Дорожная плита
ROAD SLAB

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 (RU, №2433219, МПК Е01С 5/06, 2011).
Недостатками данного технического решения являются пониженная несущая способность, обусловленная невысокой жесткостью слоев, а также недолговечность, обусловленная хрупкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок, особенно при воздействии динамических переменных нагрузок, а также высокая материалоемкость и соответственно, себестоимость дорожной плиты.
Известно применение в дорожном строительстве дорожных матов из композиционных материалов (КДМ), в которых покрытие дороги образовано полимерными плитами (RU, №131734. МПК: Е01С 5/00, 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.
Однако для данной плиты является повышенная гибкость и недостаточная жесткость при действии высоких нагрузок, что обуславливает ее только временное применение, что снижает эффективность использования таких плит.
Известна также монолитная двухслойная железобетонная плита, содержащая нижнюю и верхнюю плиты и разделительный упругий слой (RU, №2243316, Е04В /500, Е01С 3/00, 2004).
Однако для данного технического решения характерным является сложность конструкции, значительный собственный вес, а также пониженная несущая способность, обусловленная хрупкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок. При этом не выполняется главное исходное условие долговечности дорожной плиты и 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.
Известно использование полимерных композитных полотнищ (холстов) для усиления железобетонных изделий, например балок, путем наклейки полотнищ (холстов) на рабочие поверхности балки с целью повышения несущей способности и эксплуатационных свойств конструкции (п.3.1, п. 3.3. Свод правил СП 164.1325800.2014. Усиление железобетонных конструкций композитными материалами / Правила проектирования. - М., 2015.-51 с.).
Однако использование полимерных композитных полотнищ (холстов) в качестве анкерных элементов не обнаружено.
Известно использование застежек-липучек для соединения различных материалов и изделий, состоящих из двух частей, одна из которых выполнена в виде полимеркомпозитной подложки (например, холст, лента) с закрепленными на ней по всей площади крючками (Электронный ресурс: Застежка-липучка: https://wikidea.ru/wiki/hook-and-loop fastener).
Однако использование застежек-липучек, включающие полимеркомпозитные полотнища (холсты, ленты) с крючками, в качестве анкерных элементов не обнаружено.
Наиболее близким техническим решением является дорожная плита, которая содержит верхний и нижний слои из полимерного композитного материала в виде сборной плиты, причем крепление верхней и нижней сборных плит с цементобетонным слоем выполнено при помощи анкерных выпусков в виде саморезов, завинченных в поверхности сборных плит, при этом часть резьбы саморезов и их шляпки расположены в цементобетонном слое (RU, №2739818, МПК: Е01С 5/08, 2020).
Однако для данного технического решения характерны сложность конструкции и технологии изготовления за счет необходимости выполнения операций по установке, распределению, погружению и выравниванию анкеров в виде саморезов в полимерной композитной плите, а также возможная потеря их устойчивости в процессе укладки бетонной смеси и формовании, что снижает эффективность изготовления плиты, в целом.
В основе настоящего изобретения лежит задача по разработке эффективной конструкции дорожной плиты, которая будет отличаться повышенной трещиностойкостью, особенно при воздействии динамических, знакопеременных нагрузках, за счет снижения массы плиты, а также за счет упрощения конструкции плиты и технологии ее изготовления.
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, выполненной в виде сборной плиты и содержащей слои из полимеркомпозитной плиты и бетона, соединенные между собой посредством анкерных выпусков, размещенных в слое бетона, она снабжена перфорированным полимеркомпозитным полотнищем с анкерными выпусками в виде крючков, при этом полотнище уложено и закреплено на всей поверхности полимеркомпозитной плиты.
Исполнение дорожной плиты, в которой крепление нижней полимеркомпозитной плиты с бетонным слоем выполнено при помощи анкерных выпусков в виде крючков перфорированного полотнища, закрепленного на полимеркомпозитной плите, например, клеем или саморезами, позволяет, во-первых, формировать особенно прочное соединение - сцепление за счет того, что любая сила, отрывающая соединительные слои, равномерно распределяется по всем многочисленным анкерам и более надежно соединяет слои за счет сплошного распределения по всей поверхности анкеров в виде крючков, во-вторых, повысить трещиностойкость бетонного слоя за счет равномерного армирования контактного бетонного слоя выпусками анкеров крючками, соответственно, равномерно распределять нагрузку, в-третьих, упростить конструкцию и технологию изготовления путем исключения операций по распределению и установке анкеров в полимеркомпозитной плите, а использования готового полотнища с анкерами в виде крючков, в-четвертых, повысить прочность дорожной плиты, за счет выполнения в полимеркомпозитном полотнище отверстий, которые заполняясь бетоном при формовании, образуют бетонные бобышки, обеспечивая жесткость двухслойной конструкции и, в целом, повысить эффективность работы всей плиты.
Изготовления плиты с нижним несущим слоем, который выполнен из полимеркомпозитного полотнища с анкерами в виде крючков, отличающееся лучшими деформативными свойствами по сравнению с бетоном и, которое подвергается значительным деформациям растяжения при изгибе плиты в процессе ее нагружения, позволяет, во-первых, упростить конструкцию дорожной плиты, используя вместо полимеркомпозитной плиты полимеркомпозитное полотнище, совмещенное с анкерами, во-вторых, повысить трещиностойкость при изгибных деформациях, особенно при динамических нагрузках (вибрациях) работая как демпфер, в-третьих, повысить коррозионную стойкость дорожной плиты, за счет использования полимеркомпозитного полотнища в основании дорожной плиты и, соответственно, исключения прямого контакта бетона с грунтовым основанием и, в целом, повысить эффективность работы всей дорожной плиты.
