26. Grunty i kruszywa stabilizowane cementem

1.0 Metody wzmacniania

W zależności od rodzaju i stanu gruntu stosuje się następujące metody wzmacniania:

• stabilizacja mechaniczna
• doziarnianie
• stabilizacja chemiczna
• materace z geosyntetyków i kruszywa
• wzmocnienie głębokie: pale i kolumny
• wymiana gruntu podłoża

1.1 Podbudowy stabilizowane spoiwami hydraulicznymi

Przez stabilizację gruntu spoiwem hydraulicznym należy rozumieć zwiększenie w

sposób trwały wytrzymałości gruntu naturalnego na oddziaływanie ruchu i warunków
atmosferycznych przez zastosowanie chemicznych metod wzmacniania.

Grunty w podłożu nawierzchni w zależności od ich rodzaju, warunków wodnych i

temperaturowych mogą zmieniać w większym lub mniejszym stopniu swoje właściwości.
Przez wprowadzenie do gruntu materiałów wiążących takich jak: cement, wapno, popiół
lotny, grunt ulega wzmocnieniu, jest bardziej wytrzymały na obciążenia, a jego właściwości
fizykochemiczne są ustabilizowane i niezmienne w różnych porach roku.

1.2 Stabilizacja gruntu cementem

Stabilizacja gruntu cementem - najczęściej stosowana metoda stabilizacji chemicznej.
Jest to proces technologiczny polegający na zmieszaniu rozdrobnionego gruntu z optymalną
ilością cementu i wody oraz zagęszczaniu takiej mieszanki, która po stwardnieniu jest
bardziej wytrzymała na obciążenia i działanie czynników atmosferycznych.

Kruszywo stabilizowane cementem - mieszanka kruszywa naturalnego, cementu i wody, a w
razie potrzeby dodatków ulepszających, np. popiołów lotnych lub chlorku wapniowego,
dobranych w optymalnych ilościach, zagęszczona i stwardniała w wyniku ukończenia procesu
wiązania cementu.

Podbudowa z gruntu stabilizowanego cementem jest to jedna lub dwie warstwy z mieszanki
cementowo-gruntowej, która po zmieszaniu stanowi fragment nośnej warstwy nawierzchni
drogowej.

Cement jako spoiwo przeznaczony jest głównie w celu wytwarzania materiałów o dużej
wytrzymałości na ściskanie. Często grunty ze względu na swój skład (części pylaste i ilaste,
zanieczyszczenia organiczne), mają ograniczoną przydatność do stabilizacji cementem. A
jeśli nawet będzie możliwe jego zastosowanie, należy pamiętać o jego specyficznych
właściwościach takich jak duża sztywność i odkształcenia skurczowe, co w konsekwencji
może często prowadzić do powstania spękań poprzecznych, a te z kolei mogą powodować
pojawienie się spękań odbitych w nawierzchni.

Zastosowanie:
Podbudowę z gruntów stabilizowanych cementem stosuje się do budowy nośnych warstw
nawierzchni drogowych, placów postojowych, chodników i ścieżek rowerowych oraz
wykonywania poszerzeń istniejących nawierzchni.

Grubość warstw podbudowy:

• 15 cm, w przypadku mieszania na miejscu sprzętem rolniczym,
• 18 cm, w przypadku mieszania na miejscu sprzętem specjalistycznym,
• 22 cm, w przypadku mieszania w mieszarce stacjonarnej.

Jeżeli projektowana grubość warstw podbudowy jest większa od maksymalnej, to stabilizację
należy wykonać w 2 warstwach.

Warunki wykonanie stabilizacji
- brak opadów
- podłoże nie jest zamarznięte
- temp. powietrza min 5°C w czasie najbliższych 7 dni

2.0 Materiały

• Grunt
Przydatność gruntów do stabilizacji cementem należy określać na podstawie wyników
badań laboratoryjnych.
Grunt można uznać za przydatny do stabilizacji cementem, gdy wytrzymałość na
ś

ciskanie i mrozoodporność próbek gruntu stabilizowanego są zgodne z wymaganiami.

