АРМИРУЮЩАЯ СЕТКА ДЛЯ БИТУМНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2007 года по МПК C08J5/00 D03D13/00 E01C11/16 

Изобретение относится к армирующей сетке для битумных покрытий, в частности битумсодержащих покрытий проезжей части, содержащей перекрещивающиеся пряди из синтетического материала.

Для образования наружного слоя полосы для движения транспортных средств, например дороги или взлетно-посадочной полосы или летного поля аэропорта, на протяжении длительного времени применялись положительно зарекомендовавшие себя битумсодержащие, в частности асфальтовые, покрытия. Асфальтовые покрытия характеризуются высокой прочностью по отношению к механическим нагрузкам, приходящимся на покрытие проезжей части при обычных температурах. При этом асфальтовая смесь, как правило, приводится в соответствие с температурой в местности нахождения проезжей части. Асфальтовое покрытие служит хорошей опорой для резиновых шин транспортных средств благодаря довольно высокому коэффициенту трения. Благодаря своей легкой деформируемости в горячем состоянии асфальтовые покрытия наносятся с образованием очень незначительной волнистости, что обеспечивает шинам транспортных средств оптимальную плавность качения.

Однако асфальтовым покрытиям присущ недостаток, заключающийся в низкой упругой деформируемости. Уже при незначительных напряжениях, возникающих под действием механических нагрузок или при температурных колебаниях, наступает текучесть битумного материала асфальтового покрытия, при этом асфальтовое покрытие становится пластичным и подверженным длительно сохраняющимся деформациям.

Для повышения прочности асфальтового покрытия по отношению к напряжениям при сохранении его положительных свойств, а также для улучшения его упругих свойств на протяжении нескольких десятилетий применяются армирующие сетки из синтетического материала. Такие армирующие сетки изготавливают, например, из высоко нагружаемых синтетических нитей из полимерного материала, в частности из сложного полиэфира. Эти нити переплетают с получением сеток, величина ячеек которых составляет несколько сантиметров. Совокупности или пряди основных и уточных нитей, образующих сетку, удерживаются вместе нитями перевивочной основы. Такая армирующая сетка известна из документа DE 2000937 А1. Для исключения образования армирующей сеткой разделительного слоя в битумном покрытии сетка выполняется с крупными ячейками. Через крупные ячейки сетки могут проходить крупнозернистые компоненты асфальтового покрытия, чем достигается эффективное зацепление с асфальтовым материалом покрытия проезжей части и, следовательно, эффективное армирование битумсодержащего покрытия по всей поверхности. Армирующая сетка согласно DE 2000937 А1 показана на фиг.1.

Для надежного сцепления с поверхностью битумного покрытия на армирующую сетку наносится, как правило, усиливающее адгезию вещество, имеющее сродство с битумом. Альтернативными вариантами выполнения таких армирующих сеток дополнительно предусматривается текстильное покрытие, перекрывающее ячейки и состоящее, например, из тонких ленточек или нетканого материала. Армирующая сетка с покрытием из нетканого материала известна из DE 19652584 А1 и представлена на фиг.2 и 3. На этот текстильный, перекрывающий ячейки слой нанесено также преимущественно битумное вещество, усиливающее адгезию. Согласно вариантам выполнения на фиг.2 и 3 слой содержит отверстия для прохода воздуха и вещества, усиливающего адгезию, попавших внутрь при укладке армирующей сетки. В других случаях применяются армирующие сетки с подложенным толстым слоем нетканого материала, пропитанного битумом.

Для фиксации перекрещивающихся прядей нитей армирующей сетки пряди основных нитей могут разделяться на две совокупности основных нитей, при этом первая совокупность основных нитей перекрещивает вторую совокупность основных нитей той же пряди основных нитей в каждой ячейке наподобие полуперевивки. Такая сетка является объектом изобретения, описанным в DE 19962441 А, и показана на фиг.4.

