний

ГОСТ 18105-2010 Бетоны. Правила контроля и оценки прочности

ГОСТ 24211-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия

ГОСТ 25818-91 Золы-уноса тепловых электростанций для бетонов. Технические условия

ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава

ГОСТ 28570-90 Бетоны. Методы определения прочности по образцам, отобранным из конструкций

ГОСТ 30515-97 Цементы. Общие технические условия

ГОСТ 31108-2003 Цементы общестроительные. Технические условия

3.1 Для устройства цементобетонных оснований методом укатки рекомендуется использовать жесткие бетонные смеси марки по жесткости Ж4 по ГОСТ 7473 (на месте укладки бетона).

3.2 Бетоны из жестких бетонных смесей для устройства оснований должны иметь заданные проектом показатели прочности на растяжение при изгибе и на сжатие.

Подбор состава бетона должен обеспечить достижение бетоном обеих прочностных характеристик.

Обычно в основании применяют бетон классов по прочности на растяжение при изгибе от B_tb1,2 до B_tb2,4 и на сжатие от B7,5 до B15.

3.3 Марку по морозостойкости бетона оснований назначают не ниже приведенной в таблице 3.1 [3].

4.1 Для приготовления жестких бетонных смесей рекомендуется использовать цемент, соответствующий требованиям [4], ГОСТ 10178, ГОСТ 30515 и ГОСТ 31108.

Начало схватывания цемента не должно наступать ранее 2 часов.

Для приготовления жесткой бетонной смеси для бетона оснований не допускается использовать цемент, обладающий признаками ложного схватывания или горячий (с температурой выше плюс 40 °C).

4.2 При выборе цементов для приготовления жесткой бетонной смеси для бетона оснований предпочтение следует отдавать цементам классов ЦЕМ I/II 22,5, ЦЕМ I/II 32,5 по прочности.

Эта рекомендация обусловлена соответствующим увеличением расхода цемента в бетоне и сопутствующим повышением однородности и удобообрабатываемости жесткой бетонной смеси.

Под термином удобообрабатываемость бетонной смеси для бетона покрытий и оснований автомобильных дорог понимается ее способность создавать поверхность свежеуложенного бетона требуемой сплошности и ровности, без технологических трещин.

4.3 Для изготовления жестких бетонных смесей следует использовать заполнители, химические добавки и воду, соответствующие требованиям ГОСТ 26633, а также стандартам и техническим условиям на материалы конкретных видов.

4.4 Рекомендуется, при соответствующем технико-экономическом обосновании, использовать химические добавки по ГОСТ 24211.

Выбор пластифицирующей добавки зависит от конкретных условий строительства и определяется на стадии подбора состава бетона и пробного бетонирования.

При выборе пластифицирующей добавки необходимо учитывать возможное ее влияние на сохраняемость удобоукладываемости и удобообрабатываемости жесткой бетонной смеси во время транспортирования и технологических перерывов и кинетику твердения бетона.

4.5 Для жестких бетонных смесей рекомендуется использовать золы IV вида по ГОСТ 25818.

При соответствующем технико-экономическом обосновании возможности получения смесей и бетонов требуемого качества допускается использование других видов зол.

При проведении таких обосновывающих исследований возможности использования других видов и типов зол в бетоне оснований рекомендуется, помимо обеспечения проектных требований к бетонной смеси и бетону, проведение сравнительных испытаний, в том числе, на морозостойкость при доведении сравниваемых бетонов до разрушения по критериям ГОСТ 10060.0 (по п. 5.5 настоящего ОДМ).

Помимо проведения сравнительных испытаний бетона на морозостойкость, обосновывающие исследования должны включать в себя также анализ эффективности конструкций оснований из бетона с золой и всей дорожной одежды с таким основанием.

В Приложении Б приведены характеристики физико-химических свойств зол, получаемых при сжигании углей различных видов и месторождений [5].

5.1 Состав бетона рекомендуется подбирать из условия обеспечения требуемых значений прочности на растяжение при изгибе и на сжатие, обеспечивающих достижение соответствующих классов бетона при среднем коэффициенте вариации 13% (со значением коэффициента требуемой прочности 1,28 по ГОСТ 18105).

Корректировку рабочих составов производят по ГОСТ 27006.

5.2 Рекомендуемое количество вводимой в бетонную смесь золы составляет от 50 до 100 кг/м³ бетона.

При таком количестве введенной в бетон основания золы увеличение прочности бетона на сжатие при неизменном расходе цемента может достигать, ориентировочно, от 40% до 50%, а на растяжение при изгибе - от 20% до 30%, а снижение количества цемента в равнопрочном и равноморозостойком бетоне оснований - от 5% до 20%.

