Дорожная плита Российский патент 2021 года по МПК E01C5/06 

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при изготовлении дорожных и аэродромных плит, а также может быть использовано при сооружении и реконструкции плит проезжей части мостов.

Известна дорожная плита, выполненная из упругого и несущего слоев, и состоящая из цементной матрицы с мелким и крупным заполнителем и армирующими элементами (патент на изобретение №2433219 RU, МПК Е01С 5/06, 10.11.2011).

Однако эта дорожная плита обладает пониженной несущей способностью, обусловленной невысокой жесткостью слоев, а также недолговечностью, обусловленной хрупкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок, особенно при воздействии динамических переменных нагрузок, а также высокой материалоемкостью и соответственно, себестоимостью вследствие использования дополнительных упругих компонентов.

Известно применение в дорожном строительстве дорожных матов из композиционных материалов (КДМ), в которых покрытие дороги образовано полимерными плитами (патент на полезную модель №131734 RU, МПК Е01С 5/00, Композиционный дорожный мат для дорог со сборно-разборным покрытием, 27.08.2013).

При этом плиты изготавливаются из полимерного композиционного материала, физико-механические характеристики которого обеспечивают требования к максимальной нагрузке - колесной, осевой и гусеничной, а также к химической стойкости, что обеспечивает высокую их долговечность. Для изготовления плит, формирующих КДМ, используется композиционный полимерный материал по своим физико-механическим характеристикам превосходящий ранее используемые материалы: железобетон и дерево, а также композиционный стеклопластик.

Однако такая плита обладает повышенной гибкостью и недостаточной жесткостью при действии высоких нагрузок, что обуславливает ее только временное применение, что снижает эффективность использования таких плит.

Известна также монолитная двухслойная плита с верхним слоем из полимерной композитной сборной плиты с заданными характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости и повышенной износостойкости, соединенная с бетонным слоем анкерами из арматуры (патент на изобретение №2667396 RU, МПК Е01С 5/22, Способ устройства дорожного покрытия повышенной долговечности, 19.09.2018).

Однако такая плита обладает пониженной несущей способностью, обусловленной низкой трещиностойкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок, сложной технологией изготовления за счет необходимости изготовления специальных анкеров и отдельного формования сборной плиты, а также в такой плите не обеспечиваются защитные функции нижнего слоя бетона, что снижает эффективность использования плиты, в целом.

Известно применение полимерной композитной арматуры для армирования бетонных изделий, в том числе, дорожных плит (например, патент на изобретение №2405092 RU, Е04В/500, Композитная арматура, 27.11.2010). Однако применение полимерной композитной арматуры как анкерного элемента в комплексе с армированием не выявлено.

Известно также применение в строительстве хомутов в качестве крепежных элементов труб, кабелей и др. (например, Firedis.com). Однако их применение в качестве анкерных элементов для соединения различных слоев строительных изделий не обнаружено.

Наиболее близким техническим решением является монолитная двухслойная железобетонная плита, содержащая нижнюю и верхнюю плиты и разделительный упругий слой (патент на изобретение №2243316 RU, МПК Е04В/500, Е01С 3/00, Монолитная двухслойная железобетонная плита, 27.12.2004).

Однако такая плита имеет сложность конструкции, значительный собственный вес, а также пониженную несущую способность, обусловленную недостаточной надежностью соединения слоев и хрупкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок. При этом не выполняется главное исходное условие долговечности дорожной плиты - это обеспечение стабильной жесткости ее нижнего слоя, допускающего при этом в нем формирования рабочих деформаций растяжения при изгибе, предупреждающих развитие процесса трещинообразования в бетоне и последующего разрушения плиты, особенно за счет снижения трещиностойкости плиты при динамических нагрузках и температурных деформациях нижнего слоя, что снижает эффективность использования плиты, в целом.