В качестве альтернативы по отношению к известным текстильным сеткам с переплетенными или зафиксированными между собой приемами шитья или вязания прядями изготавливаются также тонкослойные маты из полимерных пластмасс, в которых пряди располагаются под прямым углом друг к другу, образуя ячейки размером в несколько сантиметров. Также и эти сетчатые маты состоят преимущественно из сложных полиэфиров. Другие традиционные в строительстве пластмассы, как, например, полиэтилен или полипропилен, не получили своего распространения в качестве армирующих средств асфальта из-за своей температурной зависимости.

Существенным недостатком известных армирующих сеток является их изменчивая кривая "напряжение - относительное удлинение". При напряжении растяжения сложный полиэфир характеризуется сначала возрастающим почти пропорционально удлинению восприятием силы, которое после относительного удлинения в размере 1-2% в основном не изменяется. На фиг.5 схематически показана диаграмма "напряжение - относительное удлинение" для типичного материала из сложного полиэфира. В диапазоне 2-5% удлинения материала из сложного полиэфира не отмечается существенного роста напряжения в этом материале и, следовательно, восприятия силы. Существенное увеличение напряжения происходит снова лишь от около 5% удлинения материала. При этом следует иметь в виду, что согласно кривой "напряжение - относительное удлинение" битума, показанной штриховой линией на фиг.5, максимальное восприятие напряжения и, следовательно, разрывное удлинение составляет для битума около 5%. Поэтому армирующий эффект сетки из сложного полиэфира наступает только в том случае, когда битумный материал достигнет своей максимальной величины растяжимости и начнет растрескиваться. Трещины в битумном покрытии способны приводить к сохраняющимся повреждениям покрытия проезжей части.

В качестве альтернативы в прошлом была предложена армирующая сетка из стекловолокон или пластмассы, армированной стекловолокнами. Хотя стекловолокно и обладает существенно лучшей способностью к восприятию силы, однако оно почти не растягивается и обладает хрупкостью. Диаграмма "напряжение - относительное удлинение" для стекловолокон схематически показана на фиг.6, при этом штриховой линией показана характеристика кривой "напряжение - относительное удлинение" для битумного материала.

В частности, стекловолокна не воспринимают срезающую силу. Уже при укладке битумного покрытия армирующая сетка со стекловолокнами может оказаться поврежденной в битумном покрытии. При уплотнении битумного покрытия возникают срезающие силы, которые могут перенагрузить стекловолокна и привести к их разрушению. В частности, в том случае, когда битумное покрытие наносится на проезжую часть из бетонных плит, то как при укладке, так и после нее могут возникать, например, вследствие теплового расширения большие срезающие силы, приводящие к разрушению стекловолокон. Кроме того, стекловолокно обладает низкой щелочестойкостью, что отрицательно сказывается на его пригодности к использованию на летном поле и на взлетной полосе аэропорта, так как здесь из-за применения средств для устранения обледенения, которые способны проникать в волосные трещины проезжей части, щелочные вещества попадают на сетку и - в случае применения стекловолокна - могут их повреждать.

Задачей настоящего изобретения является создание армирующей сетки, способной воспринимать большие, возникающие в битумном покрытии силы и упруго деформироваться.

Эта задача решается в армирующей сетке для битумсодержащего покрытия проезжей части, содержащей перекрещивающиеся пряди из синтетического материала, тем, что пряди из синтетического материала имеют разрывное удлинение, составляющее 5-6% и лежащее, тем самым, в диапазоне разрывного удлинения битумсодержащего покрытия проезжей части.

Предпочтительным является то, что сила, воспринимаемая прядями (1, 2, или 1', 2', или 1", 2"), возрастает до диапазона разрывного удлинения в основном пропорционально величине удлинения прядей.

Целесообразным является то, что пряди изготовлены из высокопрочного поливинилового спирта.

Также целесообразным является то, что пряди изготовлены по меньшей мере из одного вида высокопрочных нитей.

Предпочтительно, если нити переплетены между собой.

Также предпочтительно то, что две перекрещивающиеся пряди (1', 2') соединены между собой связующими нитями.

Целесообразно, когда армирующая сетка покрыта усиливающим адгезию веществом, имеющим сродство с битумом, и она связана с несущим слоем, в частности с пропитанной битумом нетканой основой.

Пряди синтетического материала обладают разрывным удлинением от 3 до 8%.

