ПЛИТА ПОЛИМЕРНАЯ ДЛЯ СБОРНО-РАЗБОРНОГО ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ

Заявляемая полезная модель относится к области дорожного строительства, в частности, к плитам для сборно-разборных дорожных покрытий, предназначенных для сооружения временных дорог в труднопроезжаемых местах, на участках со слабым грунтом, обводненных и заболоченных участках, для устройства технологических проездов и площадок при строительно-монтажных работах, для сооружения временных площадок для защиты верхнего слоя почвы, наземных покрытий при проведении общественных мероприятий.
Из уровня техники известны дорожные плиты для сборно-разборных покрытий автомобильных дорог, в том числе с использованием для этих целей железобетонных плит, деревянных щитов, полимербетонов (см. Ведомственные Строительные Нормы 2-105-78 «Инструкция по строительству временных дорог для трубопроводного строительства в сложных условиях (на обводненной и заболоченной местности; патент RU №2117119).
Общим недостаткам данных плит является их значительная масса, что усложняет процесс монтажно-демонтажных работ и ограничивает возможность их использования при сооружении дорожного полотна на переувлажненных почвах, ограничивается возможность многократного применения плит при создании временных дорог промышленного назначения, например, при создании технологических проездов, дорог при строительно-монтажных работах на магистральных нефтепроводах.
Вместе с тем, из известного уровня техники следует, что для сооружения дорожного полотна на переувлажненных почвах, для создания технологических проездов, временных дорог при строительно-монтажных работах наиболее целесообразны сборно-разборные дорожные покрытия на основе полимерных плит. Применение для сборно-разборных дорожных покрытий плит на основе полимерных материалов обеспечивает гарантированный проезд колесной и гусеничной техники, необходимый уровень эксплуатационно-технических характеристик временных автомобильных дорог и площадок, снижение материально-технических ресурсов и трудозатрат на выполнение дорожно-строительных работ (см. патент RU №131734, публ. 27.08.2013 г.; патент RU 107165, публ.).
Плиты для сборно-разборного дорожного покрытия по патентам РФ №№131734, 107165 выполнены из полимерного материала по форме удлиненного прямоугольного параллелепипеда, по периметру боковых граней которого расположены средства фиксации в виде замковых соединений для смежных плит формируемого дорожного покрытия. Плиты имеют габаритные параметры, оптимизированные по условиям образуемого дорожного покрытия для прохождения на участках сформированного дорожного покрытия транспортных средств, в том числе строительной техники.
При реализации технического решения по патенту РФ №131734 (см. описание и графические материалы) боковые грани смежных плит при формировании дорожного покрытия расположены относительно друг друга на значительном расстоянии, что определяется параметрами стыкуемых ответных пластин сборочной единицы замкового устройства смежных плит. Наличие значительного расстояния между стыкуемыми плитами дорожного покрытия повышает силовое воздействие транспортных средств на плиты и их замковые устройства, увеличивается загрязняемость дорожного полотна и как следствие ухудшается устойчивое движение транспортного средства. В результате увеличиваются силовые динамические нагрузки на плиты и дорожное покрытие в целом, снижается эксплуатационная надежность.
В техническом решении по патенту RU №107165, которое выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения, плита полимерная для сборно-разборных дорожных покрытий выполнена в виде удлиненного в продольном направлении прямоугольного параллелепипеда, боковые и торцевые грани которого имеют оппозитно расположенные на противолежащих гранях плиты конгруэнтные по их ширине выступы для стыковки с ответными выступами смежных плит, каждый выступ имеет смещенные вдоль него ряд отверстий под съемные замковые соединения для стыковки смежных плит, формирующих сборно-разборное дорожное покрытие.
Наличие оппозитно расположенных выступов на указанных противолежащих гранях плиты с отверстиями под замковые соединения улучшает плотность стыковки плит, снижает воздействие влаги и загрязнений на образуемое дорожное покрытие, повышается надежность эксплуатации последнего при воздействии силовых нагрузок со стороны транспортных средств.
Вместе с тем, указанная эффективность стыковки плит по оппозитно расположенным выступам на противолежащих боковых и торцевых гранях плиты возможна при условии выполнения оппозитно расположенных выступов на противолежащих гранях плиты с равной толщиной, при которой стыковка плит между собой обеспечивает формирование покрытия, лицевая и тыльная поверхности которых не имеют ступенчатости.
