СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1998 года по МПК E04C2/06 E04C3/20 E01B3/32 E01C5/08 

Изобретение относится к дорожному строительству, например плитам покрытий колейных автомобильных дорог и аэродромов, а также балкам, например шпалам железнодорожных, лесовозных и трамвайных путей.

Известно колейное покрытие автомобильных дорог, включающее деревянные, составленные из брусьев, щиты, каждая пара которых связана между собой соединительным элементом, выполненным в виде горизонтальной пластины [1].

Недостатком этого покрытия является использование крупноразмерных брусьев из деловой древесины, соединяемых в щит на болтах, необходимость устройства горизонтальных и вертикальных пазов по периметру щита, сверление отверстий под болты, а также наличие стыка в виде Н-образного профиля из металла. Кроме того, незащищенная древесина подвержена гниению и быстрому механическому износу.

Известны также строительные элементы из железобетона в виде плит, например аэродромных покрытий, имеющих в продольном направлении напрягаемую стальную арматуру, в поперечном - ненапрягаемую [2].

Недостатком таких плит являются большие масса и расход металла на арматуру, закладные детали, стыки, а также затраты на предварительное напряжение арматуры и сварку каркаса и стыков. Кроме того, цементный бетон подвергается разрушению от атмосферных и агрессивных воздействий, имеет низкую трещиностойкость.

За прототип изобретения принят строительный элемент, используемый в качестве железнодорожных шпал, включающий в себя тело одинаковой жесткости по длине из полимербетона, армированного древесной щепой, расположенной вдоль оси тела элемента, и дисперсно-стеклосечкой в верхних и нижних его слоях [3] .

Известный строительный элемент не пригоден для использования для покрытий колейных автомобильных дорог и аэродромов, так как условия эксплуатации последних требуют применения элементов, обладающих прочностью и жесткостью в двух плоскостях изгиба. В нем используется щепа из отходов деревообработки длиной 150-200 мм, которая лишь условно ориентированно армирует элемент, занимает только 50% его объема, что приводит к снижению прочности при растяжении и изгибе, перерасходу дорогостоящей смолы ФАМ. Дисперсное армирование верхних и нижних слоев элемента стеклосечкой повышает лишь трещиностойкость, но не прочность при растяжении и изгибе и предельную растяжимость.

Задачами, на решение которых направлено изобретение, является повышение эксплуатационных и прочностных качеств строительного элемента, уменьшение его массы, снижение расхода металла и связующего, использующегося для получения полимербетона, создание стыков, обеспечивающих технологичное соединение соседних элементов, исключающих сдвиг в горизонтальной плоскости и продавливание балласта.

Для решения этих задач известный строительный элемент, включающий в себя тело из полимербетона, армированного древесной щепой и стекловолокном в верхнем и нижнем слоях, дополнительно снабжен армирующим многослойным каркасом из досок или брусьев, которые размещены в смежных слоях взаимно перпендикулярно с зазором, а армирование стекловолокном выполнено в виде сетки и, кроме того, на смежных боковой и торцевой гранях строительного элемента выполнены трапециевидные в плане и разрезе клиновидные выступы, а на противоположных гранях - пазы соответствующей формы.

На фиг. 1 изображен строительный элемент, вид сверху, например плита аэродромного покрытия, имеющая трапециевидные в плане и разрезе клиновидные выступы и соответствующие пазы, обеспечивающие полужесткое соединение соседних плит боковыми и торцевыми сторонами и исключающие продавливание балласта под стыками и сдвиг в продольном и поперечном направлениях; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 4 - строительный элемент, например плита покрытия колеи автомобильных дорог; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - строительный элемент, например шпала; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Д-Д на фиг. 6.

Строительный элемент всех видов включает тело (матрицу) 1 с выступами 2 и пазами 3 из полимерной мастики на фурфуролацетоновой смоле ФАМ, например, песка, кварцевой и графитовой муке; необработанные обрезные доски или бруски из древесины различных пород, которые укладываются плашмя 4 или на ребро 5 с зазорами, обеспечивающими прилив полимерной массы, содержащей технологическую щепу, и образующими многослойный каркас строительного элемента; стеклосетку 6 на основе стекла алюмоборосиликатного состава, укладываемую на дно опалубки перед установкой армирующего каркаса и затем в верхний слой элемента после заливки полимерной мастики; древесную технологическую щепу 7, дисперсно армирующую полимерную массу.