Предпочтительно, чтобы разрывное удлинение синтетического материала прядей составляло от 5 до 6% и, следовательно, точно соответствовало диапазону разрывного удлинения битумсодержащего покрытия проезжей части.

Благодаря выбору синтетического материала, обладающего одинаковым максимальным удлинением с армируемым покрытием, обеспечивается положение, при котором покрытие и армирующая сетка оптимально взаимодействуют между собой. Оба имеют одинаковый диапазон максимального восприятия силы до разрушения материала. Оба материала могут удлиняться в определенном диапазоне, составляющем преимущественно до 5 или 6%, до снижения воспринимаемого материалами напряжения и до появления трещин в армированном покрытии. Таким образом, достигается положение, при котором армированное покрытие способно воспринимать большие возникающие силы, а битумный материал вместе с армирующим материалом является деформируемым в диапазоне своего удлинения, при этом не происходит повреждения битумного покрытия или армирующего материала. Таким образом срезающие силы, появляющиеся при укладке, а также в готовом состоянии и вызванные нагрузками и температурными колебаниями, могут сразу восприниматься путем деформаций сетки, не сопровождаясь повреждением.

Согласно варианту выполнения синтетические пряди сетки характеризуются постоянным восприятием силы, т.е. в основном неизменной диаграммой "напряжение - относительное удлинение". В частности, величина воспринятого напряжения или сила, воспринимаемая прядью определенного сечения, являются в основном пропорциональными величине удлинения. Хотя, как известно, синтетические материалы не характеризуются, как правило, точно пропорциональной кривой "напряжение - относительное удлинение" в противоположность, например, металлам, однако подбором соответствующего синтетического материала можно получить существенно постоянную и практически пропорциональную кривую "напряжение - относительное удлинение", которая не будет содержать участка возрастания удлинения без увеличения воспринимаемого напряжения, как это характерно для сложного полиэфира, при этом будут отсутствовать хрупкие свойства, присущие стекловолокну.

Указанные прочностные свойства достигаются изготовлением перекрещивающихся прядей армирующей сетки из высокопрочного поливинилового спирта. Поливиниловый спирт представляет собой пластмассу, с помощью которой обеспечиваются описанные выше механические свойства, т.е. в основном постоянная, практически пропорциональная кривая "напряжение - относительное удлинение" и разрывное удлинение 5-6%. Разрывное удлинение соответствует в основном разрывному удлинению армированного битумного покрытия.

Кроме того, поливиниловый спирт обладает высокой химической стойкостью и не подвергается воздействию или разрушению мочевиной или соляными растворами, образующимися при устранении обледенения проезжей части. Кроме того, свойства поливинилового спирта не зависят от влаги, т.е. во влажном и сухом состоянии он обладает одинаковой прочностью. Такой независимостью от влаги, например, стекловолокно не обладает. Стекловолокно существенно снижает прочность под действием влаги, в частности, в том случае, когда армированное покрытие проезжей части содержит волосные трещины, через которые вода проникает к армирующей сетке.

По сравнению с материалом из сложного полиэфира поливиниловый спирт обладает в два-три раза более высоким модулем прочности, в результате чего для получения одинакового армирования могут применяться более тонкие пряди из поливинилового спирта.

По сравнению со стеклянными сетками поливиниловый спирт является значительно менее хрупким и способен воспринимать более значительные срезающие силы и силы продольного изгиба. Риск того, что при укладке или уже в готовом состоянии сетка из поливинилового спирта будет разрушена, является значительно меньшим по сравнению с повреждением или разрушениями сетки из стекловолокна.

Сетки из поливинилового спирта вследствие аналогичного разрывного удлинения повреждаются, как правило, в том случае, когда повреждается армированное битумное покрытие.

Кроме того, сетки из поливинилового спирта обладают существенно большей динамической нагружаемостью по сравнению с сетками из стекловолокон.

Поливиниловый спирт может непосредственно обрабатываться с получением армированной сетки. Предпочтительно, чтобы он обрабатывался, в частности, переплетался в виде нитей с получением высокопрочной текстильной сетки.