Окончательно возможность снижения расхода цемента в равнопрочном бетоне с золой и без золы или повышения прочности бетона при неизменном расходе цемента при использовании в бетоне золы определяют сравнением между собой зависимостей прочности бетона от цементно-водного отношения (далее - Ц/В).

5.3 Расход цемента в бетоне оснований из жестких бетонных смесей не должен быть менее 150 кг/м³ (ГОСТ 26633), а водоцементное отношение (далее - В/Ц) не должно быть более 0,90.

5.4 Ограничения в составе бетона с золой вызваны необходимостью обеспечить не только равную прочность бетона (с золой и без золы) на сжатие, но также - равные величины прочности бетона на растяжение при изгибе и морозостойкость сравниваемых бетонов.

5.5 Применение золы в бетоне оснований оказывает отрицательное влияние на его морозостойкость, что вызвано особенностями гранулометрического, химико-минералогического, вещественного состава и пуццолановым действием золы.

Здесь под морозостойкостью бетона имеется в виду не только его марка по морозостойкости (F - минимальный проверочный, выбраковочный критерий), но также ее оценка как свойства бетона (оценка максимального числа циклов замораживания и оттаивания, при котором физико-механические характеристики бетона и масса образцов остаются в нормированных пределах, а также отсутствуют другие признаки морозного разрушения бетона).

При этом, испытания бетона на морозостойкость (по ГОСТ 10060.0 - 10060.2) продолжают до появления критического снижения прочности и/или массы образцов, а также трещин, шелушения или отколов.

Такие испытания бетона на морозостойкость проводят при подборе состава бетона и при проведении обосновывающих исследований.

5.6 Для компенсации отрицательного влияния золы на морозостойкость бетона оснований рекомендуется снижать В/Ц, применять воздухововлекающие или газообразующие добавки.

При этом необходимое снижение В/Ц, как правило, составляет от 0,05 до 0,15.

При использовании воздухововлекающих добавок в бетоне оснований рекомендуется добиваться получения от 3,5% до 5% вовлеченного воздуха в бетонной смеси (как для бетона нижнего слоя покрытия автомобильных дорог).

При недостаточной эффективности воздухововлекающих добавок в жестких бетонных смесях, уплотняемых укаткой, рекомендуется применять газообразующие добавки (типа КЭ 30-04) в количестве от 0,1% до 0,2% массы цемента (в расчете на товарный продукт - эмульсию 50% концентрации).

5.7 Подобранный состав бетона с золой должен характеризоваться не меньшей морозостойкостью (с учетом п. 5.5), чем соответствующий проекту бетон основания из жесткой бетонной смеси без золы (на этих же материалах для бетона).

5.8 При подборе состава бетона с золой следует учитывать ее некоторый пластифицирующий эффект: снижение расхода воды в равножесткой бетонной смеси с золой может составить от 10 до 20 кг/м³.

5.9 Подбор состава бетона оснований рекомендуется осуществлять по ГОСТ 27006 методом абсолютных объемов.

При подборе состава бетона оснований следует определить экспериментально для конкретных используемых материалов зависимость прочности бетона на сжатие и на растяжение при изгибе от Ц/В для разного количества золы.

При этом рекомендуется выбирать три значения В/Ц: 0,90, 0,75 и 0,60.

Для дальнейшего использования в составе бетона оснований выбирают экспериментальное значение В/Ц, обеспечивающее достижение прочности и на сжатие, и на растяжение при изгибе.

5.10 Назначают водосодержание (В, кг/м³) бетонной смеси, используя опыт строительства и справочные данные для применяемых материалов.

Например, для бетонной смеси марки Ж4 без пластифицирующих добавок на плотном и прочном крупном заполнителе (граните и пр.) водосодержание находится в пределах от 135 кг/м³ до 140 кг/м³.

Здесь расход воды в бетоне определен для цемента ПЦ 500-Д0-Н с величиной показателя нормальной густоты НГЦТ = 24,0%, для кварцево-полевошпатового песка с модулем крупности М_кр = 2,1 и гранитного щебня фракции Фр. 5 - 20 мм.

5.11 Для выбранного значения В/Ц и назначенной или определенной экспериментально при изготовлении пробных замесов величины "В" рассчитывают расход цемента в начальном составе бетона по формуле (5.1)

5.12 Расход щебня в начальном составе бетона рассчитывают по величине плотности зерен щебня , плотности щебня в насыпном состоянии , его пустотности П_щ, для выбранной величины коэффициента раздвижки зерен щебня раствором К_р:

где , выражены в кг/л,

1000 - один кубический метр бетонной смеси в литрах.

5.13 Коэффициент раздвижки зерен щебня раствором (К_р) для бетона оснований, устраиваемых методом укатки, назначают, как правило, в пределах от 1,2 до 1,5. Большее значение соответствует более крупному песку.