Наличие на формируемом дорожном покрытии ступеней между плитами ухудшает надежность прилегания тыльной рабочей поверхности плит к грунту и условия взаимодействия транспортных средств с лицевой рабочей поверхностью дорожного покрытия.
Однако равнотолщинность выступов на гранях плиты технологически реализуема при условии выполнения плит из термопластичных полимеров методом термопрессования. Данный процесс малопроизводителен и требует создания специализированной технологической оснастки, что нецелесообразно при изготовлении длинномерных изделий в виде плит для дорожных покрытий, длина которых предпочтительно от 4 до 6 (м).
В условиях реализации технологического процесса по изготовлению плит на экструзионной линии, традиционно предназначенной для изготовления плит из полимерных материалов, при формировании оппозитно расположенных выступов на противолежащих боковых и торцовых гранях плиты, в основном, применяют механическую обработку с использованием специализированного технологического оборудования. В этом случае процесс изготовления выступов с заданной толщиной для исключения ступенчатости при стыковки плит между собой технологически затрудняется, увеличиваются технологические отходы при производстве плит.
Кроме указанных недостатков, относящихся к полимерным плитам для сборно-разборных дорожных покрытий следует также отметить, что для изготовления их используют монолитные (гомогенные) полимеры значительной плотности, материалоемкость которых существенно повышает сложность монтажно-демонтажных работ при формировании дорожного покрытия и технологически ограничивает возможность использования данных плит на фунтах со значительной увлажненностью.
Вместе с тем, при анализе известного уровня техники было установлено, что снижение материалоемкости листовых изделий из полимерных материалов наиболее эффективно в процессе соэкструции полимерного материала, при котором изделие имеет внутренний вспененный слой и внешние монолитные слои (см. сайт www.rospolymerplast.ru, «консфукции из листового полипропилена (емкости из полипропилена), «экструзия композитных листов и плит из вспененного полипропилена», «листы из полипропилена»). Однако производимая фирмой продукция по своему конструктивному решению и техническим характеристикам не предназначена для использования ее в качестве плит для сборно-разборных дорожных покрытий при сооружении временных дорог в труднопроезжаемых местах, на участках со слабым фунтом, обводненных и заболоченных участках.
Технический результат настоящей полезной модели при создании плиты полимерной для сборно-разборного дорожного покрытия направлен на оптимизацию параметров плит, способствующих созданию эксплуатационно надежного покрытия для сооружения временных дорог в труднопроезжаемых местах, на участках со слабым грунтом, обводненных и заболоченных участках.
Для решения поставленного технического результата предложена плита полимерная для сборно-разборных дорожных покрытий, выполненная в виде удлиненного в продольном направлении прямоугольного параллелепипеда, боковые и торцевые грани которого имеют оппозитно расположенные на противолежащих гранях плиты конгруэнтные по их ширине выступы для стыковки с ответными выступами смежных плит, каждый выступ имеет смещенные вдоль него ряд отверстий под съемные замковые соединения для стыковки смежных плит, формирующих сборно-разборное дорожное покрытие, при этом плита выполнена из двух равнотолщинных пластин со средствами соединения между ними, одна из пластин смещена относительно предыдущей в поперечном и продольном направлениях на величину соответствующую ширине выступов плиты.
Согласно полезной модели, средства соединения выполнены в виде размещаемых в соосно выполненных отверстиях пластин механических средств соединения, например, болтовых.
3
3
1
2
Согласно полезной модели, каждая пластина выполнена многослойной с внутренним вспененным слоем полимерного материала плотностью 600-800 кг/м и внешних монолитных слоев с плотностью 850-970 кг/м при соотношении толщины внешнего слоя «h» к толщине «h» внутреннего слоя, равным 0,09-0,5 и при общей толщине каждой пластины равной 12-55 мм.
Согласно полезной модели, каждая пластина плиты выполнена многослойной путем соэкструзии сополимера пропилена с этиленом и при введении пенообразующей добавки в экструдер при образовании внутреннего слоя пластины.
Анализ известного уровня техники в целом показал, что предлагаемая в заявляемой полезной модели совокупность конструктивных признаков и их взаимосвязь не известны из уровня техники, и соответствуют критериям полезной модели “новизна” и “промышленная применимость”.