Wymagania wobec gruntów przeznaczonych do stabilizacji cementem

- wskaźnik piaskowy WP od 20 do 50%
- zawartość frakcji <0,075 mm do 15%
- zawartość frakcji>2mm min 30%
- zawartość części organicznych do 2%
- granica płynności do 40%
- wskaźnik plastyczności do 15%
- odczyn kwasowości pH 5-8
- siarczany w przeliczeniu na SO

3

,

do 1%

- wymagania wg tablicy

Właściwości

Wymagania

1

2

Uziarnienie, % (m/m):

zawartość ziarn przechodzących przez sito # 50 mm,

zawartość ziarn przechodzących przez sito # 25 mm,

zawartość ziarn przechodzących przez sito # 4 mm,

zawartość ziarn przechodzących przez sito # 0,25 mm,

zawartość ziarn przechodzących przez sito # 0,05 mm,

zawartość części mniejszych od 0,002 mm, nie więcej niż

100

85÷100

50÷100

10÷100

0÷100

20

Granica płynności, % (m/m), nie więcej niż

40

Wskaźnik plastyczności, % (m/m), nie więcej niż

15

Odczyn pH

5÷8

, % (m/m), nie więcej niż

2,0

przeliczonych na SO

3

, % (m/m), nie więcej niż

1,0

Grunty nie spełniające w/w wymagań można ulepszać chlorkiem wapniowym, wapnem lub
popiołami lotnymi. Ilość oraz rodzaj dodatku określa się przez wykonanie badań
mrozoodporności i wytrzymałości na ściskanie.
Grunty o kwasowości pH < 5 należy odkwasić przed stabilizacją (np. wapno gaszone).

• Kruszywo
Do stabilizacji można stosować piaski, mieszanki, żwiry spełniające wymagania:

- zawartość frakcji <0,075 mm do 15%
- zawartość frakcji>2mm min 30%

- zanieczyszczenia organiczne – wzorzec

- zanieczyszczenia obce do 0,5%

- siarczany w przeliczeniu na SO

3

,

do 15

Jeżeli kruszywo przeznaczone do wykonania warstwy nie jest wbudowane bezpośrednio po
dostarczeniu na budowę i zachodzi potrzeba jego okresowego składowania na terenie
budowy, to powinno być ono składowane w pryzmach, na utwardzonym i dobrze
odwodnionym placu, w warunkach zabezpieczających przed zanieczyszczeniem i
wymieszaniem różnych rodzajów kruszyw

• Woda
- woda zgodna z PN-88/B-32250
- woda wodociągowa pitna – można stosować bez badań laboratoryjnych
- zastosowanie wody z wątpliwego źródła – wykonanie dodatkowych badań chemicznych
(norma)lub badań porównawczych na wytrzymałość próbek z użyciem pitnej wody
wodociągowej i sprawdzanej wody

• Cement
- klasy 32,5, (cement portlandzki, cement portlandzki z dodatkami, cement hutniczy)
- wymagania dla cementu wg PN B 19701

o

Wytrzymałość na ściskanie po 7 dniach – nie mniej niż 16 MPa

o

Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach – nie mniej niż 32,5 MPa

o

Początek wiązania – najwcześniej po upływie 1 h

o

Koniec wiązania – najwcześniej po upływie 12 h

o

Stałość objętości – nie więcej niż 10 mm

- maksymalna zawartość cementu w mieszance

Maksymalna zawartość cementu, % w stosunku

do masy suchego gruntu lub kruszywa

Kategoria ruchu

podbudowa

zasadnicza

podbudowa

pomocnicza

ulepszone

podłoże

KR2 do KR6

-

6

8

KR1

8

10

10

Większa ilość cementu może skutkować pojawieniem się spękań spowodowanych skurczem
Małe dodatki cementu ulepszają grunt, zwiększają jego spójność i jednocześnie zmniejszają
jego plastyczność i nasiąkliwość.

