Древесина (лесоматериал) в бревнах и досках применяется для настилов дорожных мостов, для столбов дорожных знаков и линий связи, для построек легкого типа, например павильонов на остановках регулярного автотранспорта, для ограждающих изгородей и т. п. Кроме того, лесоматериал используют для вспомогательных целей, например для устройства временных подмостей при строительстве мостов, опалубок при изготовлении железобетонных плит и деталей сборных мостовых конструкций и т. д.

В дорожном строительстве лесоматериалы расходуют в относительно малом количестве. Во всех случаях необходимо использовать местные породы деревьев, растущие на трассе строящейся дороги. В безлесных районах приходится пользоваться привозной древесиной, стоимость которой увеличивается из-за расходов на транспортирование с места рубки до строительства.

Трассу строящейся дороги расчищают механизированным способом, выбор которого зависит от размеров деревьев и густоты древесной растительности. Деловую древесину распиливают на доски, горбыль, бревна и используют на строительстве. Мелколесье, сучья и кустарники удаляют с дорожной полосы и используют на топливо.

Каменные материалы

Каменные материалы являются основными для дорожного строительства. Они состоят ‘из горных пород, образованных главным образом из кремния и алюминия и их соединений с другими химическими элементами.

Горные породы в Советском Союзе распространены на Кавказе, Урале, горных хребтах Средней Азии, но встречаются и в других местностях — на Кольском полуострове, в некоторых районах Приднепровья и Украины, а также Дальнего Востока и Сибири.

Горные породы, образовавшиеся в результате застывания изверженных из .недр земли расплавленных веществ (магмы), носят название изверженных горных пород.

Излившаяся на поверхность земли магма быстро остывала и превращалась в стекловидные горные породы — липарит, трахит, диабаз, базальт. Наоборот, магма, не достигшая поверхности земли, остывала медленно и при твердении образовывала кристаллические горные породы — гранит, сиенит, диорит. И те и другие породы применяются в дорожном строительстве.

Стекловидные породы. Липарит имеет стекловидное строение с вкраплением зерен кварца.

В дорожном строительстве липариты применяются главным образом для вспомогательных работ — устройства щебеночных оснований, укрепительных работ и т. п. Это объясняется недостаточной сопротивляемостью липаритов разрушающему воздействию осадков и низких температур.

Трахит, так же как и липарит, не обладает достаточной устойчивостью и прочностью и ввиду этого в дорожном строительстве применяется главным образом для второстепенных сооружений. Трахит имеет мелкозернистое строение с шероховатыми поверхностями изломов; окраска трахитов разнообразная, обычно светлых тонов.

Диабаз имеет плотное, мелкозернистое строение и темную окраску. Поверхности изломов, как правило, неровные.

Ввиду высокой прочности и устойчивости диабаз широко применяется в дорожном строительстве: из него приготовляют высокосортный щебень, брусчатку, штучный камень — шашку и различные облицовочные плиты.

Диабаз хорошо полируется и поэтому мостовые из диабазовой шашки быстро приобретают гладкую, скользкую поверхность, что является недостатком, так как колеса автомобилей скользят по дороге и движение становится неустойчивым и небезопасным.

Базальт — очень плотная и твердая горная порода, почти такого же происхождения, как и диабаз. Структура базальта скрытокристаллическая с примесью вулканического стекла. Окраска базальта темная, почти черная. Базальт обладает высокой прочностью; наиболее темные разновидности базальта являются более прочными. Недостатками базальтов являются хрупкость и легкая полируемость: первая служит причиной разрушения щебенок в покрытии, вторая обусловливает скольжение автомобилей на мостовых из базальтовой шашки.

Вблизи от природных месторождений базальт применяется для изготовления щебня и дорожной шашки.

Кристаллические породы. Гранит — очень прочный строительный материал разнообразной окраски: от темно-красного до почти белого цвета. Название «гранит», происходящее от латинского «гранум» — зерно, указывает на зернистое (кристаллическое) строение породы. По крупности кристаллов различают крупно-, средне- и мелкозернистые граниты; чем меньше размеры кристаллов (зерен), тем выше прочность гранита.

В дорожном деле гранит служит для приготовления высокосортной шашки и прочного щебня для дорожных одежд и покрытий. Наиболее ценные сорта гранита (красного и коричневого цветов) используют для облицовки цоколей и фасадов общественных зданий.

