Spoiwa – podział
Spoiwa mineralne z powodzeniem są stosowane w drogownictwie na całym
świecie. Jako materiał budowlany, spoiwa stosowane są w drogownictwie do budowy
dróg (konstrukcja jezdni lub ciągi pieszo-rowerowe) oraz wszelkich obiektów inżynierskich
np. jako składnik betonu. Po zastosowaniu spoiwa mineralnego występuje
wiązanie, które jest procesem chemicznym zachodzącym między spoiwem,
a wodą. Skutkiem tego procesu jest twardnienie, co przenosi się na wzrost
wytrzymałości.
Podział spoiw opiera się o dwie kategorie:
- Spoiwa powietrzne – proces wiązania jest możliwy wyłącznie w środowisku powietrznym
np. gips, wapno palone - Spoiwa hydrauliczne – proces wiązania, tym samym osiąganie cech wytrzymałościowych jest możliwe zarówno na powietrzu jak i pod wodą np. cement portlandzki używany do produkcji betonu
Spoiwa wykorzystywane w drogownictwie
Wzrost inwestycji w Polsce, w tym również w branży drogowej oraz rosnące ceny materiałów budowlanych sprawiły, że na rynku dostępne są konkurencyjne produkty. Spoiwa drogowe są dobrym uzupełnieniem oferty tradycyjnych i powszechnie znanych spoiw mineralnych stosowanych w budownictwie drogowym, jakimi są cement czy wapno. Spoiwa drogowe stosowane są głównie, jako spoiwo do wykonywania w drodze warstw konstrukcji takich jak:
dla mieszanek związanych są to warstwy:
- podbudowy pomocniczej dla kategorii ruchu KR3-KR7,
- podbudowy zasadniczej dla kategorii ruchu KR1-KR7,
- mrozochronnej dla kategorii ruchu KR1-KR4,
dla gruntów związanych są to warstwyL
- ulepszonego podłoża,
- podbudowy pomocniczej dla kategorii ruchu KR3-KR4,
- podbudowy zasadniczej dla kategorii ruchu KR1-KR2.
Hydrauliczne spoiwa drogowe
W obliczu dużego narażenia konstrukcji drogi na działanie wody, w branży drogowej najczęściej używane są hydrauliczne spoiwa drogowe, które wiążą, zachowują swoje właściwości, a także parametry również w obecności wody. Po przez odpowiednie projektowanie składu mieszanki, producenci uzyskują spoiwa, które różnią się między sobą w zależności od swojej klasy i rodzaju. Pod terminem spoiw drogowych kryje się szereg produktów, które zawierają w składzie mieszaninę takich materiałów jak: cement, wapno, UPS (uboczne produkty spalania) tj. popioły lotne, żużle itd. oraz inne odpowiednio wyselekcjonowane dodatki mineralne ulepszające właściwości spoiw. Ich odpowiednio dobrany skład nadaje im różny charakter od spoiw pełniących rolę mieszanek o właściwościach szybko lub normalnie wiążących i jednocześnie osuszających grunty mocno przewilgocone o niskiej nośności.
Na polskim rynku najczęściej spotykane i z powodzeniem używane są spoiwa o klasach wytrzymałości takich jak: 5 MPa, 12,5 MPa, 22,5 MPa oraz 32,5 MPa. Producenci spoiw deklarują spełnienie szeregu wymagań, które definiuje norma, są to m.in.:
- wytrzymałość na ściskanie (MPa) po 7 dniach,
- wytrzymałość na ściskanie (MPa) po 28 dniach,
- początek czasu wiązania,
- koniec czasu wiązania.
Spoiwa drogowe do stabilizacji gruntu
Najczęstszym sposobem wykorzystania spoiw drogowych jest proces stabilizacji gruntu. Stabilizacja spoiwem ma zastosowanie nie tylko w budownictwie drogowym, ale również inżynieryjnym do ulepszania i wzmacniania gruntu oraz do zwiększania jego nośności. Główną zaletą wykorzystania spoiw drogowych do stabilizacji jest w większości przypadków wykorzystanie istniejącego gruntu rodzimego. Doskonale się to wpisuje w kierunek zrównoważonego rozwoju, jakim to świat zaczyna coraz pewniej podążać. To rozwiązanie jest znane i stosowane, przynosi szereg korzyści m.in. brak konieczności wymiany gruntu, przez co skracamy czas realizacji oraz uciążliwość lokalnego ciężkiego transportu.