Технической задачей настоящего изобретения является создание дорожной плиты, обладающей повышенной долговечностью и трещиностойкостью при воздействии динамических и знакопеременных нагрузок за счет снижения ее массы.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является повышение несущей способности и эксплуатационной надежности дорожной плиты при снижении ее материалоемкости и себестоимости, а также повышение долговечности, т.е. увеличение срока службы дорожной плиты.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что в дорожной плите, состоящей из двух слоев в виде нижней и верхней плит, верхний слой выполнен бетонным, нижний слой - в виде полимерной композитной плиты, которая скреплена с бетонным слоем через поперечные дискретные анкеры в виде выступов, которые закреплены на полимерной композитной плите и утоплены в бетонном слое. Также дорожная плита, состоящая из двух слоев в виде нижней и верхней плит, верхний слой выполнен бетонным, нижний слой - в виде полимерной композитной плиты, которая может быть скреплена с бетонным слоем через продольные непрерывные анкеры в виде выступов, которые закреплены на полимерной композитной плите и утоплены в бетонном слое. Поперечные дискретные анкеры в виде выступов выполнены в виде катушек или хомутов. Непрерывные анкеры в виде выступов выполнены в виде полимерных композитных труб, по крайней мере, двух, уложенных по длине полимерной композитной плиты и закрепленных на ней хомутами, при этом полимерные композитные трубы могут быть выполнены перфорированными.

Исполнение дорожной плиты комбинированной, состоящей из двух несущих слоев - верхнего бетонного и нижнего полимерного композитного, позволяет:

- повысить трещиностойкость за счет изготовления плиты с нижним несущим слоем из полимерного композитного материала, отличающегося лучшими деформативными свойствами по сравнению с бетоном и который подвергается значительным деформациям растяжения при изгибе плиты в процессе ее нагружения,

- снизить массу дорожной плиты за счет замены нижнего слоя из тяжелого бетона слоем из более легкого полимерного композитного материала,

- упростить технологию изготовления путем исключения операции по формованию полимерной композитной плиты с анкерами в виде выступов, а использовать готовую полимерную композитную плиту с закрепленными на ней анкерами в виде выступов,

- повысить прочность дорожной плиты, за счет выполнения полимерной композитной плиты с анкерами в виде выступов, которые позволяют обеспечить более прочные связи с матрицей бетона;

- повысить коррозионную стойкость дорожной плиты за счет использования полимерного композитного нижнего слоя плиты и, соответственно, исключения прямого контакта бетона с грунтовым основанием, и увеличить эффективность работы всей дорожной плиты.

Технологичность изготовления плиты повышается за счет применения готовых полуфабрикатных изделий: анкеров в виде выступов и нижнего слоя из полимерной композитной плиты, что снижает объем приготавливаемой - расходуемой на формовку дорожной плиты бетонной смеси, а также за счет исключения выполнения операции по чистке поддона формы.

Исполнение готовой полимерной композитной плиты с анкерами в виде выступов позволяет повысить прочность связи между собой двух плит верхней бетонной и нижней полимерной композитной за счет увеличения площади сдвига бетонной матрицы, что, соответственно, повышает сопротивляемость сдвиговым деформациям, то есть увеличивает эффективность работы дорожной плиты. При этом исполнение анкеров в виде выступов позволяет повысить сцепление двух слоев, то есть повысить прочность дорожной плиты и исключить использование дополнительных связей.

Исполнение непрерывных анкеров в виде выступов, образованных из композитных стержней, повышает жесткость, а, соответственно, несущую способность плиты и ее грузоподъемность, что позволяет использовать дорожную плиту для транспортировки более тяжелой дорожной техники или для изготовления аэродромной плиты повышенной прочности. Кроме этого можно использовать в комплексе менее прочную, а соответственно и более дешевую арматурную сетку, что повышает эффективность использования заявленного технического решения.

Исполнение непрерывных анкеров в виде выступов из, по крайней мере, двух полимерных композитных труб, уложенных по длине полимерной композитной плиты, позволяет повысить ее жесткость при одновременном снижении массы и использовать полимерные композитные трубы различных диаметров.

