Число пластичности грунта - определение, особенности и свойства
Число пластичности грунта - важный показатель, характеризующий свойства глинистых грунтов. Он позволяет классифицировать грунты и прогнозировать их поведение при строительстве.
Определение числа пластичности грунта
Согласно ГОСТ 25100-2020, число пластичности - это разность между влажностью на границе текучести и влажностью на границе раскатывания:
Ip = WL - Wp
где:
- Ip - число пластичности, %
- WL - влажность на границе текучести, %
- Wp - влажность на границе раскатывания, %
Число пластичности показывает интервал влажности, в пределах которого грунт обладает пластичностью.
Факторы, влияющие на число пластичности глинистого грунта
На величину числа пластичности влияют:
- гранулометрический состав - чем меньше размер частиц, тем выше пластичность
- минеральный состав - наиболее пластичны грунты, содержащие монтмориллонитовые глины
- концентрация порового раствора - увеличивает пластичность
- наличие органического вещества - повышает пластичность
Также на число пластичности существенно влияет влажность грунта. По мере увеличения влажности пластичность возрастает.
Классификация грунтов по числу пластичности
В зависимости от числа пластичности глинистые грунты классифицируются следующим образом:
| Тип грунта | Число пластичности Ip, % |
| Супесь | 1-7 |
| Суглинок | 7-17 |
| Глина | >17 |
Как видно, глины обладают наибольшей пластичностью. Это обусловлено преобладанием в их составе частиц размером менее 0,005 мм (глинистая фракция).
Значение числа пластичности для оценки свойств грунтов
Число пластичности грунта позволяет оценить:
- Сжимаемость и набухание при увлажнении
- Просадочные свойства
- Склонность к пучению
- Тиксотропные свойства
Чем выше число пластичности, тем в большей степени грунт проявляет перечисленные особенности. Это необходимо учитывать при проектировании фундаментов и выборе грунтов в качестве оснований сооружений.
Методы определения пределов пластичности в лаборатории
Для определения числа пластичности в лаборатории используют два стандартных метода:
- Метод с конусом для нахождения влажности на границе текучести (WL)
- Метод раскатывания шнура для определения влажности на границе раскатывания (WP)
Первый метод основан на погружении стандартного конуса в грунтовую пасту и замере глубины погружения. Второй метод заключается в раскатывании шнура из грунта и фиксации момента появления трещин.
Формула для расчета числа пластичности на основе полученных данных:
Ip = WL - Wp
Влияние влажности на число пластичности грунта
Число пластичности грунта зависит от влажности. По мере увеличения влажности пластичность возрастает, интервал пластичного состояния расширяется.
Это объясняется увеличением толщины пленок связанной воды на поверхности частиц. Более толстые пленки обеспечивают большую подвижность частиц относительно друг друга.
Учет числа пластичности в строительстве
При проектировании фундаментов на глинистых грунтах обязательно учитывают число пластичности. Чем оно выше, тем значительнее может быть просадка грунтов при замачивании, а также их набухание.
Для предотвращения деформаций фундаментов применяют различные методы:
- Устройство насыпных подушек из песка
- Уплотнение грунтового основания
- Глубокое заложение фундаментов
Способы снижения пластичности грунтов
Для уменьшения пластичности и улучшения свойств глинистых грунтов применяют следующие методы:
- Механическое уплотнение с отсыпкой гравийно-галечниковых подушек
- Химическое закрепление грунтов с помощью вяжущих
- Термическая сушка и обжиг грунта
Благодаря этим методам снижается влажность, уменьшается толщина водных пленок на зернах грунта, пластичность падает.
Использование глин в промышленности
Высокая пластичность определенных типов глин делает их незаменимым сырьем для производства керамики, фарфора, кирпичей и черепицы.
Благодаря пластичности из глиняного теста можно формовать любые изделия, которые затем обжигают для придания им прочности.
Глины в традиционных строительных материалах
Глину с древнейших времен используют для изготовления кирпича-сырца и саманного кирпича. Для этого пластичную глину смешивают с соломой, навозом или другими органическими добавками.
Пластичные глины незаменимы при производстве глинобита и глиноплит - традиционных материалов для обустройства полов.
Применение бентонитовых глин
Особенно высокой пластичностью отличаются бентонитовые глины, содержащие монтмориллонит. Их активно применяют в буровых растворах, литейном производстве, при производстве косметики и медпрепаратов.
