СПОСОБ ОБРАБОТКИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ СВОЙСТВ ШВОВ ЖЕСТКИХ АЭРОДРОМНЫХ И ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ
METHOD FOR PROCESSING AND RESTORING THE WORKING PROPERTIES OF JOINTS OF RIGID AIRFIELD AND ROAD SURFACES

Изобретение относится к способу обработки жестких аэродромных и дорожных покрытий на аэродромах, подъездных путях и дорогах в целях восстановления герметика деформационных швов покрытий и профилактического предотвращения их разрушения.
Как показывает практика, разрушение деформационных швов аэродромных покрытий происходит раньше нормативного срока их службы. Разрушение начинается через 2-3 года после ввода аэродрома в эксплуатацию и чаще всего на старто-финишных участках взлетно-посадочной полосы (ВПП), что может приводить к аварийным ситуациям во время взлета и посадки воздушных судов (ВС). В полной мере это относится и к дорожным покрытиям, где наличие разрушенных деформационных швов приводит к повышению аварийности, снижению скорости траффика, повышенному износу узлов автомобильного транспорта и т.п. [Глушков Г.И., Бабков В.Ф., Тригони В.Е. и др. Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1994. 349 с.].
Поэтому поддержание деформационных швов жестких аэродромных и дорожных покрытий, в надлежащем состоянии, профилактика разрушения наполнителя шва - герметика, сохранение его в работоспособном состоянии является актуальной технической задачей.
Известен способ восстановления свойств герметика деформационных швов аэродромных и дорожных покрытий, заключающийся в удалении старого герметика механическим путем, продувке шва от остатков герметика и пыли, обработке стенок шва праймером (смесью быстро испаряемого растворителя с битумом), заливка нового герметика шва разогретой мастикой. Те же операции проводятся и при ремонте деформационных швов дорожных покрытий [РЭГА РФ -1994 г., ОДМ 218.3.036-2013].
К недостаткам известного способа относятся: большая трудоемкость работ, временные и материальные затраты, применение дополнительного количества специальной техники, полная остановка эксплуатации аэродромных и дорожных покрытий.
В тоже время, существует ряд разработок в области нагрева диэлектрических материалов СВЧ-энергией, в том числе с большими поверхностями. Проведенные исследования, показывают, что негативное влияние на физико-механические свойства герметика при СВЧ облучении отсутствует, а СВЧ-обработка органического вяжущего положительно влияет на его физико-механические характеристики, заключающиеся в изменении вязкости, повышении температуры размягчения, увеличении когезионной прочности и сцепления с минеральными материалами, что приводит к повышению качества асфальтобетона [Ядыкина В.В., Акимов А.Е., Гридчин A.M. СВЧ-активация битумов как способ повышения физико-механических и эксплуатационных параметров асфальтобетона // Строительные материалы. 2010. №5. С. 10-12].
Известен агрегат для обработки поверхностей электромагнитным СВЧ-полем, включающий транспортное средство с пультом управления в кабине, дизель-генератор, установленный в кузове, и СВЧ-устройство для обработки поверхностей (асфальта) на дорожных покрытиях (Патент на полезную модель №1524848 от 27.05.2015).
Недостатками данного агрегата являются: использование автомобильного транспортного средства, что приведет к лишнему расходу топлива; малая мощность СВЧ-устройства, что не всегда может привести к заявленному эффекту от использования; не точная направленность на объект, так как невозможно отрегулировать траекторию движения из-за того, что СВЧ-устройство находится под кузовом; длительное время воздействия на объект при разогреве, устройство не предназначено для обработки швов аэродромных покрытий.
Известно: воздействие СВЧ-излучения на обеззараживание почвы и уничтожение сорняков и положительная симуляция прорастания семян [патент SU 1474891 А2].
Техническим результатом изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, путем разработки способа обработки и восстановления рабочих свойств существующего старого герметика без его удаления и замены на новые герметики, сокращение трудозатрат и материальных затрат вследствие выполнения данного вида работ без привлечения дополнительной техники и людей, повышение оперативности подготовки аэродромов к полетам, а также оперативно-стратегической готовности подъездных путей к аэродромам.
Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ обработки и восстановления рабочих свойств швов жестких аэродромных и дорожных покрытий, включающий очистку шва от мусора, последующий нагрев герметика шва до температуры, обеспечивающей его текучесть, и затем подачу направленной струей на нагретый герметик шва дозированного количества праймера, добавляющего легкие фракции в герметик шва для улучшения свойств сцепления и герметизации материала шва с жестким материалом покрытия, которые осуществляют с использованием перемещаемого над зоной деформационного шва самоходного устройства, на раме которого устанавливают компрессор для продувки шва и очистки его от мусора, СВЧ-излучатель, содержащий расположенный в корпусе магнетрон, соединенный через волновод с пирамидальным рупорным облучателем, внутреннюю экранирующую изолирующую решетку, а по нижнему периметру закрепляют наружный изолирующий пояс, выполненный из диэлектрического материала, и дозатор для праймера.
В основу предлагаемого способа заложены известные преимущества использования электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ-энергии) для нагрева диэлектрических материалов: избирательность нагрева, равномерность нагрева, объемный характер нагрева, экологичность нагрева, высокий КПД преобразования СВЧ-энергии в тепловую. При применении СВЧ-энергии для обработки диэлектрических материалов необходимо учитывать свойства обрабатываемого материала на различных частотах и на всех стадиях процесса. Поглощенная мощность и глубина проникновения ее в материал, определяются диэлектрической проницаемостью, частотой и геометрией СВЧ-системы [Справочная книга по СВЧ-электротермии / Ю.С. Архангельский. - Саратов: ООО "Науч. кн.", 2011. - 559 с.].