Использование в качестве анкеров в виде выступов полимерных композитных перфорированных труб с отверстиями позволяет повысить сцепление с бетонной матрицей нижнего композитного слоя дорожной плиты, что повышает ее прочность.

Исполнение анкеров в виде выступов дискретными позволяет снизить массу плиты и более равномерно распределять нагрузку на бетонную матрицу, повышая, тем самым, несущую способность дорожной плиты.

При этом изготовление анкеров в виде выступов, представляющих собой катушки позволяет более равномерно воспринимать нагрузку, а использование анкеров в виде выступов из готовых хомутов позволяет упростить технологию изготовления, а также повысить сцепление с бетонной матрицей.

Дорожная плита поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема дорожной плиты с нижним слоем из полимерной композитной плиты с анкерами в виде выступов; на фиг. 2 - Вид I; на фиг. 3 - вид сверху полимерной композитной плиты с непрерывными поперечными анкерами в виде выступов; на фиг. 4 представлен анкер в виде выступа; на фиг. 5 - вид сверху полимерной композитной плиты с непрерывными продольными анкерами в виде выступов; на фиг. 6 - вид сверху полимерной композитной плиты с дискретными анкерами в виде выступов; на фиг. 7 - вид сверху полимерной композитной плиты с дискретными анкерами в виде выступов, представляющих собой катушки; на фиг. 8 - вид анкера в виде выступа, представляющего собой катушку; на фиг. 9 - вид анкера в виде выступа, представляющего собой хомут; на фиг. 10 - вид сверху полимерной композитной плиты с непрерывными анкерами в виде выступов, образованных композитными стержнями или полимерными трубами; на фиг. 11 - Вид А; фиг. 12 - примеры используемых хомутов для кабелей (например, Firedis.com).

На фиг. 1 - фиг. 11 обозначено: 1 - полимерная композитная плита; 2 - верхний бетонный слой; 3 - анкеры в виде выступов; 4, 5 - профильные уголки; 6 - полоса,7 - крепежные винты; 8 - непрерывные продольные анкеры в виде выступов; 9 - дискретные анкеры в виде выступов; 10 - анкеры в виде выступов, представляющие собой катушки; 11 - анкеры в виде выступов, представляющие собой хомутов; 12 - анкеры в виде выступов, представляющие собой продольные арматурные стержни; 13 - крепежные хомуты.

Дорожная плита состоит из двух слоев: нижнего слоя в виде готовой полимерной композитной плиты 1 и верхнего слоя из тяжелого бетона 2 (фиг. 1). В свою очередь полимерная композитная плита 1 выполнена с анкерами в виде выступов 3 (фиг. 1, фиг. 2). Анкеры в виде выступов 3 могут быть выполнены непрерывными поперек плиты (фиг. 3) и изготовлены, например, сварными из профильных уголков 4, 5 и полосы 6 (фиг. 4) и закреплены, например, с помощью крепежных винтов 7 или клея (фиг. 3).

Также анкеры в виде выступов могут быть выполнены продольными непрерывными 8, закрепленными, например, с помощью крепежных винтов 7 (фиг. 5). Кроме этого анкеры в виде выступов могут быть выполнены дискретными 9 (фиг. 6, фиг. 7) в виде катушек 10 (фиг. 7, фиг. 8) или в виде хомутов (фиг. 9, фиг. 12).

Для усиления конструкции дорожной плиты используются непрерывные анкеры в виде выступов, представляющие собой продольные арматурные стержни 11 (фиг. 10), закрепленные с полимерной композитной плитой крепежными хомутами 12 (фиг. 11).

Для снижения массы и повышения надежности соединения двух слоев дорожной плиты непрерывные анкеры в виде выступов могут быть выполнены в виде продольных полимерных композитных труб, в том числе перфорированных.

Размеры полимерной композитной плиты: длина ширина b, толщина δ, диаметр отверстий и высота анкеров в виде выступов, их шаг t задаются в соответствии с условиями работы дорожной плиты и величины воспринимаемой ею нагрузки.