Сетка из поливинилового спирта может покрываться, подобно известным сеткам из сложного полиэфира, усиливающим адгезию веществом, имеющим сродство с битумом. Кроме того, она армируется предпочтительно легкой мембраной, например, тонким слоем нетканого материала.

Хотя на практике известно применение армирующих сеток с покрытием из поливинилового спирта для армирования земляных слоев с использованием продукта заявителя с товарным знаком "Fortrac M", однако до настоящего времени для асфальтовой армирующей сетки не была достигнута хорошая согласуемость между кривой "напряжение - относительное удлинение" сетки из поливинилового спирта с кривой "напряжение - относительное удлинение" для армированного битумного покрытия.

Ниже описываются другие аспекты изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.

На фиг.1 изображен вид сверху на первый вариант выполнения армирующей сетки для битумсодержащих покрытий проезжей части;

на фиг.2 - вид сверху, а также

на фиг.3 - перспективный вид на второй вариант выполнения армирующей сетки для битумсодержащих покрытий проезжей части;

на фиг.4 - вид сверху на другой вариант выполнения армирующей сетки, которая может применяться для армирования покрытий проезжей части;

на фиг.5 - схематически диаграмма "напряжение - относительное удлинение" для сложного полиэфира и битумного покрытия;

фиг.6 - схематически диаграмма "напряжение - относительное удлинение" для стекловолокна и битумного покрытия;

на фиг.7 - схематически диаграмма "напряжение - относительное удлинение" для поливинилового спирта и битумного покрытия.

Изображенные на фиг.1-4 армирующие сетки подробно объяснены при описании уровня техники. Они содержат расположенные равномерно и параллельно между собой пряди основных нитей 1, 1', 1". Пряди основных нитей 1, 1', 1" в изображенных текстильных сетках образованы несколькими нитями и состоят согласно уровню техники из сложного полиэфира или стекловолокон. Под прямым углом к прядям 1, 1', 1" основных нитей расположены равномерно и параллельно между собой пряди 2, 2', 2" уточных нитей, состоящих согласно уровню техники из сложного полиэфира или стекловолокон.

В местах перекрещивания пряди 1, 1', 1" основных нитей соединены с прядями 2, 2', 2" уточных нитей. Согласно первому варианту выполнения (см. фиг.1) соединение выполнено нитями 3 перевивочной основы, уложенными на прядь 1 основных нитей и проходящими вдоль попеременно по левой и правой сторонам пряди 1 основных нитей под прядью 2 уточных нитей. Ткань, образованная прядями 1 основных нитей и прядями 2 уточных нитей, покрывается затем битумсодержащей массой, способствующей, во-первых, эффективному соединению между армируемым битумным покрытием и сеткой и фиксирующей, во-вторых, перекрещивающиеся основные и уточные нити между собой.

Согласно изобретению основные 1 и уточные нити 2 могут состоять из поливинилового спирта, вследствие чего они будут характеризоваться в значительной степени постоянной кривой "напряжение - относительное удлинение" и разрывным удлинением 5-6%.

На фиг.2 и 3 показана армирующая сетка, в которой пряди 1' основных нитей и пряди 2' уточных нитей уложены рашель-машиной с перекрещиванием на тонкую нетканую основу 4. Связующей нитью 5 основные нити 1' соединяются рашельной технологией с нетканой основой 4. В местах пересечения основных нитей 1' с уточными нитями 2' связующие нити 5 соединяют также основные нити 1' с уточными нитями 2'. В данном случае основные нити 1' и уточные нити 2' покрыты вместе с нетканым материалом усиливающим адгезию веществом, имеющим сродство с битумом. В заявке на патент Германии №19652584 А1 на имя заявителя, в которой описана такая сетка, уже сообщалось о применении поливинилового спирта. Однако приведение в соответствие свойств прядей сетки при напряжении - относительном удлинении к свойствам битумного покрытия при напряжении - удлинении согласно изобретению там не упоминается.

Другой вариант выполнения сетчатого мата с открытой ячейкой показан на фиг.4, на которой можно видеть текстильную сетку согласно упомянутому выше документу DE 19962441 А1. Здесь пряди 1" основных нитей также разделены на две совокупности 6, 7 основных нитей, при этом первая совокупность 6 основных нитей перекрещивается со второй совокупностью 7 основных нитей той же пряди 1" основных нитей каждой ячейки наподобие полуперевивки.

