Дорожная плита Российский патент 2023 года по МПК E01C5/08 E01C5/22 

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

Известна 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 анкерными выпусками из арматуры (RU, №2 667396, МПК Е01С 5/22. Способ устройства дорожного покрытия повышенной долговечности, 2018).

Однако у данного технического решения пониженная несущая способность, обусловленная хрупкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок, особенно при воздействии динамических нагрузок в случае использования ее в качестве дорожного покрытия.

Известно применение полимеркомпозитных сеток для армирования дорожных плит где плита, выполненная многослойной, содержит цементобетонный слой с полимерной композитной сеткой и нижний слой из полимерного композитного материала в виде сборной плиты причем крепление выполнено при помощи анкерных выпусков в виде саморезов, завинченных в поверхность сборной плиты, при этом часть резьбы саморезов и их шляпки расположены в цементобетонном слое. Сетку фиксируют в натянутом состоянии шляпками саморезов, установка которых задается согласно расположению отверстий сетки. (RU, №2760668, МПК: Е04С 5/08. 2021).

Однако укладка сетки без учета распределения массы бетона в бетонном слое, снижает эффективность ее работы.

Наиболее близким техническим решением является дорожная плита, выполненная в виде сборной плиты, содержащая цементобетонный слой с верхним и нижним слоями из полимеркомпозитных плит, при этом крепление сборной плиты из полимеркомпозитных плит с цементобетонным слоем выполнено при помощи анкерных выпусков в виде анкеров - саморезов из нижней и верхней поверхностей сборной плиты, погруженные в тело цементобетонного слоя (RU, №2739818, МПК: Е01С 5/08, 2020 г.).

Однако недостатком является высокая материалоемкость из-за повышенного расхода бетона, высокая масса плиты, что снижает эффективность выполнения подъемно-транспортных работ - использование более мощных кранов и транспортной техники, а также приводит к повышенному давлению на грунтовое основание и, соответственно, ухудшает устойчивость работы дорожного полотна, что снижает эффективность использования дорожной плиты, в целом.

В основе настоящего изобретения лежит задача по разработке облегченной дорожной плиты.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является, повышение эффективности использования дорожной плиты за счет ее облегченной конструкции, а также повышение эксплуатационной надежности дорожной плиты, что приведет к повышению устойчивости работы дорожного полотна, уложенного из разработанных дорожных плит, и снижение материалоемкости.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что дорожная плита, выполненная в виде сборной плиты, содержащая цементобетонный слой с верхним и нижним слоями из полимеркомпозитных плит, при этом крепление сборной плиты из полимеркомпозитных плит с цементобетонным слоем выполнено при помощи анкерных выпусков в виде анкеров - саморезов со шляпками из нижней и верхней поверхностей сборной плиты, погруженных в тело цементобетонного слоя, при этом цементобетонный слой выполнен облегченным - с рядами по длине плиты сквозных вертикальных отверстий, образующие в плане по длине плиты между образованными отверстиями непрерывные промежутки в виде ребер жесткости, армированные полимеркомпозитной геосеткой с учетом распределения отверстий в плите. При чем, вертикальные отверстия выполнены в виде дискретных пазов по длине плиты.

Исполнение дорожной плиты, в которой цементобетонный слой выполнен облегченным - с рядами по длине плиты сквозных вертикальных отверстий, образующие в плане по длине плиты между образованными отверстиями непрерывные промежутки в виде ребер жесткости с учетом распределения отверстий в плите, позволяет, во-первых, за счет снижения массы плиты при образовании отверстий в бетонном слое использовать краны и грузовой транспорт меньшей грузоподъемности, во-вторых, за счет образования непрерывных промежутков в виде ребер жесткости обеспечить повышенную прочность плиты на изгиб и долговечность ее работы, в-третьих, за счет образования отверстий снижается расход бетонной смеси при формовании плиты, при этом часть возможных формируемых микротрещин и их развитие, будут гаситься в отверстиях, работая как ловушки микротрещин, что повышает трещиностойкость плиты; в-четвертых, изготовление полимеркомпозитной геосетки с учетом распределения отверстий в плите позволяет ее использовать более рационально - с меньшей армирующей поверхностью - не затрагивая отверстия и, соответственно, более экономично, в-пятых, при работе дорожной плиты за счет снижения ее массы снижается и давление на грунтовое основание, что повышает эксплуатационную надежность дорожной плиты и, соответственно, устойчивость и долговечность работы дорожного полотна, в целом, в случае выполнения его из разработанных облегченных дорожных плит.

В случае, когда вертикальные отверстия выполнены в виде дискретных пазов по длине плиты, снижается масса плиты, повышается технологичность - снижается трудоемкость образования отверстий, а также повышается трещиностойкость дорожной плиты.