Предлагаемая полезная модель может быть широко использована в практике дорожного строительства для формирования сборно-разборных дорожных покрытий временных дорог в труднопроезжаемых местах, на участках со слабым грунтом, обводненных и заболоченных участках, для устройства технологических проездов и площадок при строительно-монтажных работах, для сооружения временных площадок для защиты верхнего слоя почвы.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на:
Фиг. 1 показан вариант сборно-разборного дорожного покрытия (СРДП) сформированного из плит, изготовленных из полимерного материала;
Фиг. 2 - показан общий вид плиты для сборно-разборного дорожного покрытия;
Фиг. 3 - поперечное сечение пластины для формирования плиты.
Плита полимерная для сборно-разборных дорожных покрытий выполнена в виде удлиненного в продольном направлении прямоугольного параллелепипеда, боковые 1 и торцевые 2 грани которого имеют оппозитно расположенные на противолежащих гранях плиты конгруэнтные по их ширине выступы 3 для стыковки с ответными выступами смежных плит. Каждый выступ 3 имеет смещенные вдоль него ряд отверстий 4 под съемные замковые соединения (не показаны) для стыковки смежных плит, формирующих сборно-разборное дорожное покрытие.
В качестве сборочной единицы съемного замкового соединения возможно использование замковых соединений, конструктивное исполнение которых предусмотрено по патенту RU №107165.
Плита выполнена двуслойной в виде равнотолщинных пластин 5, 6 со средствами соединения 7 между ними. Одна пластина 5 смещена относительно другой пластины 6 в поперечном и продольном направлениях на величину соответствующую ширине выступов 3 плиты. Для соединения пластин между собой используют механические средства соединения, которые размещают в соосно выполненных отверстиях пластин 5 и 6.
В качестве средств соединения используют, например, болтовые соединения. Для повышения эксплуатационной надежности плиты длину болтовых соединений задают меньше общей длины соосных отверстий стыкуемых пластин и после монтажа болтовых соединений образующиеся полости отверстий со стороны тыльной и лицевой поверхности спроектированной плиты заваривают полимерным материалом.
Вариант механического соединения пластин при проектировании плиты для сборно-разборного дорожного покрытия наиболее оптимален.
Применение для этих целей других типов соединения пластин между собой нецелесообразно по следующим обстоятельствам:
при клеевом или сварном соединении пластин возникающие при эксплуатации плит знакопеременные силовые нагрузки и природно-климатические условия их эксплуатации приводят к разрушению клеевого или сварного слоя, к механическим сдвигам пластин, нарушается надежность работы сформированного дорожного покрытия.
3
3
1
2
Каждая пластина 5 или 6 выполнена многослойной с внутренним вспененным слоем 8 полимерного материала плотностью 600-800 кг/м и внешних монолитных слоев с плотностью 850-970 кг/м при соотношении толщины внешнего слоя «h» к толщине «h» внутреннего слоя, равным 0,09-0,5 и при общей толщине каждой пластины равной 12-55 мм.
Заданное по полезной модели соотношение параметров по изготовлению пластин оптимально.
1
2
Уменьшение или увеличение плотности полимерных связующих, изменение соотношения h/h и заданной толщины пластин приведет к ухудшению эксплуатационной надежности к действующим силовым нагрузкам изготовленной из данных пластин плиты и/или к повышению ее материалоемкости.
Для изготовления пластин 5 и 6 используют процесс соэкструции полимерного материала, основанный на изготовлении многослойного изделия.
В качестве полимерного материала используют предпочтительно сополимер пропилена с этиленом и при введении пенообразующей добавки в экструдер при образовании внутреннего слоя плиты.
Выбранный для реализации полезной модели полимерный материал на основе сополимера пропилена с этиленом наиболее оптимален по потребительским свойствам: эластичен, имеет высокую твердость, ударопрочность, которые определяются присутствием в материале макромолекул этиленовых звеньев. Сополимеры пропилена с этиленом имеют высокую морозостойкость.
Выполнение пластин с внутренним вспененным слоем полимерного материала и внешних монолитных слоев при заданном соотношении конструктивных признаков наиболее оптимально:
по условиям снижения материалоемкости проектируемой плиты с сохранением при этом ее эксплуатационной надежности к силовым нагрузкам со стороны эксплуатируемых транспортных средств;
по условиям эксплуатации плит при формировании временных дорожных покрытий.
