CS256273B1 - Podkladní vrstva vozovky a způsob její výroby - Google Patents

Abstract

Podkladní vrstva je určena pro vozovky, parkoviště,dopravní a zpevněné plochy. Podstatou šešení je využití tixotropních vlastností směsi létavého popílku s vodou ke zvýšení vnitřních sil soudržnosti, a tím k úspoře stavebních materiálů a tlouštík konstrukce. Podkladní vrstva je tvořena kostrou z hrubého drceného kameniva od 8 do 63 mm, která se rozprostře a zhutní. Kostra se prolije a s případným vevibrováním vyplní tekutau směsí popílku s.vodou, připravenou zvlhčením 1,5 až 3,0 dílů létavého popílku 1 dílem vody za intenzivního míchání, s možným přidáváním 1 až 18% hmotnostních hydraulické maltoviny nebo vápenného hydrátu. Tekutá směs popílku s vodou přejde vlivem tixotropních vlastností do pevného stavu či dosažení maxi- » mální objemové hmotnosti a s následným vytvořením strukturálně chemických vazeb.

Description

Vynález se týká podkladní vrstvy vozovek pozemních komunikací a zpevněných ploch a způsobu výroby této podkladní vrstvy. Vynález řeší uplatnění nového principu aktivace vnitřních soudržných sil mezi stavebními materiály podkladních vrstev· Výsledkem vynálezu je kvantitativně nový stupen mezi dosavadními nestmelenými a stmelenými podkladními vrstvami vo zovek·

Funkcí podkladních vrstev vozovky je roznášet tlaky vozidel z krytu vozovky na podloží. Podle druhu zpevnění /tj· vnitřních soudržných vazeb/ se podkladní vrstvy dělí obecně na nestmelené a stmelené· Nestmelené podkladní vrstvy /vibrovaný štěrk, štěrkodrí, mechanicky zpevněné kamenivo - minerálbeton aj·/ využívají k přenášení napětí od zatížení vnitřní tření mezi jednotlivými zrny kameniva· Výsledná odolnost proti přetvoření je dána součtem sil vnitřního tření, které jsou principiálně závislé na granulometrii, fyzikálně mechanických vlastnostech kameniva a zhutnění vrstvy. Naproti tomu stmelené podkladní vrstvy /kamenivo zpevněné cementem,stabilizace zemin, penetrační makadam aj·/ využívají k získání vnitřní soudržnosti různých druhů pojivá - hydraulických, vzdušných, živičných ; výsledná odolnost proti přetvoření je dána pak pevností stmelení· Rozdíly v deformačních charakteristikách odpovídajících materiálů nestmelených a stmelených jsou dle porovnání modulů pružnosti značné : mechanicky zpevněná zemina 150.MPa - cementem stabilizovaná zemina 1000 MPa, štěrkodrl 250 MPa - penetrační makadam 1900 MPa. Tyto rozdíly deformačních charakteristik se negativně promítají do dimenzování vozovek podle platné čs. návrhové metody, kde vedou k podhodnocení nestmelených materiálů· Uvedené důvody společně se snahou po úspoře kvalitních pojiv vedly k hledání cest, které by překlenuly zo zdily mezi nestmelenými a stmelenými podkladními vrstvami. Logickým výsledkem bylo spojení předností obou druhů podkladů, tj· samostatná hrubozraaé kostry z nestmeleného kameniva, do které je následně vpravena /prolita, vevibrována/ stmelená výplň. Tato myšlenka není nová, už u klasických štěrkových vozovek se prolévala štěrková kostra kalící maltou· V moderních aplikacích je

- 2 256 273 kal nahrazen obvykle maltovou výplní stmelenou hydraulickým nebo vzdušným pojivém s drobným kamenivem, struskou, popílkem a jinými komponenty. Podle stupně zaplnění mezer výplňovou maltou se tyto nové technologické úpravy blíží buň nestmeleným podkladním vrstvám /mezerovitost cca do 30 %, rozhodující síly soudržnosti přebírá kamenná kostra vnitřním třením/, nebo stmeleným podkladním vrstvám /mezerovitost klesá pod 5 %, nosnou funkci přebírá pevnost výplně/.

Společnou charakteristikou těchto úprav je však skutečnost, že pouze v různé míře kombinují oba známé principy vnitřní soudržnosti materiálů podkladních vrstev vozovky. Kvalitativně novým stupněm a pokrokem by bylo uplatnění jiného fyzikálně-mechanického nebo fyziláLně-chemického principu, který by se podílel na aktivaci a zvýšení vnitřních sil soudržnosti v podkladní vrstvě vozovek.