Дорожная плита поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема дорожной плиты с верхним и нижним слоями из полимерной композитной сборной плиты; на фиг. 2 -продольный разрез сборной дорожной плиты с круглыми отверстиями; на фиг. 3 - продольный разрез сборной дорожной плиты с отверстиями в виде пазов; на фиг. 4 -продольный разрез верхней полимеркомпозитной сборной плиты; на фиг. 5 -продольный разрез нижней полимеркомпозитной сборной плиты; на фиг. 6 - разрез по А-А.

На фиг. 1 - фиг. 6 обозначено: 1, 2 - верхний и нижний слои из полимеркомпозитных сборных плит соответственно; 3 - анкеры - саморезы; 4 - внутренний бетонный слой; 5 - сквозные отверстия (круглые или в виде пазов); 6 - ребра жесткости; 7 - полимеркомпозитная геосетка.

Дорожная плита состоит из трех слоев (фиг. 1) - верхнего и нижнего слоев 1, 2 - из готовых полимеркомпозитных сборных плит с завинченными в них анкеров - саморезов 3 (фиг. 2, фиг. 3), соединенные с внутренним бетонным слоем 4, имеющий ряды сквозных отверстий 5 по длине плиты (круглые или в виде пазов - более легкая плита), образующие между образованными отверстиями непрерывные промежутки в виде ребер жесткости 6, образуя, по сути, жесткий реберный каркас (фиг. 1, фиг. 6), причем верхний и нижний слои из готовых полимеркомпозитных сборных плит 1,2 соединены с внутренним бетонным слоем 4 выпусками анкеров - саморезов 3, армированный полимеркомпозитной геосеткой 7 (фиг. 2).

Размеры дорожной плиты: толщина слоев, шаг анкеров, величина их выпусков, а также количество и размеры отверстий, задаются из условий работы плиты и величины воспринимаемой нагрузки.

Дорожную плиту изготавливают и она работает следующим образом.

Сначала изготавливают две сборные полимеркомпозитные плиты для верхнего и нижнего слоев 1,2 дорожной плиты, для чего завинчивают в готовые полимерные композитные плиты (например, согласно патенту: RU, N 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 анкеры - саморезы 3 с заданной величиной выпусков (фиг. 4, фиг. 5). При этом для восприятия более значительных нагрузок укладывают полимеркомпозитную геосетку 7 на анкеры - саморезы 3, установленные на нижней полимеркомпозитной плите 2 (фиг. 5), (например, согласно патенту №2760668, МПК: Е04С 5/08. Дорожная плита / Трофимов В.И., Ерофеев Д.А., Васильев Д.Г., Хитрич Г.А.; опубл. 2021. Бюл. №34.).

Формование дорожной плиты начинают с формирования нижнего слоя дорожной плиты в форме, установленной, например на виброплощадке, для чего укладывают соответствующую полимеркомпозитную сборной плиту 2 (фиг. 2, фиг. 5) с анкерами - саморезами 3 и полимеркомпозитной геосеткой 7. После этого укладывают бетонную смесь и формуют внутренний несущий бетонный слой 4 с отверстиями (пазами) 5 и ребрами жесткости 6 (например, с использованием системы пуансонов согласно авторскому свидетельству №408802. Установка для формования многопустотных бетонных блоков. Опубл. 1973. Бюл. №48.). Затем формируют верхний слой, для чего укладывают полимеркомпозитную сборную плиту 1 с анкерами - саморезами 3(фиг. 4) с полным их погружением во внутренний бетонный слой 4.

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, изготовленную облегченной с верхним и нижним слоями из сборных полимерных композитных плит, соединенных анкерами - саморезами с внутренним перфорированным бетонным слоем, она будет работать как балка на двух опорах. Верхний и нижний слои дорожной плиты будут работать совместно с ребрами внутреннего бетонного слоя за счет анкеровки шляпок и части винтовой нарезки саморезов в бетонном слое. При приложении нагрузки ребра жесткости, а по сути, жесткий реберный каркас бетонного слоя, а также шляпки саморезов и их резьба будут сопротивляться сдвиговым деформациям бетона. При этом за счет меньшей массы дорожная плита оказывает и меньшее давление на грунтовое основание, что предотвращает в нем развитие части возможных деформационных сдвигов и, соответственно, повышает устойчивость плиты.

При этом в случае действия высоких нагрузок часть возможных формируемых микротрещин и их развитие, будут гаситься в отверстиях, работая как ловушки микротрещин, что повышает трещиностойкость плиты. Кроме этого, в случае выполнения отверстий в виде пазов повышается эффективность предотвращения развития формируемых микротрещин, что повышает надежность - эффективность работы дорожной плиты, в целом.