Выполнение плиты по настоящей полезной модели обеспечивает создание эксплуатационно надежного покрытия для сооружения временных дорог в труднопроезжаемых местах, на участках со слабым грунтом, обводненных и заболоченных участках, что подтверждается результатами расчетных показателей прогиба пластин и изготовленных из них плиты для сборно-разборных дорожных покрытий при контактном взаимодействии их с грунтом и силовыми нагрузками со стороны транспортных средств.
Для расчетов использовали программное обеспечение MSC. NASTRAN (US), в котором моделируется эксплуатационный режим дорожной плиты. Для моделирования эксплуатационного режима в программном обеспечении были заданы следующие параметры:
геометрические параметры пластин из полимерного материала: ширина - 1600 мм, длина - 6000 мм; толщина - 40, 42 (мм);
1
2
соотношение параметров h/h:
0,27 при толщине пластин Н=40 (мм);
0,25 при толщине пластин Н=42 (мм);
3
полимерный материал при получении внешних слоев: 850-970 кг/м, модуль упругости (МПа) - 1400, предел текучести (МПа) - 28. Данный тип материала соответствует термопластичным полимерам на основе сополимера пропилена с этиленом. При использовании данного полимера улучшаются химико-физические характеристики плит, в том числе, в части повышения их устойчивости к низким температурам по сравнению с полипропиленами, которые при низких температурах кристаллизуются и приобретают хрупкость.
3
Конкретно для внешних слоев плит изготовленных методом соэкструзии задана плотность полимерного материала 870 кг/м, что наиболее целесообразно при моделировании эксплуатационных режимов с учетом действующих силовых нагрузок.
3
При выполнении расчетов плотность полимерного материала для плит, изготовленных методом экструзии, задана 900 кг/м;
Заданная плотность полимерного материала определена с учетом эксплуатации и технологических условий изготовления плит, в том числе, из условий использования в термопластичных полимерах технологических добавок, например, армирующих компонентов;
3
Параметры полимерного материала при получении внутреннего вспененного слоя: плотность - 670 кг/м, модуль упругости (МПа) - 1000, предел текучести (МПа) - 15. Данные технические характеристики полимерного материала для вспененного слоя оптимальны по условиям эксплуатационной надежности проектируемой плиты с использованием указанных пластин.
При моделировании контактного взаимодейстия пластин и изготовленной из них плиты с поверхностью грунта под силовой нагрузкой со стороны транспортных средств были использованы следующие параметры:
0,35 МПа - модуль упругости фунта;
80 тонн - масса гусеничного фубоукладчика
Результаты расчетов прогиба пластин и изготовленных из них плиты для сборно-разборных дорожных покрытий при контактном взаимодействии их с фунтом под силовыми нафузками со стороны гусеничных транспортных средств показаны в нижеприведенной таблице.
1
2
Таким образом, приведенные данные свидетельствуют, что плиты для сборно-разборных дорожных покрытий изготовленные из пластин с внутренним вспененным слоем полимерного материала и внешних монолитных слоев при соотношении толщины внешнего слоя «h» к толщине «h» внутреннего слоя, равным 0,09-0,5 и при толщине каждой пластины от 12 до 55 мм:
имеют большую изгибную жесткость, обладают лучшей плавучестью и меньшим расходом материала (низкая материалоемкость), что снижает себестоимость плит. Плиты имеют достаточный запас общей прочности.
При реализации полезной модели благодаря выполнению плиты из двух равнотолщинных пластин со средствами соединения их между собой и при смещении одной из пластин относительно другой в поперечном и продольном направлениях с образованием со стороны боковых и торцовых граней формируемой плиты конгруэнтных по ширине выступов для стыковки с ответными выступами смежных плит обеспечивается формирование покрытия, лицевая и тыльная поверхности которых не имеют ступенчатости, что улучшает условия взаимодействия транспортных средств, преимущественно, колесных с лицевой поверхностью дорожного покрытия.
В целом благодаря указанным оптимизированным конструкционным параметрам плиты полимерной из многослойных пластин обеспечивается создание эксплуатационно надежного покрытия для сооружения временных дорог в труднопроезжаемых местах, на участках со слабым грунтом, обводненных и заболоченных участках.