Дорожная плита поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема дорожной плиты с полимеркомпозитной плитой; на фиг.2 - Вид I - узел соединения бетоннного слоя дорожной плиты с нижним слоем из полимеркомпозитной плиты; на фиг.3 - конструктивная схема дорожной плиты без полимеркомпозитной плиты.
На фиг.1 - фиг.3 обозначено: 1 - полимерная композитная плита; 2 - бетонный слой; 3 - перфорированное полотнище с анкерами; 4 - отверстия; 5 - анкеры в виде крючков; 6 - полотнище с анкерами.
Дорожная плита выполнена сборной и состоит из двух слоев - нижнего в виде готовой полимеркомпозитной плиты 1 и верхнего - из слоя тяжелого бетона 2 (фиг.1). В свою очередь на полимеркомпозитной плите 1 закреплено, например клеем или саморезами, перфорированное полотнище 3 с отверстиями 4 и с анкерами в виде крючков 5, утопленные в бетонном слое 2 (фиг.2). Кроме этого, нижний слой дорожной плиты может быть выполнен из полимеркомпозитного полотнища 6 с анкерами в виде крючков 5 (фиг.3).
Размеры полимеркомпозитных полотнищ с анкерами, высота анкерных выпусков в виде крючков, их количество, а также размеры отверстий и их количество в перфорированном полимеркомпозитном полотнище задаются из условий работы плиты и величины воспринимаемой нагрузки.
Дорожная плита изготавливается и работает следующим образом.
Сначала готовят для нижнего слоя дорожной плиты полимеркомпозитную плиту 1 (фиг.1). Для этого можно использовать полуфабрикат - готовую полимеркомпозитную плиту, например, согласно патенту: полезная модель РФ N 152159, МПК: Плита «Р-ТЭК» модульного дорожного покрытия для сборно-разборных временных дорог и площадок с заданными размерами и характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости и повышенной износостойкости. Затем готовят перфорированное полимеркомпозитное полотнище 3 с анкерами в виде крючков 5. Для этого можно использовать полуфабрикат - полимеркомпозитную подложку (например, холст, лента) с закрепленными на ней по всей площади крючками, в котором выполняются отверстия, например засверливаются (Электронный ресурс: Застежка-липучка: https://wikidea.ru/wiki/hook-and-loop fastener). После этого подготовленное перфорированное полимеркомпозитное полотнище 3 с анкерами в виде крючков 5 крепится, например приклеивается, на полимеркомпозитной плите 1 (фиг.1, фиг.2). В отдельном случае может использоваться полимеркомпозитное полотнище 6 с анкерами в виде крючков 5 (рис. 3).
Изготовление дорожной плиты начинают с формирования в форме нижнего слоя дорожной плиты, для чего укладывают в нее подготовленную полимеркомпозитную плиту с закрепленным на ней перфорированным полимеркомпозитным полотнищем с анкерами в виде крючков. После этого укладывают бетонную смесь, формируют верхний несущий бетонный слой и уплотняют, например, на виброплощадке. В процессе вибрирования часть бетонной смеси заполняет отверстия и пространство между анкерами в полимеркомпозитном полотнище.
При изготовлении дорожной плиты без полимеркомпозитной плиты формование начинают с укладки подготовленного полимеркомпозитного полотнища с анкерами в виде крючков наружу, после чего укладывают бетонную смесь, формируют верхний несущий бетонный слой и уплотняют, например, на виброплощадке. В процессе вибрирования часть бетонной смеси заполняет пространство между анкерами в полимеркомпозитном полотнище.
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 балка 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 плита усиленная полимеркомпозитным полотнищем с анкерами 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.
При этом эффективность работы дорожной плиты - несущая способность повышается за счет увеличения сдвиговой прочности между слоями 1 и 2 при включении в работу части бетонной матрицы, расположенной в отверстиях перфорированного полимеркомпозитного полотнища с анкерами. В этом случае повышается прочность связи между собой двух слоев - бетонного и полимеркомпозитного (фиг.2).
В случае изготовления дорожной плиты с нижним несущим слоем, который выполнен из полимеркомпозитного полотнища с анкерами в виде крючков (фиг.3), позволяет, упростить конструкцию и соответственно технологию изготовления дорожной плиты, используя вместо полимеркомпозитной плиты полимеркомпозитное полотнище, совмещенное с анкерами. При этом при нагружении плиты повышается трещиностойкость при изгибных деформациях, особенно при действии динамических нагрузок (вибраций), за счет работы полимеркомпозитного полотнища с анкерами в виде крючков, отличающееся лучшими деформативными свойствами по сравнению с бетоном и дополнительно работая как демпфер. Кроме этого, повышается коррозионная стойкость дорожной плиты, за счет использования полимеркомпозитного полотнища в основании дорожной плиты и, соответственно, исключения прямого контакта бетона с грунтовым основанием, что, в целом, повышает эффективность работы всей дорожной плиты.
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 оригинальным соединительным элементом в виде перфорированного полимеркомпозитного полотнища с анкерами в виде крючков с учетом действия нагрузки и технологичности ее изготовления. Это обеспечивается за счет возможности использования конструктивно более надежного соединения полимерной композитной плиты с бетонным слоем (в качестве нижнего несущего слоя). Поэтому предлагаемая конструкция дорожной плиты 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.
Особенно эффективно использовать предлагаемое техническое решение при устройстве временных вертолетных площадок, дорог и аэродромов в сложных природно-климатических условиях строительства. При этом используемые формы и технология формования дорожных плит остаются прежними.
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.