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.

Известно применение полимерных и композитных сеток для армирования бетонных изделий (RU №177233, МПК Е04С 5/07. Сетка армирующая полимерно-композитная преднапряженная с нанодобавками, 2018 г.).

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 анкерными выпусками из арматуры (RU №2667396, МПК Е01С 5/22. Способ устройства дорожного покрытия повышенной долговечности, 2018 г.).

Однако для данных технических решений характерна 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, а также повышенная масса.

Известно также исполнение дорожного цементобетонного покрытия в виде двухслойной монолитной конструкции повышенной жесткости, где нижний слой выполнен в виде ребристой плиты (Веселов А.В. Новая перспективная конструкция дорожной одежды с монолитным ребристым цементобетонным покрытием / А.В. Веселов, В.Д. Корниенко // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. №5-6, 2018. С. 38-41).

В предложенной конструкции монолитного цементобетонного покрытия со слоем из ребристой плиты нагрузка от автотранспорта через систему вертикальных ребер будет совместно восприниматься как монолитным цементобетонным слоем покрытия, так и нижележащим слоем основания. При этом жесткость предлагаемой дорожной одежды значительно возрастает и в продольном и поперечном направлениях.

Использование данного технического предложения позволяет повысить несущую способность многослойного цементобетонного покрытия, однако при этом серьезно усложняется технология его возведения, что снижает эффективность строительства автомобильной дороги.

Известна также комплексная плита, содержащая несущий и защитный бетонные слои, соединенные между собой выступами - ребрами и арматурными связями (а.с. №4773259, МПК Е04С 2/26, Комплексная плита, 1992 г.).

Однако для данного технического решения недостатками являются пониженная несущая способность, обусловленная низкой трещиностойкостью нижнего слоя комплексной плиты при ее изгибе от действия эксплуатационных нагрузок, в частности динамических, и температурных деформаций нижнего слоя, что особенно необходимо учитывать в случае эксплуатации в суровых природно-климатических условиях строительства. Кроме этого, комплексная плита отличается сложностью конструкции и технологии изготовления, связанными с формованием выступов в виде ребер, а также имеет значительный собственный вес, что, в целом, снижает эффективность ее использования.

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 со шляпками из нижней и верхней поверхностей сборной плиты, погруженных в тело цементобетонного слоя (RU №2739818, МПК Е01С 5/08, 2020 г.).

Однако для данного технического решения являются повышенная масса плиты и ее материалоемкость. При этом снижается эксплуатационная надежность дорожной плиты, так как повышенная масса плиты приводит к повышению давления на грунтовое основание, что отрицательно сказывается на устойчивости работы дорожного полотна, а в целом, снижается эффективность использования дорожной плиты.

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

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является снижение массы и материалоемкости дорожной плиты, повышение эксплуатационной надежности дорожной плиты, повышение устойчивости работы дорожного полотна, а также повышение эффективности ее изготовления и использования.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что дорожная плита, выполненная в виде сборной плиты, содержащей верхний и нижний слои из полимеркомпозитных плит и бетонный слой, при этом крепление полимеркомпозитных плит с бетонным слоем выполнено анкерами в виде саморезов из нижней и верхней плит, шляпки саморезов погружены в бетонный слой, внутри которого уложена полимеркомпозитная сетка, при этом в бетонном слое размещены полимеркомпозитные полосы с полыми выступами в виде ребер жесткости, расположенные по длине плиты рядами, и закрепленные на внутренних поверхностях нижней и верхней полимеркомпозитных плит навстречу друг другу, причем полимеркомпозитная сетка уложена и закреплена на вершинах полых выступов полимеркомпозитных полос нижней полимеркомпозитной плиты. Кроме того, полимеркомпозитные полосы, закрепленные на верхней плите, выполнены, по крайней мере, одновершинными, а полимеркомпозитные полосы, закрепленные на нижней плите, по крайней мере, двухвершинными, при этом вершина полого выступа одновершинной полосы расположена над промежутками между вершинами, двухвершинных полос.