На общей конструктивной схеме дорожной плиты (фиг. 1 - фиг. 6) видно, что основные конструктивные элементы дорожной плиты - верхний и нижний слои в виде готовых сборных полимерных композитных плит, связаны между собой через усиленный армированными ребрами внутренний бетонный слой, что в этом случае приводит к повышенной жесткости дорожной плиты. Поэтому предлагаемая дорожная плита может работать более эффективно. При этом повышается технологичность выполнения операций по изготовлению дорожной плиты за счет снижения материалоемкости.

Улучшенные эксплуатационные свойства и меньшая масса дорожной плиты позволяют рекомендовать ее к использованию при устройстве временных вертолетных площадок, дорог и аэродромов в сложных природно-климатических условиях строительства.

Для обоснования работоспособности предлагаемого технического решения - дорожной плиты с улучшенными эксплуатационными свойствами были выполнены лабораторные модельные испытания.

Для этого изготавливали стандартные балочки 40×40×160 мм, как чисто бетонные, так и сборные трехслойные облегченные балочки с наружными слоями из полимеркомпозитных пластин. Нижний и верхний полимеркомпозитные слои выполняли из стеклоткани, пропитанной эпоксидной смолой с получением полимеркомпозитных пластин толщиной 5 мм. При этом для прочного соединения наружных слоев балочки с внутренним бетонным слоем в них завинчивали 6 анкеров - саморезов диаметром 3,5 мм с выпусками на величину 10 мм с получением сборной полимерной композитной пластины. Для снижения массы балочки, в процессе формования, в ее бетонном слое в три ряда выполняли отверстия диаметром 8 мм, которые получали путем вдавливания стержня диаметром 8 мм через шаблон в бетонный слой.

Для изготовления балочек использовали цементо-песчаную смесь в соотношении 1:3. Песок использовали карьерный, средней крупности, вяжущее - портландцемент М500. Водоцементное отношение задавалось 0,5. Изготавливали как чисто бетонные, так и сборные облегченные балочки с отверстиями в бетонном слое. Балочки формовали на виброплощадке с вертикально направленными колебаниями с последующей тепловой обработкой в пропарочной камере.

Испытания на изгиб чисто бетонных и сборных облегченных балочек выполняли на испытательной машине МИИ-100.

В процессе испытаний было зафиксировано хрупкое разрушение чисто бетонных балочек. Однако, при испытании сборных облегченных балочек, усиленные слоями из готовых сборных полимерных композитных пластин, явного хрупкого разрушения не наблюдалось.

Учитывая полученные положительные результаты испытаний облегченных цементобетонных балочек, усиленные наружными слоями из сборных полимеркомпозитных пластин, можно сделать вывод, что использование предлагаемой конструкции сборной облегченной дорожной плиты позволит снизить нагрузку на основание, что особенно важно в случае ее применения в сложных природно-климатических условиях строительства и с учетом проблемы доставки материалов. При этом используемые формы для изготовления дорожных плит остаются прежними.

Дорожная плита была изготовлена в виде модели и испытана в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показала повышенные эксплуатационные характеристики, а также возможность изготовления дорожной плиты с улучшенными эксплуатационными свойствами в заводских условиях.

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при изготовлении дорожных и аэродромных плит, а также при сооружении и реконструкции проезжей части мостов. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности дорожной плиты, что приведет к повышению устойчивости работы дорожного полотна, уложенного из разработанных дорожных плит, и снижение материалоемкости. Дорожная плита, выполненная в виде сборной плиты, содержит цементобетонный слой с верхним и нижним слоями из полимеркомпозитных плит. Крепление сборной плиты из полимеркомпозитных плит с цементобетонным слоем выполнено при помощи анкерных выпусков в виде анкеров - саморезов со шляпками из нижней и верхней поверхностей сборной плиты, погруженных в тело цементобетонного слоя. Цементобетонный слой выполнен облегченным - с рядами по длине плиты сквозных вертикальных отверстий и образованными в плане по длине плиты между отверстиями непрерывными промежутками в виде ребер жесткости, армированными полимеркомпозитной геосеткой с учетом распределения отверстий в плите. Вертикальные отверстия могут быть выполнены в виде дискретных пазов по длине плиты. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Дорожная плита, выполненная в виде сборной плиты, содержащая цементобетонный слой с верхним и нижним слоями из полимеркомпозитных плит, при этом крепление сборной плиты из полимеркомпозитных плит с цементобетонным слоем выполнено при помощи анкерных выпусков в виде анкеров - саморезов со шляпками из нижней и верхней поверхностей сборной плиты, погруженных в тело цементобетонного слоя, отличающаяся тем, что цементобетонный слой выполнен облегченным - с рядами по длине плиты сквозных вертикальных отверстий и образованными в плане по длине плиты между отверстиями непрерывными промежутками в виде ребер жесткости, армированными полимеркомпозитной геосеткой с учетом распределения отверстий в плите.

2. Дорожная плита по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальные отверстия выполнены в виде дискретных пазов по длине плиты.