Дорожная плита изготавливается и работает следующим образом.

Сначала изготавливают полимерную композитную плиту 1 с анкерами в виде выступов 3 для нижнего слоя дорожной плиты (фиг. 1, фиг. 2). Для этого закрепляют на готовых полимерных композитных плитах (например, полезная модель РФ №152159, МПК: Плита «Р-ТЭК» модульного дорожного покрытия для сборно-разборных временных дорог и площадок, 2015) с заданными размерами и характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости и повышенной износостойкости поперечные анкеры в виде выступов 3 (фиг. 1, фиг. 2), изготовленные, например, из профильных уголков (фиг. 4) или в виде катушек (фиг. 8) или в случае отсутствия возможности изготовления анкеров в виде выступов предлагается использовать хомуты, как самостоятельные элементы для соединения двух слоев (фиг. 9, фиг. 12), которые крепят к полимерной композитной плите, например, с помощью крепежных винтов 7 или клея.

Для получения плиты повышенной прочности на полимерной композитной плите 1 закрепляют, по крайней мере, два продольных непрерывных анкера 8 в виде выступов (фиг. 5).

Для снижения массы плиты и получения возможности лучшего распределения и восприятия нагрузки анкеры в виде выступов выполняют дискретными (фиг. 6).

Для уменьшения толщины полимерной композитной плиты или восприятия повышенных динамических нагрузок устанавливают продольные непрерывные анкеры в виде выступов из полимерной композитной арматуры 11 (фиг. 10, фиг. 11). При этом для снижения массы дорожной плиты предлагается использовать анкеры в виде выступов, представляющие собой полимерные композитные трубы, причем с целью повышения сцепления с бетонным слоем трубы могут быть выполнены перфорированными - с отверстиями.

Изготовление дорожной плиты начинают с формирования в форме нижнего слоя дорожной плиты, для чего укладывают соответствующую подготовленную полимерную композитную плиту с соответствующими анкерами в виде выступов вверх. После этого загружают бетонную смесь и формируют верхний несущий бетонный слой путем ее уплотнения, например, на виброплощадке. В процессе вибрирования часть бетонной смеси обволакивает анкеры в виде выступов: катушки, хомуты, полимерные композитные стержни, полимерные композитные трубы или заполняет отверстия в полимерных композитных трубах. При этом технология изготовления дорожной плиты с полимерной композитной плитой, имеющей анкеры в виде выступов, остается прежней.

После формования дорожной плиты выполняют тепловую обработку до достижения изделием распалубочной прочности. Готовая дорожная плита монтируется на стройплощадке согласно техническим нормам.

При приложении нагрузки на дорожную плиту, в случае худшего варианта ее работы, можно рассматривать работу дорожной плиты как балку на двух опорах. Однако, в отличие от обычной дорожной плиты, где нижний слой бетонный и где действуют значительные растягивающие деформации, в комбинированной дорожной плите полимерный композитный слой будет препятствовать хрупкому ее разрушению за счет того, что имеет хорошие деформационные и прочностные свойства, выполняя, по сути, функцию второго несущего слоя, за счет чего существенно повышается несущая способность дорожной плиты.

Кроме этого используя полимерную композитную плиту с анкерами в виде выступов за счет включения их в работу при приложении нагрузки можно значительно повысить прочность соединения слоев плиты, что позволяет надежно воспринимать значительные нагрузки, особенно динамические.

Несущая способность дорожной плиты при ее нагружении может быть повышена путем установки продольных непрерывных анкеров в виде выступов из полимерной композитной арматуры. В этом случае повышается как прочность связи между собой двух плит, так и жесткость дорожной плиты. При этом установка дискретных анкеров в виде выступов позволяет снизить массу плиты и более равномерно распределять нагрузку на бетонную матрицу, и, соответственно, повысить несущую способность дорожной плиты.

