Дорожная плита

Полезная модель относится к области строительства и может найти применение при изготовлении дорожных и аэродромных плит, а также может быть использована при сооружении и реконструкции 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. Дорожная плита, 2011).
Однако, для такой дорожной плиты характерными 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 вследствие использования дополнительных упругих компонентов.
Известно применение полимерных и композитных сеток для армирования бетонных изделий (RU, №177233. МПК: Е04С 5/07. Сетка армирующая полимерно-композитная преднапряженная с нанодобавками, 2018).
Однако, для такой дорожной плиты характерными являются пониженная несущая способность, обусловленная хрупкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок, особенно при воздействии динамических нагрузок.
Известно применение в дорожном строительстве дорожных матов из композиционных материалов (КДМ), в которых покрытие дороги образовано полимерными плитами (RU, №131734. МПК: Е01С 5/00. Композиционный дорожный мат для дорог со сборно-разборным покрытием, 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.
Для изготовления плит, формирующих КДМ, используется композиционный полимерный материал по своим физико-механическим характеристикам превосходящий ранее используемые материалы: железобетон и дерево, а также композиционный стеклопластик, используемый для плит, что подтверждается данными, приведенными ниже в Таблице 1.
Известно также применение в дорожном строительстве объемных георешеток на полимерной основе в качестве армирующих элементов для усиления грунтового основания или откосов насыпей с заданными характеристиками повышенной прочности, деформативности и химической стойкости (например, п. 5 Виды и свойства георешеток «Геопрагма ДС» /Рекомендации по применению георешеток «Геопрагма ДС» в дорожном строительстве. «РОСДОРНИИ». - М., 2009).
Однако применение объемных полимерных георешеток для армирования бетонных дорожных плит не найдено.
Наиболее близким техническим решением является 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 анкерами из арматуры (RU, №2667396. МПК Е01С 5/22. Способ устройства дорожного покрытия повышенной долговечности, 2018).
Однако, для такой дорожной плиты характерными являются пониженная несущая способность, обусловленная низкой трещиностойкостью нижнего слоя при изгибе плиты от действия эксплуатационных нагрузок, сложная технология изготовления за счет необходимости изготовления специальных анкеров и отдельного формования сборной плиты, а также не обеспечиваются защитные функции нижнего слоя бетона. При этом не выполняется главное исходное условие долговечности дорожной плиты - 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, в целом.
В основе настоящего технического решения лежит задача по повышению трещиностойкости дорожной плиты, особенно при воздействии динамических, знакопеременных нагрузках, и упрощению технологии ее изготовления.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленной полезной модели, является повышение несущей способности и эксплуатационной надежности дорожной плиты при снижении ее материалоемкости, а также повышение долговечности.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что дорожная плита, содержащая цементобетонный слой и верхний слой из полимерного композитного материала в виде сборной плиты (с заданными характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости и повышенной износостойкости), при этом крепление сборной плиты из полимерного композитного материала с цементобетонным слоем выполнено при помощи анкерных выпусков из нижней поверхности сборной плиты, погруженных в тело цементобетонного слоя, содержит нижний слой, выполненный из полимерной георешетки, ячейки которой заполнены цементобетоном с образованием анкеров в виде бобышек, соединенных с цементобетонным слоем.
Исполнение дорожной плиты, состоящей из трех слоев - верхнего и нижнего из полимерного композитного материала и внутреннего цементобетонного слоя, позволяет, во-первых, повысить трещиностойкость за счет изготовления дорожной плиты с нижним несущим слоем из полимерного композитного материала в виде полимерной георешетки с заданными характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости, отличающейся лучшими деформативными свойствами по сравнению с цементобетоном, который слабо сопротивляется деформациям растяжения при изгибе плиты, отличаясь хрупким поведением в процессе его нагружения, в-третьих, снизить массу дорожной плиты за счет частичной замены нижнего слоя из тяжелого цементобетона слоем из более легкого полимерного композитного материала, в-четвертых, упростить технологию изготовления путем исключения из технологической цепочки операции по формованию нижней плиты, а использовать более простую и быструю операцию сборки путем использования готовых полимерных герешеток.
Кроме этого, в случае изготовления нижнего слоя дорожной плиты из полимерной георешетки с заданными размерами и характеристиками повышенной прочности, деформативности и химической стойкости, соединенной с цементобетонным слоем через ячейки полимерной георешетки, заполненные цементобетоном цементобетонного слоя, в процессе формирования внутреннего цементобетонного слоя, позволяет, во-первых, повысить трещиностойкость за счет изготовления дорожной плиты с нижним несущим слоем из полимерной георешетки, отличающейся лучшими деформативными свойствами по сравнению с бетоном, который подвергается значительным деформациям растяжения при изгибе плиты в процессе ее нагружения, во-вторых, снизить степень влияния агрессивной среды на бетонный слой за счет снижения площади прямого контакта цементобетонного слоя, разделенного ребрами полимерной георешетки, в-третьих, упростить технологию изготовления путем исключения из технологической цепочки специальной операции по анкеровке нижнего слоя с внутренним цементобетонным слоем, так как соединение осуществляется ячейками полимерной георешетки, выполняющих функцию анкеров при их заполнении цементобетоном в процессе формирования внутреннего цементобетонного слоя, что позволяет повысить сцепление двух слоев -повысить прочность дорожной плиты и исключить использование дополнительных связей, что, в целом, повышает эффективность изготовления и работы дорожной плиты.
Дорожная плита поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема дорожной плиты с верхним и нижним слоями из полимерных композитных плит; на фиг. 2 - общий вид полимерной георешетки.