Сиенит очень похож на гранит и в дорожном деле применяется наравне с ним, несмотря на несколько меньшую прочность. Сиенит мягче гранита, благодаря чему легче поддается обработке и поэтому более употребителен для облицовочных работ. В дорожном строительстве сиенит употребляется для приготовления щебня и дорожной шашки.

Диорит также имеет внешнее сходство с гранитом по строению и окраске. Диориты обладают высокой прочностью и вязкостью и поэтому в дорожном строительстве широко применяются в виде щебня и шашки.

Недостатком диоритов является их легкая полируемость, благодаря чему мостовые, сооруженные из диоритовой шашки, быстро становятся скользкими.

Каменные россыпи. Каменные россыпи, образовавшиеся при разрушении изверженных горных пород, называют рыхлыми обломочными породами. Эти породы состоят из остроугольных камней неправильной формы; при размерах больше 100 мм камни относятся к дробленой скале, а при меньших размерах россыпь называют естественным щебнем.

Двигаясь в потоках осадочных или талых вод, обломки камней трутся о дно потока и соседние камни. При этом их острые грани и ребра стираются, округляются и камни, как говорят, приобретают «окатанную форму». Таким образом они превращаются в валуны (больше 100 мм) и гальку (меньше 100 мм).
Дальнейшее движение в водном потоке еще сильнее окатывает гальку и уменьшает ее размеры. Галька, окатанная до размеров, меньших 35 мм, называется гравием; продолжающееся уменьшение размеров гравия превращает его в песок с размерами частиц меньше 5 мм.

Ледники в горных местностях увлекают с собой рыхлые горные породы и, перемещая их, интенсивно измельчают и окатывают отдельные камни и щебенки, превращая их в гальку. Скопления ледниковой гальки называют моренами, а сам каменный материал — моренной галькой.

Дробленая скала, природный щебень и галька, подвергаясь дальнейшему разрушению, еще более измельчаются и превращаются в рыхлые горные породы. Например, путем последовательного измельчения из гранита образуется дресва, песок, глина.

Рыхлые горные породы переносятся водой иногда на очень большие расстояния и осаждаются в устьях рек, т. е. там, где скорость потока воды уменьшается. Под влиянием давления вышележащих слоев осажденные смеси песка с глиной спрессовываются в плотные породы, называемые песчаниками. В таких же условиях смеси песка с галькой или гравием и глиной превращаются в конгломераты. Песчаники и конгломераты называют осадочными горными породами.

Известняки также относятся к осадочным горным породам. Они образуются из остатков раковин мельчайших морских животных, осевших на морском дне.

Известняки превратились в плотные горные породы под влиянием большого давления воды, воздействовавшего на них в течение очень длительного времени. В результате подъема морского дна огромные залежи известняка вышли на сушу.

Песчаники и известняки служат для приготовления дорожного щебня. Из песчаника приготовляется также шашка для мощения дорог.

Известняк хорошо обволакивается битумом и прочно с ним сцепляется. Поэтому известковый щебень является лучшим материалом для приготовления асфальтобетонной смеси, идущей для дорожных покрытий.

Лучшим минеральным порошком (заполнителем) для асфальтобетона является известняк, перемолотый в каменную муку.

Песчаники, конгломераты и известняки, находящиеся на поверхности земли, подвергаются разрушению, в результате которого также превращаются в рыхлые горные породы.

Видоизмененные, или метаморфические, породы образовались из тех же изверженных и осадочных горных пород под влиянием внешних условий — главным образом высокой температуры и большого давления.

Грунты

Все рыхлые горные породы, образовавшиеся из изверженных, осадочных или метаморфических горных пород и применяемые в строительном или дорожном деле, называют грунтами.

Грунты находят разнообразное применение на строительстве.

Супеси и суглинки применяют для строительства дорожных насыпей.

Крупнозернистые и среднезернистые пески используют для сооружения дорожного основания, дорожной одежды и дренажей. Пески с примесью глины применяют для улучшения грунтовых дорог. Мелкие и пылеватые пески применять не рекомендуется, так как они при увлажнении приобретают плывунные свойства.

Классификация грунтов по прочности на сжатие и по трудности разработки приведена в табл. 3.