Оптимальную величину К_р в начальном составе бетона оснований определяют с помощью пробных замесов, варьируя К_р в указанных выше пределах, по достижению минимальной жесткости смеси при прочих равных условиях (при постоянных величинах В/Ц).

5.14 Расход песка в начальном составе бетона оснований, П, рассчитывают методом абсолютных объемов по формуле (5.4)

где П, Щ, Ц, З и В - расходы песка, щебня, цемента, золы и воды в бетоне соответственно, в кг/м³,

- плотность зерен песка, кг/л,

- плотность зерен щебня, кг/л,

- плотность зерен цемента (для ПЦ 500-Д0-Н рекомендуется принять 3,1 кг/л),

- плотность зерен золы (истинная плотность золы находится в пределах ),

1000 л - величина 1 м³ бетонной смеси.

5.15 Номинальный состав начального состава бетона оснований соответствует формуле (5.5)

5.16 Начальный состав бетона оснований рекомендуется рассчитывать при следующем содержании золы (З): З₁ = 0, а также не менее чем еще для двух расходов, для З₂ = 50 кг/м³ и З₃ = 100 кг/м³ (п. 5.2), и не менее чем для трех выбранных значений В/Ц (п. 5.9), для каждого содержания золы.

Далее находят зависимости прочности бетона основания от Ц/В, например, графически, для бетона без золы и с разным ее расходом.

Здесь важно, для последующего сравнения прочности бетонов, чтобы полученные жесткие бетонные смеси были полностью уплотнены: фактическая плотность жесткой бетонной смеси должна быть не менее 0,98 от ее расчетной величины .

Расчетную плотность бетонной смеси определяют по формуле (5.6)

5.17 Рекомендуется экспериментальное уточнение начальных (расчетных) составов бетона оснований без золы и с разным ее содержанием осуществлять поэтапно.

5.17.1 Рассчитывают расход материалов на пробный опытный замес.

5.17.2 Воспроизводят рассчитанный начальный состав бетона в пробном замесе с использованием смесителя принудительного действия. Время перемешивания затворенной бетонной смеси должно быть не менее 60 с.

Определяют жесткость бетонной смеси, ее плотность и коэффициент уплотнения, (СНиП 3.06.03-85 п. 12.46, СНиП 3.09.01-85 п. 5.20), или объем защемленного или вовлеченного в бетонную смесь воздуха, , %, через 10 мин, 30 мин и 60 мин после окончания перемешивания.

При этом, для бетонной смеси любого состава величина К_у должна быть не менее 98%, V_в - не более 2%.

Здесь - фактическая плотность бетонной смеси по ГОСТ 10181, - расчетная (по формуле (5.6)).

5.17.3 Если в результате пробного замеса жесткость бетонной смеси оказывается выше (ниже) требуемой величины, то, соответственно, увеличивают (уменьшают) расход воды в рассчитанном начальном составе бетона на величину .

Соответственно величине пересчитывают расход песка и цемента в бетоне, увеличивая (уменьшая) расход цемента на величину , кг/м³, уменьшают (увеличивают) расход песка, кг/м³, на величину

Расход щебня и величина В/Ц при этом остаются неизменными.

Пробные замесы повторяют до получения требуемой жесткости и степени уплотнения бетонной смеси.

5.17.4 Уточняют оптимальную величину раздвижки зерен щебня раствором К_р. Для этого дополнительно воспроизводят рассчитанный состав бетона, уточненный по водосодержанию бетонной смеси, для не менее чем двух величин К_р, для К_р1,2 = К_р +/- (0,1 - 0,2), в указанном выше диапазоне значений, К_р = 1,2 - 1,5.

Выбирают величину К_р, при которой бетонная смесь характеризуется минимальной жесткостью и максимальной плотностью (степенью уплотнения) при обеспечении ее сохраняемости.

5.17.5 Изготавливают контрольные образцы бетона для испытания на прочность при сжатии (образцы-кубы) и растяжение при изгибе (образцы-призмы (балки)), а также для испытания бетона на морозостойкость (образцы-кубы).

Рекомендуется также изготавливать образцы-цилиндры для последующего определения прочности бетона на растяжение при раскалывании.

Рекомендуется твердение образцов бетона осуществлять в нормальных условиях по ГОСТ 10180 и в условиях твердения основания и испытывать их в возрасте 1, 3, 7 и 28 суток.

5.17.6 При расчете производственного состава бетона учитывают влажность заполнителей.

По результатам определения влажности заполнителей корректируют начальный состав бетона, рассчитанный для сухих материалов, получают рабочий состав бетона для материалов естественной влажности, используя следующие зависимости:

расход щебня увеличивают на ,

песка - ,

расход воды уменьшают на ,

где W_щ - влажность щебня,

W_п - влажность песка, % массы.