Исполнение дорожной плиты, где в бетонном слое размещены полимеркомпозитные полосы с полыми выступами в виде ребер жесткости, расположенные по длине плиты рядами, и закрепленные на внутренних поверхностях нижней и верхней полимеркомпозитных плит навстречу друг другу, причем полимеркомпозитная сетка уложена и закреплена на вершинах полых выступов полимеркомпозитных полос нижней полимеркомпозитной плиты, позволяет, во-первых, повысить прочность плиты при изгибе, а соответственно и трещиностойкость за счет включения в матрицу бетона ребер жесткости из полимеркомпозитного материала, отличающийся лучшими деформативными свойствами по сравнению с бетоном, который слабо сопротивляется деформациям растяжения при изгибе плиты, отличаясь хрупким поведением в процессе его нагружения, во-вторых, снизить массу дорожной плиты за счет образования полостей в слое из тяжелого бетона полыми выступами-ребрами, а также за счет замены части объема тяжелого бетона объемом более легкого материала полимеркомпозитных полос, что позволяет снизить давление плиты на основание, а также повысить технологичность - использовать краны и грузовой транспорт меньшей грузоподъемности, в-третьих, снизить материалоемкость за счет образования пустот, что позволяет снизить расход бетонной смеси при формовании плиты и, в-четвертых, упростить технологию изготовления путем использования более простой операции сборки готовых полимеркомпозитных плит, сборных полимеркомпозитных полос с полыми выступами - ребрами жесткости и полимеркомпозитной сеткой, а также использовать готовые анкеры-саморезы. В этом случае ускоряется процесс изготовления и снижаются трудозатраты, что, в целом, повышает эффективность изготовления и работы дорожной плиты.

Исполнение дорожной плиты, где в бетонном слое размещены полимеркомпозитные полосы с полыми выступами в виде ребер жесткости, расположенные по длине плиты рядами, и закрепленные на внутренних поверхностях нижней и верхней полимеркомпозитных плит навстречу друг другу, причем полимеркомпозитная сетка уложена и закреплена на вершинах полых выступов полимеркомпозитных полос нижней полимеркомпозитной плиты, позволяет добиться более плотного состояния смеси в промежутках между вершинами выпуклостей нижних профильных полос в процессе внедрения верхних выпуклостей в смесь напротив промежутков нижних полос, работая в этом случае как штемпель, что повышает плотность и, соответственно, структурную прочность.

Дорожная плита поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен поперечный разрез сборной дорожной плиты; на фиг. 2 - нижняя полимеркомпозитная сборная плита с полимеркомпозитной сеткой; на фиг. 3 - верхняя полимеркомпозитная сборная плита.

На фиг. 1 - фиг. 3 обозначено: 1, 2 - верхний и нижний слои из полимеркомпозитных сборных плит соответственно; 3 - профильные полимеркомпозитные полосы - ребра жесткости с одной полой выпуклостью; 4 - профильные полимеркомпозитные полосы - ребра жесткости с двумя полыми выпуклостями; 5 - анкеры - саморезы; 6 - внутренний бетонный слой; 7 - полимеркомпозитная сетка.

Дорожная плита состоит из трех слоев (фиг. 1) - верхнего и нижнего слоев, выполненных из готовых полимеркомпозитных сборных плит 1, 2 (фиг. 2, фиг. 3), на которых закреплены рядами по длине дорожной плиты профильные полимеркомпозитные полосы в виде полых выпуклостей - ребер жесткости 3, 4 с помощью, например саморезов 5, с завинченными в них анкерами-саморезами 6, соединенные с внутренним бетонным слоем 7 выпусками анкеров - саморезов 6, армированным полимеркомпозитной сеткой 8, закрепленной на полых выпуклостях - ребрах жесткости профильных полимеркомпозитных полос 4 (фиг. 1). При этом вершины полых выпуклостей верхних, по крайней мере, одновершинных полимеркомпозитных полос - ребер жесткости 3 расположены над промежутками между вершинами, по крайней мере, двухвершинных нижних профильных полос - ребер жесткости 4.

Размеры дорожной плиты: толщина слоев, шаг анкеров-саморезов, величина их выпусков и количество полимеркомпозитных полос - ребер жесткости задаются из условий работы плиты и величины воспринимаемой нагрузки.

Дорожную плиту изготавливают и она работает следующим образом.