Wykorzystanie hydraulicznych spoiw drogowych w stabilizacji gruntu
W przypadku użycia spoiwa drogowego do stabilizacji gruntu jego ilość zależna jest od składu granulometrycznego (grunty spoiste czy sypkie) oraz od wymagań, jakie stawiane są stawianych mieszance gruntu ze spoiwem. Gdy planujemy uzdatnić i wzmocnić grunt rodzimy procentowa ilość spoiwa w stosunku do gęstości objętościowej suchego gruntu może się wahać od 2-4%, gdyż głównym parametrem będzie nośność, którą musi osiągnąć. W przypadku, gdy wykonujemy stabilizację o określonej wytrzymałości (np. stabilizacja C1,5/2) ilość ta może się mieścić w granicach od 4% do nawet 9%.
Ważnym aspektem, o którym trzeba pamiętać przed zastosowaniem spoiwa jest zaprojektowanie recepty dla mieszanki spoiwa z gruntem. Recepta określa nam ilość materiału, jaka jest potrzebna do osiągnięcia założonych parametrów warstwy m. in. są to wytrzymałość na ściskanie (badanie Rm) i/lub nośność warstwy (określana wtórnym modułem odkształcenia E2 – badanie płytą statyczną VSS).
Bywają na budowach sytuacje skrajne, gdy napotykamy złe warunki gruntowe w postaci zbyt przewilgoconego gruntu, wtedy możemy zastosować spoiwa, które w swym składzie posiadają np. wapno palone, które posiada silne własności higroskopijne oraz gwałtownie łączy się z wodą wytwarzając jednocześnie spore ilości ciepła. Oprócz wapna spoiwa drogowe posiadają w swoim składzie Uboczne Produkty Spalania (UPS) tj. popioły lotne, fluidalne czy żużle, które wykazują właściwości pucolanowe. Tak, więc spoiwa drogowe mogą być użyte bezpośrednio do stabilizacji lub do wstępnego uzdatniania gruntu rodzimego, który następnie może być przeznaczony do dalszej stabilizacji np. cementem.
W wielu przypadkach w parze z hydraulicznymi spoiwami stosuje się do nich dodatki np. środki jonowymienne lub dodatek hydrofobowy. Pozwalają one na podniesienie jakości wykonywanych robót, często obniżenie ilości spoiwa przy zachowaniu wymaganych parametrów czy nawet na skrócenie czasu potrzebnego do ich osiągnięcia.
Spoiwa drogowe – regulacja prawna
Aktualnie spoiwa drogowe do stabilizacji gruntu, jako wyrób budowlany podlegają normie europejskiej „EN 13282-1 Hydrauliczne spoiwa drogowe szybkowiążące. Skład, wymagania i kryteria zgodności” oraz mającej status polskiej normy „PN-EN 13282-2 Hydrauliczne spoiwa drogowe normalnie wiążące. Skład, wymagania i kryteria zgodności”.
Zastosowanie spoiw drogowych
- Poprawa nośności gruntów,
- Wykonanie stabilizacji gruntu,
- Wykonanie mieszanek związanych,
- Wykonanie warstwy konstrukcyjnej podbudowy dla nawierzchni drogowych,
- Wzmocnienie podłoża pod obiekty budowlane (hale, magazyny, podtorza linii kolejowych itd.),
- Stabilizacja gruntu bezpośrednio pod kostkę brukową,
- Ulepszanie i wzmacnianie słabego podłoża nawierzchni w celu doprowadzenia parametrów do grupy nośności G1 np. z G4 do G1,
- Wzmacnianie nośności gruntów nasypowych – wzmacnianie nasypów,
- Osuszanie gruntów,
- Zwiększenie wytrzymałości na ściskanie materiałów związanych spoiwem.