Для восприятия более значительных нагрузок и снижения массы дорожной плиты используют анкеры в виде выступов, представляющие собой полимерные композитные трубы, в частности перфорированные. При этом эффективность работы дорожной плиты повышается за счет включения в работу части бетонной матрицы, расположенной в отверстиях перфорированной трубы, закрепленной на полимерной композитной плите.

На общей конструктивной схеме дорожной плиты (фиг. 1 - фиг. 3) видно, что основные конструктивные элементы дорожной плиты - верхний и нижний слои в виде двух плит связаны между собой анкерами в виде выступов с учетом действия нагрузки и технологичности ее изготовления. Это обеспечивается за счет возможности использования готовой полимерной композитной плиты в качестве нижнего несущего слоя. Поэтому предлагаемая дорожная плита выполнена конструктивно комбинированной и может работать более эффективно, чем известная бетонная двухслойная монолитная плита, так как вся конструкция обеспечивает возможность восприятия более высоких нагрузок, включая динамические. При этом повышается технологичность выполнения основных операций по изготовлению дорожной плиты, снижается масса плиты, повышается коррозионная стойкость дорожной плиты за счет исключения прямого контакта бетона с грунтовым основанием.

Особенно эффективно использовать предлагаемое техническое решение при устройстве временных вертолетных площадок, дорог и аэродромов в сложных природно-климатических условиях строительства.

Дорожная плита была изготовлена в виде модели в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показала при испытании повышенные эксплуатационные характеристики, а также возможность ее изготовления, как в заводских условиях, так и в реальных условиях строительства.

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при изготовлении и реконструкции дорожных и аэродромных плит. Дорожная плита выполнена комбинированной, состоящей из верхнего бетонного слоя и нижнего слоя в виде полимерной композитной плиты, которая скреплена с бетонным слоем через поперечные дискретные анкеры в виде выступов или через продольные непрерывные анкеры в виде выступов, которые закреплены на полимерной композитной плите и утоплены в бетонном слое. Поперечные дискретные анкеры в виде выступов выполнены в виде катушек или хомутов. Непрерывные анкеры в виде выступов выполнены в виде полимерных композитных труб, по крайней мере двух, уложенных по длине полимерной композитной плиты и закрепленных на ней хомутами, при этом полимерные композитные трубы могут быть выполнены перфорированными. Дорожная плита обладает повышенной долговечностью и трещиностойкостью при воздействии динамических и знакопеременных нагрузок за счет снижения ее массы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Дорожная плита, состоящая из двух слоев в виде нижней и верхней плит, отличающаяся тем, что верхний слой выполнен бетонным, нижний слой - в виде полимерной композитной плиты, которая скреплена с бетонным слоем через поперечные дискретные анкеры в виде выступов, которые закреплены на полимерной композитной плите и утоплены в бетонном слое

2. Дорожная плита по п. 1, отличающаяся тем, что дискретные анкеры в виде выступов выполнены в виде катушек.

3. Дорожная плита по п. 1, отличающаяся тем, что дискретные анкеры в виде выступов выполнены в виде хомутов.

4. Дорожная плита, состоящая из двух слоев в виде нижней и верхней плит, отличающаяся тем, что верхний слой выполнен бетонным, нижний слой - в виде полимерной композитной плиты, которая скреплена с бетонным слоем через продольные непрерывные анкеры в виде выступов, которые закреплены на полимерной композитной плите и утоплены в бетонном слое.

5. Дорожная плита по п. 4, отличающаяся тем, что непрерывные анкеры в виде выступов выполнены из полимерных композитных арматурных стержней, по крайней мере двух, уложенных по длине полимерной композитной плиты и закрепленных на ней хомутами

6. Дорожная плита по п. 4, отличающаяся тем, что непрерывные анкеры в виде выступов выполнены из полимерных композитных труб, по крайней мере двух, уложенных по длине полимерной композитной плиты и закрепленных на ней хомутами.

7. Дорожная плита по п. 6, отличающаяся тем, что непрерывные анкеры в виде выступов выполнены перфорированными.