Использование в качестве вяжущего фурфуролацетоновой смолы ФАМ, отверждаемой в присутствии бензосульфокислоты, обеспечивает монолитность строительного элемента, так как она обладает высокой адгезией к необработанной и высушенной древесине и стекловолокну, защищает древесину от гниения и действия на элемент агрессивных сред.

Использование в качестве наполнителей полимерной мастики кварцевой муки увеличивает ее прочность, а графитовой муки или сажи - водотойкость и снижение внутренних усадочных и температурных напряжений.

Необработанные обрезные доски или бруски обеспечивают ориентированное армирование вдоль и поперек строительного элемента, в результате чего повышается его прочность при растяжении, изгибе и скалывании, уменьшается объемная масса, по сравнению с теми же характеристиками прототипа.

Ориентированное в двух направлениях армирование стеклосеткой повышает предельную растяжимость, прочность и трещиностойкость при растяжении, изгибе и скалывании.

Дисперсное армирование технологической щепой с длиной элементов 20-60 мм, вводимой в полимерную мастику во время перемешивания ее компонентов, способствует уменьшению массы элемента и повышению прочности при скалывании, смятии и трещиностойкости.

Изобретение обеспечивает сведение к минимуму расхода металла и снижение в два раза объемной массы строительного элемента по сравнению с прототипом и в три раза по сравнению с железобетоном.

Указанный результат, а также повышение пределов прочности и жесткости при основных видах нагружения строительных элементов, например плит покрытий колейных автомобильных дорог и аэродромов, а также балок, например шпал железнодорожных, лесовозных и трамвайных путей, достигаются применением в качестве ориентированно армирующих элементов необработанных обрезных досок или брусьев из древесины различных пород и стеклосетки и дисперсного армирования технологической щепой.

Применение в качестве конструкций стыков плит трапециевидных в плане и разрезе клиновидных выступов и соответствующих газов обеспечивает полужесткое соединение боковых и торцевых граней строительных элементов - плит покрытий колейных автомобильных дорог и аэродромов и их герметизацию, исключает продавливание балласта при наезде колес транспортировки средств на их края и сдвиг в продольном и поперечном направлениях. Значительно упрощается за счет отказа от применения сварных стыков технология укладки и при необходимости снятия.

В целом, в результате улучшения физико-механических характеристик, снижения массы строительных материалов, расхода смолы ФАМ и отказа от применения металлической арматуры и сварных стыков повышаются их эксплуатационные качества, снижается стоимость.

Изобретение предназначено для использования в дорожном строительстве и может быть реализовано в виде плит для покрытий колейных автомобильных дорог и аэродромов или шпал для железнодорожных и трамвайных путей. Сущность изобретения: строительный элемент содержит тело из полимербетона, армированное по всей массе древесной щепой, а в верхнем и нижнем слоях - стеклосеткой. Внутри строительного элемента размещен армирующий многослойный каркас из досок, брусьев или их комбинаций. Доски и брусья в смежных слоях располагаются взаимно перпендикулярно. Для соединения строительных элементов между собой на боковых и торцевых гранях выполнены клиновидные выступы и пазы. Строительный элемент имеет высокие прочностные и эксплуатационные качества, не содержит металла. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Строительный элемент преимущественно для дорожного строительства, включающий в себя тело из полимербетона, армированного древесной щепой и стекловолокном в верхнем и нижнем слоях, отличающийся тем, что он снабжен армирующим многослойным каркасом из досок или брусьев, которые размещены в смежных слоях взаимно перпендикулярно с зазорами, а армирование стекловолокном выполнено виде сетки. 2. Строительный элемент по п.1, отличающийся тем, что на смежных боковой и торцевой гранях выполнены трапециевидные в плане и разрезе клиновидные выступы, а на противоположных - пазы соответствующей формы.