Сначала изготавливают две сборные полимерные композитные плиты 1, 2 (фиг. 2, фиг. 3) для верхнего и нижнего слоев дорожной плиты, для чего закрепляют на готовых полимеркомпозитных плитах (например, согласно патенту: полезная модель РФ №152159, 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 профильные полимеркомпозитные полосы в виде полых выпуклостей - ребер жесткости 3, 4 с помощью, например саморезов 5, а также анкеров-саморезов 6 с заданной величиной выпусков (фиг. 2, фиг. 3). При этом на верхней плите закрепляют одновершинные полимеркомпозитные полосы - ребра жесткости 3, а на нижней плите - двухвершинные полимеркомпозитные полосы - ребра жесткости 4 с полимеркомпозитной сеткой 8.

Формование дорожной плиты начинают с формирования в форме нижнего слоя дорожной плиты, для чего укладывают нижнюю сборную полимеркомпозитную плиту с двухвершинными полимеркомпозитными полосами - ребрами жесткости 3 и полимеркомпозитной сеткой 8 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) анкерами-саморезами 5 вверх. После этого укладывают бетонную смесь и формируют внутренний несущий бетонный слой. При этом для восприятия более значительных нагрузок укладывают сетку 6 (фиг. 1). Затем формируют верхний слой, для чего укладывают подготовленную верхнюю сборную полимерную композитную плиту с одновершинными полимеркомпозитными полосами - ребрами жесткости 4 анкерами-саморезами 5 вниз с полным их погружением во внутренний бетонный слой 7.

После формования дорожной плиты выполняют тепловую обработку до достижения изделием распалубочной прочности.

Готовую дорожную плиту монтируют на стройплощадке согласно техническим нормам.

При приложении нагрузки на дорожную плиту, изготовленную с верхним и нижним слоями из сборных полимерных композитных плит, усиленных полимеркомпозитными полосами - полыми ребрами жесткости и соединенных анкерами-саморезами с внутренним бетонным слоем, она будет работать как балка на двух опорах. Верхний и нижний слои дорожной плиты будут работать совместно с внутренним слоем за счет работы на изгиб полимеркомпозитных полос - полых ребер жесткости верхней и нижней сборной полимеркомпозитных плит, полимеркомпозитной сетки, закрепленной на нижней полимеркомпозитной плите, а также работы на срез шляпок и части винтовой нарезки анкеров-саморезов в бетонном слое. При приложении нагрузки все три компонента сборной дорожной плиты будут совместно сопротивляться деформациям бетона, что позволяет предотвратить развитие микротрещин, соответственно, повысить трещиностойкость за счет повышенной ее прочности, что, в целом, повышает ее эксплуатационные свойства.

Улучшенные эксплуатационные свойства и меньшая масса дорожной плиты позволяют рекомендовать ее к использованию при устройстве временных вертолетных площадок, дорог и аэродромов, где сложно доставлять строительные материалы и изделия в сложных природно-климатических условиях строительства. Эффективность:

- снижение массы за счет образования полостей в бетонном слое полимеркомпозитными полосами - полыми ребрами жесткости;

- использование подъемно-транспортных средств меньшей грузоподъемности и мощности;

- снижение материалоемкости за счет меньшего использования бетонной смеси при образовании полостей полимеркомпозитными полосами в бетонном слое;

- повышение прочности на изгиб за счет ребер жесткости, образованные полимеркомпозитными полосами - полыми ребрами жесткости, а также совместной работы ребер и сетки;

- упрощение технологии за счет отказа от фиксации полимеркомпозитных полос - полых ребер жесткости и сетки относительно формы в процессе формования плиты при использовании их в сборном виде;

- повышение срока службы и в снижение затрат на межремонтный период эксплуатации разработанных сборных дорожных плит обеспечивает экономическую эффективность их использования.

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

Для этого изготавливали модели дорожных плит - стандартные балочки 40×30×160 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 и повышения ее прочности на изгиб на готовых полимеркомпозитных пластинах закрепляли с помощью клея полимеркомпозитные полосы в виде полых выпуклостей - ребер жесткости, вырезанных из профильного материала, высотой выпуклостей 6 мм с шагом 10 мм. При этом на верхней полимеркомпозитной пластине закрепляли двухвершинные полимеркомпозитные полосы - ребра жесткости, а на нижней пластине - трехвершинные полимеркомпозитные полосы - ребра жесткости.