6.1 Приготовление и укладку жесткой бетонной смеси для бетона оснований с золой осуществляют так же, как для обычных жестких бетонных смесей, уплотняемых по технологии укатки.

6.2 Жесткие бетонные смеси рекомендуется изготавливать в смесителях принудительного перемешивания, обеспечивающих требуемое, из условий однородности, качество перемешивания.

Время перемешивания жесткой бетонной смеси с золой рекомендуется назначать в соответствии с требованиями ГОСТ 7473, но не менее 60 с.

Хранение и дозирование золы осуществляют аналогично цементу.

6.3 Объем бетонной смеси следует определять в уплотненном состоянии (ГОСТ 7473, ГОСТ 27006), при требуемой степени уплотнения, К_у не менее 98%, на ЦБЗ, при выпуске бетонной смеси, и на месте укладки бетона в качестве входного и приемочного контроля.

6.4 Открывать движение построечного транспорта по основанию из жестких бетонных смесей с золой, уплотняемых методом укатки, рекомендуется только после того, как бетон наберет не менее 90% проектной прочности на сжатие и не менее 100% проектной прочности на растяжение при изгибе.

6.5 Распределение жесткой бетонной смеси с золой в слое основания перед уплотнением с помощью укатки следует осуществлять с учетом запаса на уплотнение от 20% до 30%, который уточняется при пробном бетонировании.

6.6 Уплотнение жесткой бетонной смеси с помощью гладковальцевых или комбинированных виброкатков следует начинать после ее распределения на минимально возможной длине захватки (обычно, от 20 до 30 м).

6.7 Толщина одного слоя основания из жесткой бетонной смеси с золой, уплотняемой укаткой, не должна превышать 20 см (в уплотненном состоянии).

6.8 В бетонном основании из жесткой бетонной смеси с золой рекомендуется нарезать швы сжатия и расширения независимо от заданной проектом прочности бетона.

Конструкция продольных и поперечных деформационных швов в цементобетонном основании, а также расстояние между ними, должны быть указаны в проекте. Допускается назначать расстояние между швами сжатия в бетоне основания не более 15 м, а расширения - не более 60 м.

7.1 Соответствие золы нормируемым характеристикам производят по методикам ГОСТ 25818.

7.2 Отбор проб жесткой бетонной смеси производят в соответствии с ГОСТ 18105, ГОСТ 10180 и ГОСТ 10181.

7.3 Контроль и оценку прочности бетона оснований на растяжение при изгибе и на сжатие при подборе состава бетона и при производственном контроле осуществляют по схеме "Г" ГОСТ 18105.

7.4 Контрольные образцы из жесткой бетонной смеси при подборе состава и контроле на строительной площадке и в заводской лаборатории изготавливают в соответствии с ГОСТ 10180.

При этом рекомендуется в лабораторных условиях определить переходные коэффициенты от прочности бетона на растяжение при раскалывании (R_tt) к прочности на растяжение при изгибе (R_tb) и на сжатие (R), согласно приложению 11 ГОСТ 10180.

Обычно, для стандартных материалов для бетона оснований без воздухововлекающих или газообразующих добавок

Полученные экспериментально переходные коэффициенты целесообразно использовать в последующем при контроле и оценке прочности бетона оснований по отобранным из основания образцам-кернам по ГОСТ 28570.

7.5 При контроле прочности бетона оснований с золой с помощью образцов-кернов рекомендуется выбуривать не менее 4 кернов с каждой захватки, но не менее чем по 2 керна из одной плиты.

Образцы-керны рекомендуется испытывать на растяжение при раскалывании и, с использованием переходных коэффициентов, оценивать соответствие полученной фактически прочности бетона основания на сжатие и на растяжение при изгибе проектным требованиям.

При этом, рекомендуется объединять полученные результаты:

- в серии (по ГОСТ 28570) не менее чем по 2 единичных значения (результата испытания кернов) образцов из одной плиты;

- в партии (схема "Г" ГОСТ 18105), полученные средние значения прочности в сериях.

7.6 Морозостойкость определяют по ГОСТ 10060.0 - 10060.2 при подборе состава, а также при изменении состава или характеристик используемых материалов, но не реже одного раза в три месяца.

Методические рекомендации по проектированию жестких дорожных одежд (взамен ВСН 197-91) (распоряжение Минтранса России от 03.12.2003 N ОС-1066-р)

Рекомендации по подбору составов тяжелых и мелкозернистых бетонов (к ГОСТ 27006-86). Госстрой СССР. - М.: ЦИПТ Госстроя СССР, 1990

Технические условия на применение золы-уноса тепловых электростанций как добавки к цементу и бетону гидротехнических сооружений и для сборного железобетона. Госэнергоиздат, Ленинград, 1961

Рекомендации по применению в бетонах золы, шлака и золошлаковой смеси тепловых электростанций. - М.: Стройиздат, 1986