2. Категории VII—VIII — слабые твердые породы, IX — переходные, X—XVI — твердые прочные скалистые породы. Все они разрабатываются взрывным способом.

В этой таблице коэффициенту крепости, равному 1, соответствует грунт, сопротивление сжатию которого равняется 100 кг/см2.

Кроме того, грунты классифицируются по степени связности. Для грунта связывающими (цементирующими) частицами являются глинистые частицы, размер которых очень невелик — от 0,005 до 0,001 мм.

Чем больше в грунте глинистых частиц, тем большей связностью он обладает; это значит, что грунт может под влиянием внешних воздействий изменять свою форму, не рассыпаясь на отдельные частицы, например может скатываться в руках в шарообразные, цилиндрические и другой формы комки. Связными принято называть грунты, содержащие более 5% по весу глинистых частиц, и несвязными — при содержании глинистых частиц менее 5% по весу.

Грунты до IV категории включительно можно разрабатывать землеройными машинами — скреперами, бульдозерами, грейдерами и др. Грунты свыше IV категории разрыхляют при помощи взрывчатых веществ, после чего разрабатывают экскаваторами.

Грунты в естественном залегании называют грунтами в плотном теле. В этом состоянии грунт занимает наименьший возможный объем.

Если грунт вскопать лопатой или разработать киркой или ломом, то он увеличится в объеме, т. е. разрыхлится. Грунт разрыхляется и при разработке землеройными машинами.

Разрыхление в меньшей степени зависит от способа разработки и в большей степени от разновидности грунта и его состояния.

При производстве земляных работ оплата производится по объему грунта в плотном теле, так как этот объем может быть точно определен обмером места выработки (выемки).

Коэффициент разрыхления грунта в полевых условиях определяют следующим образом (рис. 13): в плотном материковом

Рис. 13. Определение коэффициента разрыхления грунта:
1 — яма в плотном теле грунта; 2 — ящик; 3— разрыхленный грунт в ящике

Объемный вес грунта выражается весом одного кубического метра грунта в тоннах или килограммах. Зная объемный вес, можно рассчитать, какое количество грунта следует погрузить в транспортную машину определенной грузоподъемности.

Наряду с определением коэффициента разрыхления грунта может быть определен объемный вес грунта в плотном теле и в рыхлом состоянии.

Рис. 14. Мерный стакан для отбора проб грунта:
1 — стакан; 2 —кольцо; 3 — крышка

Следовательно, одно и то же количество грунта может занимать разный объем и иметь различный объемный вес.

Влажность грунта определяют отбором проб и лабораторным анализом. Пробы отбирают мерным металлическим стаканом (рис. 14), объем и вес которого определены стандартом. Стакан вдавливают или забивают в массив грунта ударами молотка по крышке 3. Затем выкапывают стакан вместе с находящимся в нем грунтом, снимают кольцо 2 и излишний грунт срезают ножом вровень с краями стакана. Объем грунта в стакане известен, так как известен объем стакана. Стакан вместе с грунтом взвешивают на обычных весах и, вычтя вес стакана, находят вес содержащегося в нам грунта. Объемный вес влажного грунта находят по вышеприведенной формуле.

Затем из пробы отбирают навеску грунта весом 50—80 г и помещают ее в бюксу, которая представляет собой небольшой стеклянный или металлический стаканчик с притертой крышкой. Навеску грунта взвешивают вместе с бюксой и, вычтя вес бюк- сы, точно определяют вес навески влажного грунта.

Затем бюксу вместе с грунтом помещают в электрический сушильный шкаф, предварительно сняв притертую крышку. Грунт высушивают до полного прекращения потери веса, что проверяют повторными взвешиваниями. Последнее взвешивание после прекращения потери веса дает вес сухого грунта в навеске.

Влажность грунта необходимо учитывать при укладке насыпей и уплотнительных работах, которые производятся для придания насыпи прочности и устойчивости. От влажности в большой степени зависит коэффициент разрыхления грунта, а также возможность придания грунту должной плотности укаткой или трамбованием.

Искусственные материалы

Некоторые отходы промышленности (котельные и доменные шлаки) и изделия из местного сырья (строительный кирпич, дорожный клинкер, шлаковые камни и щебень) применяются в строительстве дорог как искусственные каменные материалы.