Пластичность почвы и плодородие
Пластичность почвы влияет на ее водно-воздушный режим, плотность сложения, что в конечном итоге сказывается на плодородии.
С помощью разумного регулирования пластичности почв можно повысить урожайность сельскохозяйственных культур.
Экологические аспекты пластичности грунтов
Высокопластичные глинистые грунты активно поглощают загрязняющие вещества - тяжелые металлы, радионуклиды, нефтепродукты.
Это свойство необходимо учитывать при выборе площадок для полигонов твердых бытовых отходов и очистных сооружений.
Санитарно-эпидемиологические требования к глинистым грунтам
Глинистые грунты широко используются в качестве оснований зданий и сооружений. Однако они могут представлять опасность, если содержат патогенные микроорганизмы, яйца гельминтов, цисты простейших.
Поэтому существуют жесткие санитарно-эпидемиологические требования к качеству грунтов в населенных пунктах. Нормируются показатели микробного числа, наличия патогенных бактерий, яиц гельминтов.
Методы обеззараживания грунтов
Для обеззараживания грунтов применяют физические и химические методы:
- Термическая обработка
- Облучение ультрафиолетом
- Химическая дезинфекция
Биологическая рекультивация грунтов
Помимо обеззараживания используют биологическую рекультивацию с внесением сапрофитных бактерий и грибов. Они вытесняют патогенные микроорганизмы.
Контроль качества обеззараживания
Эффективность обеззараживания и биорекультивации контролируют микробиологическими исследованиями в аккредитованных лабораториях.
Требования к использованию грунтов
Обеззараженные или биорекультивированные грунты можно использовать в любых целях без ограничений.
Необеззараженные грунты допускается применять только под нежилые здания и сооружения.
Требования к глинистым грунтам для дорожного строительства
Глинистые грунты широко используются в дорожном строительстве - для устройства насыпей, выемок, в качестве оснований дорог.
К таким грунтам предъявляется ряд требований.
Требования к прочности и устойчивости
Глинистые грунты в дорожном строительстве должны обладать достаточной несущей способностью, чтобы выдерживать нагрузки от транспорта без деформаций.
Требования по пучинистости
Грунты не должны быть склонны к пучению при попеременном замораживании и оттаивании, поскольку это приводит к деформациям дорожного полотна.
Требования по водонасыщению
Влагонасыщение грунтов не должно превышать 0,9 долей единицы. При большем влагосодержании происходит разжижение грунта и потеря несущей способности.
Контроль качества грунтов
Качество грунтов, используемых в дорожном строительстве, должно соответствовать ГОСТ 30416, ГОСТ 25100 и другим нормативным документам.
Требования к глинистым грунтам для гидротехнического строительства
Глинистые грунты широко применяются при сооружении плотин, дамб, каналов и других гидротехнических объектов.
Водонепроницаемость
Основное требование к таким грунтам - минимальная водопроницаемость, чтобы предотвратить фильтрацию воды. Для этого подбираются высокопластичные глины.
Долговечность
Применяемые глины должны быть устойчивы к водной эрозии и химическому воздействию воды на протяжении длительного периода эксплуатации.
Удобоукладываемость
Важно, чтобы влажные глины легко укладывались в тело плотины и разравнивались без образования трещин и раковин.
Контрольные испытания
Глинистые грунты для гидротехнического строительства проходят лабораторные испытания по водопроницаемости, морозостойкости, набуханию и усадке.
Применение глинистых грунтов в ландшафтном дизайне
Благодаря высокой пластичности, глинистые грунты активно используются в ландшафтном дизайне и садово-парковом строительстве.
Устройство грунтовых дорожек и площадок
Из смесей глины, песка и гравия делают долговечные и экологичные дорожки, площадки, подиумы. Глина придает этим конструкциям прочность и формуемость.
Глиняная скульптура и декор
Глину используют для лепки декоративных элементов - скульптур, вазонов, барельефов. Из глиняных шаров делают «живые» заборы.
Гидроизоляция прудов и водоемов
Высокопластичные бентонитовые глины эффективно используют для гидроизоляции дна и откосов прудов, водоемов, фонтанов.
Мульчирование почвы
Тонкий слой глины используют в качестве мульчи для улучшения структуры и водного режима почвы, защиты от сорняков.