Vynález řeší uplatnění nového principu aktivace vnitřních soudržných sil podkladní vrstvy vozovek, jehož podstatou je využití tixotropních vlastností popílkové suspenze, tj. směsi létavého popílku s vodou, smíchané ve stanoveném poměru. Podkladní vrstvu tvoří zhutněná kostra z hrubého drceného kameniva o zrnitosti v rozmezí od 8 do 63 mm, následně vyplněná popílkovou suspenzí, která je do kostry prolita nebo vevibrováaa. Popílková suspenze se vyrábí zvlhčením 1,5 až 3,0 dílů létavého popílku 1 dílem vody /s případným přidáním 1 - 18 % hydraulického nebo vzdušného pojivá - dle bodu 2. definice/, za intenzivního míchání. Popílková suspenze se vyznačuje tím, že vlivem tixotropních vlastností samovolně přechází z tekutého stavu do stavu plastického a později tuhého. Suspenze v tekutém stavu zaujme prostor daný vnitřní mezerovitostí kamenné kostry a po zatuhnutí vytváří zpevnění podkladní vrstvy. Využití tixotropních vlastností je možné pouze při dodržení postupu výroby podkladní vrstvy /dle bodu

3. definice/, tedy nikoliv současným míšením všech složek podkladní vrstvy /kamenivo, popílek, voda ev. pojivo/· Tixotropní vlastnosti popílkové suspenze lze vysvětlit takto. Především tyto vlastnosti mohou vzniknout pouze u homogenního a natolik jemného materiálu, u něhož může dojít k rovnováze gravitačních sil částic s jejich dynamickou viskozitou· Proto jakákoliv směs, vyráběná kromě popílku zvlhčením

256 273 drobného nebo hrubého kameniva, nedává vzniknout tixotropnía vlastnostem. Mechanismus-využití tixotropních vlastností popílkové suspenze v podkladní vrstvě vozovky je následovný, Popílková suspenze se vyrábí a dopravuje za stálého míchání nebo čeření. Vlivem tohoto mechanického podnětu dochází k překonávání dynamické viskozity suspenze, která je tak udržována v tekutém stavu. Při prolévání kamenné kostry zaujme suspenze jako tekutina veškeré dostupné mezery v kamenivu. Je-li použito v kostře kameniva i frakce menší než 22 mm, doporučuje se pojezd vibračního válce po podkladní vrstvě. Vibrační účinky ještě více ztekutí směs tak, aby zaplnila veškerý volný vnitřní prostor v kamenné kostře. Po ukončení vnějšího mechanického podnětu pohyb suspenze ustává, rychlost pohybu klesá k aule. S tím vzrůstá dynamická viskozita suspenze / jako u všech nenewtonovských kapalin/ a postupně přechází ve viskozitu strukturální. Současně odebere kamenivo popílkové suspenzi část záměsové vody a tím ještě zvýší viskozitu suspenze. Tak je postupně dokončen přechod suspenze ze stavu tekutého do stavu tuhého. Důležitým faktorem je samovo 1 nost a přirozená jednosraéraest tohoto procesu. Příčina těchto vlastností spočívá v energetické bilanci jevu. Podle obecné druhé věty termodynamické jsou v izolovaných soustavách možné jen takové změny, při nichž entropie soustavy vzrůstá nebo zůstane nezměněna. Rovnováha takové izolované soustavy se pak vyznačuje maximální entropií. Pro suspenzi je maximální entropií stav pevného skupenství. K udržení kapalného skupenství suspenze je totiž nutná vnější práce, který zvyšuje vnitřní energii soustavy /suspenze/ a snižuje její entropii. Při ztrátě vnějšího iaqaulsu se pak soustava působením principu růstu entropie samovolně snaží dosáhnout energeticky minimálního a eňtropicky maximálního stavu, ýwŽ je stav pevného skupenství. Podstatný důsledek probíhajících dějů se projeví v takovém uspořádání zrn popílku v iuhé suspenzi, při němž je dosaženo maximální objemové hmotnosti popílku. O soudržném účinku strukturálně viskozní vazby svědčí skutečnost, Že samovolně ztuhlá nehutaěná popílková suspenze dosahuje vyšší objemové hmotnosti,

- 4 256 273 a tím vyšší míru zhutnění aez vrstva provedená z optimálně vlhčeného popílku a předepsaným způsobem dokonale zhutněná* Strukturální viskozita suspenze se dále postupně mění v pevnoty fyzikálně chemickou vazbu mikročástic suspenze vlivem obvykle přítomných zbytkových sloužením vápníku v popílku· Tyto chemické vazby je možné zásadním způsobem zvýšit přímým přidáním hydraulického nebo vzdušného pojivá do suspenze která tím získá charakter vysoce soudržné stmelené výplně· Původnost předkládaného řešení spočívá mj· v tom, že jako výplň kamenné kostry se používá samotného popílku zvlhčeného vodou v podobě tixotropní suspenze· V některých případech se totiž popílek do konstrukčních vrstev vozovek také přidává, ovšem buá jako dílčí část plniva, nebo jako částečná náhrada hydraulického pojivá· Popílek pak působí jako inertní složka zeminy nebo drobného kameniva, nebo se případně využije některých příznivých chemických vazeb aktivních popílků· Dosud nebylo využito tixotropních vlastností popílkové suspenze, neboť tyto vlastnosti jsou závislé na homogenitě suspenze, složené výhradně z popílku·