Технологические операции по формованию сборных балочек осуществляли в следующей последовательности. Сначала в форме укладывали нижнюю сборную полимеркомпозитную пластину с трехвершинными полимеркомпозитными полосами - ребра жесткости и выпусками со шляпками анкеров-саморезов вверх, образуя нижний слой, затем укладывали бетонную смесь толщиной 20 мм, после чего устанавливали верхнюю сборную полимерную композитную пластину вершинами двухвершинных полимеркомпозитных полос с полыми ребрами жесткости и выпусками со шляпками анкеров-саморезов вниз путем их вдавливания в бетонный слой, образуя трехслойную конструкцию сборной балочки.

В процессе формования балочки ребра жесткости и выпуски со шляпками анкеров - саморезов сборных полимеркомпозитных пластин (верхней и нижней) фиксировали во внутреннем бетонном слое. После твердения бетона ребра жесткости и анкеры-саморезы прочно закрепляли во внутреннем бетонном слое, за счет работы которых и происходило надежное соединение наружных полимерных композитных слоев балочки с бетонным слоем и повышенная сопротивляемость при ее работе на изгиб.

Для изготовления балочек использовали цементо-песчаную смесь в соотношении 1:3. Песок использовали карьерный, средней крупности, вяжущее - портландцемент М500. Водоцементное отношение задавали 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, усиленных слоями из готовых сборных полимерных композитных пластин с полимеркомпозитными полосами в виде полых выпуклостей - ребер жесткости, явного хрупкого разрушения не наблюдалось.

Учитывая полученные положительные результаты испытаний облегченных бетонных балочек, усиленных наружными слоями из сборных полимеркомпозитных пластин с полимеркомпозитными полосами в виде полых выпуклостей - ребер жесткости, можно сделать вывод, что использование предлагаемой конструкции сборной облегченной дорожной плиты позволит повысить эксплуатационную надежность работы дорожной плиты, а также снизить нагрузку на основание, что особенно важно в случае ее применения в сложных природно-климатических условиях строительства и учитывая 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 прочностные характеристики при меньшей массе, 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, аэродромных плит. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности дорожной плиты. Дорожная плита, выполненная в виде сборной плиты, содержит верхний и нижний слои из полимеркомпозитных плит и цементобетонный слой. Анкерные выпуски в виде саморезов из нижней и верхней плит, шляпками погружены в цементобетонный слой. Внутри последнего уложена полимеркомпозитная сетка. Цементобетонный слой дополнительно содержит полимеркомпозитные полосы с полыми выступами в виде ребер жесткости, расположенных по длине плиты рядами, закрепленных на внутренней поверхности нижней и верхней полимеркомпозитных плит навстречу друг другу. Полимеркомпозитная сетка уложена и закреплена на вершинах полых выступов полимеркомпозитных полос нижней полимеркомпозитной плиты. Полимеркомпозитные полосы, закрепленные на верхней плите могут быть выполнены, по крайней мере, одновершинными, а полимеркомпозитные полосы, закрепленные на нижней плите, по крайней мере, двухвершинными, при этом вершина полого выступа одновершинной полосы расположена над промежутками между вершинами двухвершинных полос. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Дорожная плита, выполненная в виде сборной плиты, содержащей верхний и нижний слои из полимеркомпозитных плит и бетонный слой, при этом крепление полимеркомпозитных плит с бетонным слоем выполнено анкерами в виде саморезов из нижней и верхней плит, шляпки саморезов погружены в бетонный слой, внутри которого уложена полимеркомпозитная сетка, отличающаяся тем, что в бетонном слое размещены полимеркомпозитные полосы с полыми выступами в виде ребер жесткости, расположенные по длине плиты рядами, и закрепленные на внутренних поверхностях нижней и верхней полимеркомпозитных плит навстречу друг другу, причем полимеркомпозитная сетка уложена и закреплена на вершинах полых выступов полимеркомпозитных полос нижней полимеркомпозитной плиты.

2. Дорожная плита по п. 1, отличающаяся тем, что полимеркомпозитные полосы, закрепленные на верхней плите, выполнены, по крайней мере, одновершинными, а полимеркомпозитные полосы, закрепленные на нижней плите, по крайней мере, двухвершинными, при этом вершина полого выступа одновершинной полосы расположена над промежутками между вершинами двухвершинных полос.