3.0

Wymagania dla gruntów lub kruszyw stabilizowanych cementem

Wartość wytrzymałości na ściskanie jest głównym wskaźnikiem określającym przydatność
danego gruntu.
Dolne zakresy wartości zamieszczone w tablicy dotyczą cementu klasy 32,5, natomiast górne
cementów klasy 32,5 R.
Mieszanka cementowo-gruntowa zagęszczona i stwardniała w wyniku procesu wiązania
cementu w zależności od rodzaju konstrukcji powinna charakteryzować się wytrzymałością i
wskaźnikiem mrozoodporności podanymi w tablicy:

Wytrzymałość na ściskanie

próbek nasyconych wodą (Mpa)

Lp

Rodzaj warstwy w konstrukcji nawierzchni drogowej

po 7 dniach

po 28 dniach

Wskaźnik

mrozoodporn

ości

1

2

3

4

5

1 Podbudowa zasadnicza dla KR1 lub pomocnicza dla

KR2 do KR6

1,6÷2,2

2,5÷5,0

0,7

2 Górna część warstwy ulepszonego podłoża gruntowego

o grubości co najmniej 10 cm dla KR5 i KR6 lub górna
część warstwy ulepszonego słabego podłoża z gruntów
wątpliwych oraz wysadzinowych

1,0÷1,6

1,5÷2,5

0,6

3 Dolna część warstwy ulepszonego podłoża gruntowego

w przypadku posadowienia konstrukcji nawierzchni na
podłożu z gruntów wrażliwych na działanie mrozu i
wody (wątpliwych i wysadzinowych)

-

0,5÷1,5

0,6

4.0 Technologie wykonania stabilizacji

Grunty spoiste przed dodaniem cementu powinny być rozdrobnione tak, aby przez sito o boku
4 mm przechodziło co najmniej 80 % gruntu.
Czas od momentu dodania cementu do momentu zakończenia mieszania i ułożenia w
podbudowie nie powinien przekraczać 1 godziny.
Dodatki ulepszające wprowadza się przed dodaniem cementu. Powinny być równomiernie
rozłożone na całej powierzchni podbudowy i wstępnie przemieszane z gruntem.

• Na miejscu
• W mieszarkach stacjonarnych

Stabilizacja na miejscu

• Czas od rozłożenia cementu do zakończenia 2 godziny
• Proces

- wzruszenie i rozdrobnienie
- rozścielenie i wymieszanie dodatków
- rozścielenie cementu
- mieszanie gruntu z cementem na sucho
- zwilżenie do w

opt

- wyprofilowanie
- zagęszczenie
- pielęgnacja

• Sprzęt

- mieszarki jedno lub wielowirnikowe do wymieszanie gruntu z spoiwem
- spycharki, lub równiarki lub sprzęt rolniczy (pługi, brony, kultywatory) do
spulchniania gruntu
- ciężkie szablony do wyprofilowania warstwy
- rozsypywarki wyposażone w osłony przeciwpylne i szczeliny o regulowanej
szerokości rozsypywania spoiw
- przewoźne zbiorniki na wodę z możliwością kontroli dozowania wody
- walce ogumione, stalowe wibracyjne lub statyczne (zagęszczanie)
- zagęszczarki płytowe, ubijaki mechaniczne (zagęszczanie w miejscach
trudnodostępnych)

• Zalety metody

- sprzęt jest lekki, dość tani i łatwy do transportu
- bezpośredni po wymieszaniu cały odcinek jest gotowy do zagęszczenia
- dość duża wydajność dzienna (do 1000m2 na jedną frezę)
- możliwe jest osuszanie gruntu przez odparowanie w czasie kilkakrotnego mieszania

• Wady metody

- trudno uzyskać równomierną grubość stabilizowanej warstwy
- wymieszanie nie jest tak równomierne jak przy innych metodach
- w czasie suszy może być zbyt duże odparowywanie

Stabilizacja w wytwórni

• Proces

- dozowanie i mieszanie wody, stabilizatorów i dodatków w mieszance stacjonarnej
- zwilżyć podłoże i ustawić prowadnice
- mieszanka o wopt
- układać układarkami lub równiarkami
- profilowanie