На фиг.5, 6, 7 можно видеть преимущество кривой "напряжение - относительное удлинение" сетки из поливинилового спирта согласно изобретению по сравнению с известными сетками из сложного полиэфира и стекловолокон.

На фиг.5 показано, что в нити из сложного полиэфира на значительном участке при удлинении от 2 до 5% почти не возрастает внутреннее напряжение растяжения. Т.е. в этом диапазоне удлинения восприятие силы армирующей сеткой возрастает несущественно. И лишь, начиная с 5%, возрастает сила, воспринимаемая армирующей сеткой из сложного полиэфира. Однако в этом диапазоне лежит также разрывное удлинение армируемого битумного покрытия, вследствие чего при быстром наступлении армирующего эффекта следует ожидать появление трещин в битумном покрытии.

Сетка из стекловолокна имеет свойства при напряжении - относительном удлинении, показанные на фиг.6. Хотя она и воспринимает большую силу, однако является очень хрупкой и разрушается при малых удлинениях.

Согласно изобретению для армирования битумного покрытия выбирается сетка из поливинилового спирта, характеризующаяся кривой "напряжение - относительное удлинение", изменяющейся в основном одновременно с соответствующей кривой битума (см. фиг.7). В диапазоне от 0 до 5% удлинения она воспринимает постоянно возрастающие напряжения. Напряжение растет в основном пропорционально удлинению материала из поливинилового спирта. Поскольку армированное битумное покрытие имеет аналогичную кривую "напряжение - относительное удлинение", то армированное покрытие и армирующая сетка могут нагружаться до разрывного удлинения.

Выполнение армирующей сетки согласно изобретению возможно при любой форме существующих сеток. Это относится как к решениям заявителя, известным из уровня техники и показанным на фигурах фиг.1-4, так и к сетчатым матам, изготовленным не по текстильной технологии.

Армирующая сетка для битумсодержащего покрытия проезжей части содержит перекрещивающиеся пряди (1, 2, или 1', 2', или 1", 2") из синтетического материала, имеющие разрывное удлинение, составляющее 5-6% и лежащее тем самым в диапазоне разрывного удлинения битумсодержащего покрытия проезжей части. Сетка может быть покрыта усиливающим адгезию веществом, имеющим сродство с битумом или связана с несущим слоем, в частности с пропитанной битумом нетканой основой 4. Такая армирующая сетка способна воспринимать возникающие в битумном покрытии силы и упруго деформироваться в диапазоне его удлинения. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Армирующая сетка для битумсодержащего покрытия проезжей части, содержащая перекрещивающиеся пряди (1, 2, или 1', 2', или 1", 2") из синтетического материала, отличающаяся тем, что пряди (1, 2, или 1', 2', или 1", 2") из синтетического материала имеют разрывное удлинение, составляющее 5-6% и лежащее тем самым в диапазоне разрывного удлинения битумсодержащего покрытия проезжей части.2. Армирующая сетка по п.1, отличающаяся тем, что сила, воспринимаемая прядями (1, 2, или 1', 2', или 1", 2"), возрастает до диапазона разрывного удлинения в основном пропорционально величине удлинения прядей (1, 2, или 1', 2', или 1", 2").3. Армирующая сетка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что пряди (1, 2, или 1', 2', или 1", 2") изготовлены из высокопрочного поливинилового спирта.4. Армирующая сетка по п.1, отличающаяся тем, что пряди (1, 2, или 1', 2', или 1", 2") изготовлены по меньшей мере из одного вида высокопрочных нитей.5. Армирующая сетка по п.4, отличающаяся тем, что нити переплетены между собой.6. Армирующая сетка по п.4, отличающаяся тем, что две перекрещивающиеся пряди (1', 2') соединены между собой связующими нитями.7. Армирующая сетка по п.1, отличающаяся тем, что она покрыта усиливающим адгезию веществом, имеющим сродство с битумом.8. Армирующая сетка по п.1, отличающаяся тем, что она связана с несущим слоем, в частности с пропитанной битумом нетканой основой 4.