Из доменных и мартеновских шлаков путем дробления изготовляют шлаковый щебень, обладающий высокой прочностью и теплоизолирующими свойствами, благодаря которым дорожное полотно под проезжей частью промерзает на меньшую глубину и уменьшаются деформации полотна (пучины) при оттаивании дороги весной.

Для получения гранулированных (зернистых) шлаков, служащих сырьем для изготовления цемента, доменный шлак подвергают искусственному охлаждению водой и сжатым воздухом.

Отливкой расплавленных шлаков в изложницы (‘формы) получают шлаковое литье в виде искусственных камней правильной геометрической формы.

Котельные топочные шлаки, представляющие собой рыхлую массу из частиц разных размеров, обладают меньшей прочностью, чем доменные шлаки. Их используют главным образом для улучшения грунтовых дорог вместо подстилающего слоя из песка.

Дорожный клинкер, обладающий высокой прочностью, приготовляют из обычной красной глины путем формовки и последующего обжига. Клинкер применяют для сооружения дорожных покрытий и тротуаров.

Кирпич строительный также приготовляют из глины. Он служит в дорожном деле для строительства служебных зданий и жилых домов для обслуживающего персонала дороги.

Цемент является продуктом тонкого помола различных, обожженных до спекания материалов — мергелей, мергелистых известняков, доменного шлака, клинкера, известняка и др.

Порошкообразный цемент используют как вяжущий материал. При смешивании с водой он образует тесто, превращающееся на воздухе или в воде в твердое камневидное тело. Затвердевшее цементное тесто сохраняет твердость и прочность только на воздухе или на воздухе и в воде: в первом случае цемент называют воздушным, во втором — гидравлическим. И тот и другой цементы применяются в дорожном строительстве.

Цементобетон приготовляется в виде смеси цемента, песка, каменных материалов (щебня или галечника, или шлаковой щебенки) и воды. В зависимости от назначения цементобетона изменяется состав и соотношение составляющих его материалов. Отношение веса воды к весу цемента, называемое водоцементным фактором изменяется в зависимости от назначения цементобетона и условий его работы в сооружении; для дорожных покрытий водоцементный фактор принимают равным от 0,55 до 0,60, а для некоторых других сооружений он принимается равным 0,70:
Расход цемента на 1 м3 бетона равняется 250—260 кг в зависимости от назначения смеси.

От количества цемента зависит прочность и твердость бетона, а от содержания воды — удобообрабатываемость и подвижность, т. е. способность бетона заполнять формы и опалубки.

Приготовление цементобетона складывается из дозирования составляющих — цемента, каменных материалов, заполнителя (песка), воды — и их перемешивания для образования равномерной смеси.

Дозирование осуществляется специальными весовыми дозаторами с точностью отмеривания веса в пределах 1—2%. Составленную с такой тщательностью бетонную смесь перемешивают в бетономешалках различной емкости и конструкции.

Асфальтобетон применяется для строительства дорожных покрытий усовершенствованных дорог. Он состоит из каменных материалов (щебня или гравия), песка, минерального порошка (заполнителя) и битума.

По роду каменного материала различают асфальтобетон щебеночный, гравийный и песчаный. По размеру частиц каменных материалов различают асфальтобетон крупнозернистый (размер наибольших частиц до 35 мм), среднезернистый (до 25 мм) и мелкозернистый (до 15 мм). Размер частиц песчаного асфальтобетона не превышает 5 мм.

Битум — твердый при низких температурах, приобретает текучесть при нагреве.

Битумы разделяются на природные и искусственные. Природные битумы встречаются в виде скоплений в толще осадочных пород. Искусственные битумы являются остаточными продуктами перегонки нефти.

Такое же применение, как и битум, имеют дегтевые материалы, смолы и тяжелые масла, являющиеся продуктами сухой перегонки каменного угля.

Удельный вес природных и искусственных битумов близок к 1,0 (он изменяется в пределах от 0,97 до 1,10 г/см3).

Удельный вес дегтей и смол несколько больше — от 1,12 до 1,20 г/см3.

Назначение битума (дегтя или дорожного масла) в асфальтобетонной смеси состоит в том, чтобы покрыть все наружные поверхности частиц каменных материалов и заполнителя, связав их между собой. Скрепляя воедино все составляющие асфальтобетона, битум придает всей смеси водонепроницаемость.

Заполнитель предназначается для заполнения всех пор и пустот между отдельными минеральными частицами.