Spojením kamenné kostry s výplní z popílkové suspenze je získána kvalitativně nová podkladní vrstva, která tvoří široký přechod mezi nestmelenými a stmelenými podkladními vrstvami· Bez přidání pojivá do výplňkové suspenze vzniká nestmelená / a přece soudržná/ podkladní vrstva, která dosahuje a překračuje deformační charakteristiky nejkvalitnějších. dosud prováděných podkladních vrstev z vibrovaného štěr ku nebo mechanicky zpevněného kameniva /modul pružnosti E 1000 MPa·/ Přidáním hydraulického nebo vzdušného pojivá do suspenze se může zpevnit podkladní vrstva až aa úroveň vysoce kvalitních stmelených podkladních vrstev - kameniva zpevněného cementem /modul pružnosti až E · 2000 MPa/· Parametry pevnosti lze v uvedeném Širokém rozmezí volit složením kamenné kostry, vlastnostmi popílku a množstvím a druhem přidáváného pojivá· Tyto podkladní vrstvy pak lze uplatnit na účelové ploohy, staveništní vozovky, parkoviště 1 na zatížené vozovky pozemních komunikací· Výhody vynálezu spočívají jednak v úspoře hydraulických nebo vzdušných pojiv

- 5 256 273 při jejich sníženém dávkování resp. úplné absenci /Oo* 6% hmotnosti kameniva/ oproti srovnatelným technologickým úpravám. Jinou celospolečenskou výhodou je využívání a likvidace obtížného odpadního produktu - popílku jako účinného stavebního materiálu. Další výhody se vztahují k uplatnění v konstrukcích vozovek í výborné tepelně izolační vlastnosti popilkove suspenze / A = 0,3 - 0,4 W.m“ .K“ / zvýší tepelný odpor vozovek vůči promrzání a uspoří tak konstrukční tloušťku. Druhým důvodem k úspoře tloušťky konstrukce a tedy materiálu jsou vyšší deformační charakteristiky oproti klasickým néstmeleným podkladním vrstvám, což lépe zhodnotí používané kamenivo a podle návrhu konstrukce vozovky uspoří i tloušťku vrchních živičných vrstev.

Příklad 1

Na urovnanou a zhutněnou ochrannou vrstvu se rozprostře a urovná vrstva Štěrku frakce 32/63 mm v tloušťce 250 mm a vibračními válci se zhutní. Tato kamenná kostra se prolije popílkovou suspenzí až do úplného zaplnění mezer. Popílková suspenze se vyrobí v mísícím centru z 2,7 hmotnostních dílů létavého popílku a 1 dílu vody za neustálého míchání. Na stav bu se suspenze dováží v autodomíchávači nebo cisternovém automobilu pro fekálie a volně se rozleje po ploše zhutněné štěrkové vrstvy. Mezery v kamenné kostře jsou zaplněny, jakmile vrstva suspenze kryje povrch zrn kameniva a dále neklesá. Po zatuhnutí suspenze /min. 48 hodin/ lze pokládat horní podkladní vrstvu.

Příklad 2

Na zhutněnou spodní podkladní vrstvu se rozprostře a urovná vrstva štěrkodrti frakce 16/32 mm v tloušťce 200 mm a válcem bez použití vibrace se předhutní. Tato kamenná kostra se prolije předem připravenou popílkovou suspenzí. Aby došlo k zaplnění všech mezer, je nutno suspenzi do kamenné vrstvy vevibrovat dalšími pojezdy vibračního válce. Mezery jsou za256 273 plněny, jakmile vrstva suspenze kryje povrch zrn kameniva a dále neklesá ani při pojezdu vibračního válce. Popílková suspenze se předem vyrobí v mísícím centru z 2,2 hmotnostních dílů létavého popílku, 1 dílu vody a 9# struskoportlandského cementu vztaženém hmotnostně k popílku /tj.

2,5 % hmotnosti cementu na množství kameniva a popílku. Po zatuhnutí suspenze se provede infiltrační postřik a následně udržovací a uzavírací nátěr. Provedená konstrukce může sloužit jako staveniětní vozovka.

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Podkladní vrstva vozovky z hrubého drceného kameniva, popílku a vody, vyznačující se tím, že obsahuje kostru z kameniva o velikosti 2rn v rozmezí od 8 do 63 mm, vyplněnou tixotropní směsí popílku s vodou v množství od 15 do 45 % hmotnosti kamenné kostry, přičemž tixotropní směs popílku s vodou sestává z 1,5 až 3,0 dílů létavého popílku a 1 dílu vody.
2. 2. Podkladní vrstva podle bodu 1> vyznačující se tím, že tixotropní směs popílku s vodou obsahuje hydraulickou maltoviau nebo vápenný hydrát v množství od 1 do 18 % hmotnosti popílku.
3. 3. Způsob vyroby podkladní vrstvy vozovky podle bodu

   1 nebo 2, vyznačující se tím, že rozprostřené kamenná kostra v tlouěice 80 až 300 mm se zhutní, prolije tekutou směsí popílku s vodou, vyrobenou zvlhčením létavého popílku vodou za intenzivního míchání, s případným vevibrováním tekuté směsi až do úplného zaplnění mezer kamenné kostry.