- zagęszczanie (<6 godz. od momentu dodania wody)

- pielęgnacja (< 90 min. od zagęszczenia, min. 7 dni)

• Sprzęt

- mieszarki stacjonarne
- układarki lub równiarki do rozkładania mieszanki
- walce ogumione, stalowe wibracyjne lub statyczne (zagęszczanie)
- zagęszczarki płytowe, ubijaki mechaniczne (zagęszczanie w miejscach
trudnodostępnych)

• Zalety metody

- dokładne dozowanie wody, składników gruntowych (doziarnianie innym gruntem)
- dokładna kontrola dna koryta i grubości warstwy
- małe zmiany wilgotności materiału

• Wady metody

- kosztowne przygotowanie mieszaniny, jeżeli stabilizacji podlega grunt z korpusu
drogi
- mała wydajność przy mieszarkach niedostosowanych do potrzeb
- duże zużycie paliwa w trakcie transportu

5.0 Pielęgnacja warstwy z gruntu lub kruszyw stabilizowanych cementem

Przed upływem 90 minut od chwili zakończenia zagęszczania należy przystąpić do
pielęgnacji, czyli zabezpieczenia warstwy z gruntu stabilizowanego cementem przed
wyparowaniem wody.

• Skropienie warstwy emulsją asfaltową
• Skropienie specjalnymi preparatami powłokotwórczymi
• Utrzymywanie w stanie wilgotnym poprzez skrapianie wodą w okresie min 7 dni
• Przykrycie na okres 7 dni nieprzepuszczalną folią z tworzywa sztucznego, ułożoną na

zakład o szerokości min 30cm

• Przykrycie warstwą piasku lub grubej włókniny technicznej i utrzymywanie jej w

stanie wilgotnym w czasie min 7 dni

• Nie należy dopuszczać do ruchu pojazdów i maszyn po podbudowie w okresie 7 dni

po wykonaniu

6.0 Spoiny robocze

W miarę możliwości należy unikać podłużnych spoin roboczych, poprzez wykonanie warstwy
na całej szerokości.
Jeżeli w niżej położonej warstwie występują spoiny robocze, to spoiny w warstwie leżącej
wyżej powinny być względem nich przesunięte o co najmniej 30 cm dla spoiny podłużnej i 1
m dla spoiny poprzecznej.

7.0 Projektowanie i badania

Projektowanie składu mieszanki gruntowo-cementowej
- sprawdzenie przydatności materiałów
- przyjęcie min 3 zawartości cementu różniących się o 2% (np4,6,8)
- oznaczenie dla każdej mieszanki wopt i ρds (badanie Proctora)
- określenie zawartości wody % w stosunku do mieszaniny gruntu i cementu

Wykonanie próbek
- wymieszanie cementu z gruntem, następnie z wodą w odpow. Proporcjach
- zagęszczenie próbek po 15 uderzeń na każdą warstwę normowym ubijakiem
- z każdej mieszanki wykonuje się 9 próbek
- określenie wytrzymałości na ściskanie (7 i 28 dni), mrozoodporność

7

.1 Badania mieszanek cementowo-gruntowych

Podczas realizacji robót wykonuje się badania:

• kwalifikacyjne

• badania terenowe,
• badania laboratoryjne - sprawdzenie przydatności materiałów i

zaprojektowanie składu mieszanki gruntowo-cementowej)

• w czasie budowy - bieżące sprawdzanie zgodności wykonywanych robót z

wymaganiami z PN, sprawdzenie m. in.

• ukształtowania podłoża,

• wskaźnika zagęszczenia,
• uziarnienia gruntu,
• rozdrobnienia gruntu spoistego,
• dokładności wymieszania gruntu z cementem,
• wilgotności mieszanki,
• grubości i szerokości stabilizowanej warstwy,
• równości w profilu podłużnym,
• równości i spadków w przekroju poprzecznym,
• rzędnych wysokościowych,
• ukształtowania osi w planie,
• jednolitości wyglądu warstwy)

• odbiorcze po zakończeniu budowy.