На фиг. 1 и фиг. 2 обозначено: 1 - верхний слои из полимерной композитной сборной плиты; 2 - нижний слой из полимерной георешетки; 3 - анкеры; 4 - внутренний цементобетонный слой; 5 - геосетка; 6 - ячейки полимерной георешетки, заполненные цементобетоном; 7 - георешетка; 8 -ячейки.
Дорожная плита состоит из трех слоев (фиг. 1) - верхнего и третьего -нижнего слоев - из полимерной композитной сборной плиты 1 с анкерами 3 и готовой полимерной георешетки 2, соединенные с внутренним цементобетонным слоем 4 выпусками анкеров 3 и ячейками 6 полимерной георешетки 2, которые заполнены цементобетоном, армированного геосеткой 5.
Размеры дорожной плиты, толщина слоев, шаг анкеров и величина их выпусков задаются из условий работы плиты и величины воспринимаемой нагрузки.
Дорожная плита изготавливается и работает следующим образом.
Сначала изготавливают сборную полимерную композитную плиту 1 с анкерами 3 для верхнего слоя дорожной плиты (согласно патенту RU, №2667396. МПК Е01С 5/22. Способ устройства дорожного покрытия повышенной долговечности, 2018) с заданными размерами и характеристиками повышенной химической стойкости, повышенной прочности, повышенной морозостойкости и повышенной износостойкости (фиг. 1). После этого из готовой полимерной георешетки отрезают заготовку под размер дорожной плиты.
Изготовление дорожной плиты начинают с формирования в форме нижнего слоя дорожной плиты, для чего укладывают в форме полимерную георешетку 7, выполняющей функцию третьего - несущего нижнего слоя 2 дорожной плиты (фиг. 1, фиг. 2). Затем укладывают бетонную смесь и формируют внутренний несущий цементобетонный слой 4 с одновременным заполнением ячеек 6 в слое 2 полимерной георешетки 7, соединяющих полимерную георешетку 7 с внутренним цементобетонным слоем 4. При этом для восприятия более значительных нагрузок укладывают геосетку 5. Затем формируют верхний слой дорожной плиты путем установки полимерной композитной сборной плиты 1 с вдавливанием анкеров 3 в цементобетонный слой 4 на величину их выпусков.
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 с верхним и нижним слоями из сборных полимерных композитных изделий, соединенных анкерами и ячейками полимерной георешетки, заполненные цементобетоном, с внутренним цементобетонным слоем, она будет работать как балка на двух опорах. Верхний и нижний слои дорожной плиты будут работать совместно с внутренним слоем за счет работы выпусков анкеров верхней плиты и ячеек полимерной георешетки, заполненные цементобетоном.
При этом работа полимерного композитного материала в виде полимерной георешетки позволяет затормозить процесс развития трещин - повысить трещиностойкость за счет ее достаточной прочности и отличающейся лучшими деформативными свойствами по сравнению с цементобетоном, который слабо сопротивляется деформациям растяжения при изгибе плиты, отличаясь хрупким поведением в процессе его нагружения. Это можно объяснить еще тем, что за счет использования полимерной композитной сборной плиты в основании предложенной дорожной плиты сокращается длина формируемой трещины и соответственно ее ширина раскрытия в нижнем цементобетонном слое будет меньше, а также за счет лучших деформативных свойств у полимерного материала, чем у цементобетона.
В случае использования в дорожной плите нижнего слоя из полимерной георешетки усиливается нижний слой дорожной плиты. Однако, в отличие от обычной дорожной плиты, где нижний слой цементобетонный и, где действуют значительные растягивающие деформации, в предложенной дорожной плите нижний слой из полимерной георешетки, ячейки которой заполнены цементобетоном, будет препятствовать хрупкому ее разрушению за счет того, что полимерная георешетка имеет хорошие деформационные и прочностные свойства, выполняя, по сути, функцию второго несущего слоя, за счет чего существенно повышается трещиностойкость дорожной плиты.
При этом эффективность работы дорожной плиты повышается за счет включения в работу части цементобетонной матрицы, расположенной в ячейках полимерной георешетки. В этом случае повышается прочность связи между внутренним - цементобетонным слоем и нижнем слоем из полимерной георешетки (фиг. 1).
На общей конструктивной схеме дорожной плиты (фиг. 1) видно, что основные конструктивные элементы дорожной плиты - верхний и нижний слои в виде верхней сборной полимерной композитной плиты и нижней плиты, сформированной на базе полимерной георешетки, связаны между собой через внутренний цементобетонный слой с учетом действия нагрузки, что в этом случае приводит к повышенной технологичности изготовления дорожной плиты. Это обеспечивается за счет возможности использования готовых полимерных композитных изделий - сборной плиты в качестве верхнего защитного слоя и полимерной георешетки в качестве нижнего несущего слоя. Поэтому предлагаемая дорожная плита выполнена конструктивно комбинированной и может работать более эффективно, чем известная цементобетонная двухслойная дорожная плита, так как вся конструкция обеспечивает возможность восприятия более высоких нагрузок, включая динамических. При этом повышается технологичность выполнения основных операций по изготовлению дорожной плиты за счет применения готовых изделий в виде полимерной георешетки, а также анкеров, образованных ячейками полимерной георешетки, снижается масса плиты за счет использования более легких компонентов дорожной плиты - сборных полимерных композитных плит и полимерной георешетки, повышается долговечность работы, что обеспечивается более высокой коррозионной стойкостью дорожной плиты за счет меньшего контакта цементобетона с грунтовым основанием в случае использования полимерной георешетки.
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.
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, как в заводских условиях, так и в реальных условиях строительства.