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, экспериментально-расчетными материалами, поясняется фигурами 1-4. На фиг. 1 изображен чертеж самоходного устройства для обработки швов жестких аэродромных и дорожных покрытий СВЧ-излучением, на фиг. 2 - принцип действия СВЧ-излучателя, на фиг. 3, 4 изображены результаты экспериментально-расчетных исследований.
На фиг. 1-4 обозначено:
1 - металлическая рама самоходного устройства с колесами;
2 - силовой блок самоходного устройства (содержащий электрогенератор, двигатель, топливный бак, систему управления двигателем);
3 - компрессор (для продувки шва и очистки его от мусора);
4 - СВЧ излучатель;
5 - дозатор для праймера (для направленной обработки праймером герметика шва);
6 - приборы освещения на передней панели;
7 - приборы освещения на задней панели;
8 - рабочее место оператора;
9 - обрабатываемое покрытие;
10 - обрабатываемый деформационный шов;
11 - волновод;
12 - наружный изолирующий пояс на корпусе СВЧ-излучателя (состоящий из диэлектрического материала по нижнему периметру корпуса, в области контакта с обрабатываемой поверхностью);
13 - пирамидальный рупорный облучатель;
14 - герметик шва.
Предложенный способ может быть реализован следующим образом.
Самоходное устройство (фиг. 1), доставляется на участок покрытия 9, подлежащий обработке. Оператор выставляет устройство таким образом, чтобы обрабатываемый деформационный шов 10 находился посередине передвижной рамы 1, определяет направление движения визиром, включает силовой блок 2 в котором включается электрогенератор посредством запуска ДВС, питающий СВЧ-излучатель 4, компрессор 3. Оператор включает компрессор 3, который воздухом предварительно продувает шов, очищая его от мусора и пыли, СВЧ-излучатель 4, который прогревает герметик шва до необходимой температуры, из дозатора для праймера 5 направленной струей, на нагретый герметик подается праймер, добавляющий легкие фракции в герметик шва 14 (фиг. 2), благодаря которому происходит сцепление и герметизация материала шва с жестким материалом покрытия. После чего следует передвижение устройства с заданной скоростью по шву 10 дальше, к следующему участку прогрева герметика шва и обработки праймером. Самоходное устройство перемещается над зоной деформационного шва 10 с заданным скоростным режимом, плавно двигаясь с определенной скоростью сверху вдоль шва 10, СВЧ излучатель нагревает его до температуры, при которой герметизирующий материал 14 (фиг. 2) переходит в текучее состояние. Такое состояние приводит к самопроизвольному устранению мелких дефектов, включая нарушения сплошности в самом герметике и отслоение герметика от поверхности цементобетонной плиты 9.
Для подтверждения эффективности данного способа проведены расчетные исследования и математическое моделирование, благодаря которым произведены предварительные оценки режимных параметров СВЧ-термообработки материалов, используемых в конструкциях жестких аэродромных покрытий на основе решения краевой тепловой задачи с внутренними тепловыми источниками, мощность которых определяется через заданные параметры электромагнитной волны.
Определены возможная скорость и глубина обработки шва, энергетические затраты, чтобы показать перспективность предложенного метода поддержания требуемого качества деформационных швов.
Для тепловой обработки герметизирующего материала, при которой происходит заплывание мелких дефектов, могут быть использованы магнетроны российского производства М-116-50, мощностью 50 кВт на частоте 915 МГц, а также магнетрон М-168, мощностью 5 кВт на частоте 2450 МГц, причем в процессе заплавления следует добавлять праймер через дозирующее устройство.
Скорость перемещения установки рассчитывается с помощью метода конечно-элементного моделирования СВЧ-нагрева деформационного шва. Расчеты с использованием указанных магнетронов показывают, что скорость движения источника излучения, при которой для заданных внешних условий диэлектрик разогревается до температуры текучего состояния -180-190°С, для магнетрона I (М-116-50) составляет 0,02 м/с (фиг. 3), а для магнетрона II (М-168) - 0,005 м/с (фиг. 4). По глубине шва интенсивность тепловыделения при СВЧ-воздействия практически не изменяется, поскольку коэффициент затухания электромагнитной волны в битуме невелик, а глубина ее проникновения, наоборот, велика. При этом участок цементобетонной плиты находящейся в области СВЧ-воздействия нагревается незначительно. Размеры сечения рупорной антенны рассчитываются в зависимости от применяемого магнетрона. [Дорняк О.Р., Недоносков А.Б. Способ термообработки деформационного шва аэродромного покрытия с использованием СВЧ-воздействия // Воздушно-космические силы. Теория и практика. 2021. №17. С. 66-75.]
При увеличении мощности СВЧ можно так же значительно повысить и производительность устройства, что приведет к повышению скорости движения устройства, что обеспечит достижение технического результата за более короткое время.
В швах одновременно происходит уничтожение биоты в виде травы, разрушающей тело герметика, возникающей в период весенне-летней эксплуатации, что сокращает материальные расходы на борьбу с растительной биомассой.
Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в разработке нового способа восстановления герметичности деформационного шва, имеющего незначительные дефекты, предотвращения его преждевременного разрушения, увеличивая тем самым межремонтные сроки, что позволит получить экономический эффект.
Использование предложенного технического решения позволит применять его на аэродромах и дорогах используя неразрушающую технологию СВЧ излучения, устраняющую мелкие дефекты в объеме шва и на его поверхностях, восстанавливающую качество деформационного шва, сократить трудовые и материальные затраты, производить профилактическую термообработку шва, в котором еще нет существенных дефектов, но имеются предпосылки к разрушению, позволит увеличить межремонтные сроки службы покрытия, по сравнению с традиционными способами ремонта предлагаемая технология является ресурсосберегающей.