МОНОЛИТНАЯ СИСТЕМА ОСНОВАНИЯ СО СТОЙКИМ СОСТАВНЫМ ПОКРЫТИЕМ ИЗ ГОМОПОЛИМЕРА, ИМЕЮЩИМ ПОЛУНЕПРЕРЫВНУЮ КОНФИГУРАЦИЮ
MONOLITHIC SYSTEM OF BASE WITH RESISTANT COMPOSITE COATING FROM HOMOPOLYMER HAVING SEMI-CONTINUOUS CONFIGURATION

Область техники
Изобретение относится к монолитной системе основания со стойким составным покрытием из гомополимера, имеющим полунепрерывную конфигурацию. Более конкретно, изобретение относится к полунепрерывному бетонному покрытию со стыкующимися участками, образованными распределяющими нагрузку пластинами, которые обладают структурной прочностью. Эти пластины обеспечивают поглощение, ослабление и распределение нагрузок и стойкость по отношению к прилагаемым к ним усилиям, а также к истиранию, вызываемому нагрузкой, без смещений вдоль оси стыкующихся участков и определяют направление износа. Указанное покрытие укладывается на основание, которое является независимым по отношению к естественному грунту и которое выполняет функцию главного и оснований.
Уровень техники
В настоящее время поверхности, предназначенные для образования крупных общественных зон, преимущественно дорог и аэропортов, могут формироваться с использованием твердых и упругих покрытий. Известны, в частности, бетонные и битумные покрытия, каждому из которых соответствуют определенные правила формирования, учитывающие тип материала.
В случае твердых (жестких) покрытий особое внимание должно быть уделено возникновению неожиданных изменений характеристик подстилающего основания, особенно присутствию грунтов, способных к расширению, и толстых слоев мягкой глины. В связи с этим применительно к грунтам данных типов особое внимание должно уделяться основаниям. В частности, используются материалы нескольких типов, такие как стабильная форма щебня, галька, гравий, каменная крошка и песок в слоях различной толщины, и/или другие материалы, такие как цементные плиты. Однако, сначала нужно произвести удаление почвы, т.е. растительного слоя грунта, с последующим выравниванием грунта для укладки нескольких слоев, образующих основание.
Существуют различные методы проектирования основания, которые учитывают типы оснований, классы грунтов, материалы, используемые для формирования основания, а также структуру насыпи. Подобные методы приводят к сложным основаниям, которые не всегда способны поддерживать желательную целостность конструкции.
Все названные типы покрытий требуют для своей поддержки применения конкретных вариантов основания.
Кроме того, твердые покрытия должны соответствовать установленным правилам. Стандарты, которые применяются для определения характеристик покрытия, обычно тесно связаны с такими аспектами, как трафик, нагрузки, поддержка со стороны грунта и дренаж. Одна из главных проблем, которую требуется решить, состоит в различном оседании смежных бетонных плит в составе покрытий, укладываемых на упругие грунты. В связи с этим находят применение элементы, распределяющие нагрузку, которые минимизируют нагрузку, передаваемую на основание, и предотвращают осаждение плит. Другая проблема, подлежащая решению при использовании жесткого цементобетонного покрытия, связана с герметизацией стыкующихся участков (швов) между плитами. Базовая функция герметизации зазоров в швах бетонного покрытия состоит в том, чтобы предотвратить проникновение воды и несжимаемых твердых материалов, таких как песок, мелкие камни и другие посторонние объекты. Инфильтрация воды через швы неблагоприятно влияет на долговечность покрытия, поскольку является главной причиной "разжижения" основания, которое состоит в ухудшении качества слоя основания в результате выталкивания из него частиц гравия или щебня. Это означает, что плиты становятся незащищенными и, следовательно, подверженными деградации.
Раскрытие изобретения
Чтобы преодолеть или минимизировать названные проблемы, создана монолитная система основания/покрытия, использующая основание, в состав которого входят блоки из пенополистирола, и покрытие, содержащее специальные элементы, распределяющие нагрузку.
Таким образом, задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении использования полунепрерывного цементобетонного покрытия со стыкующимися участками, образованными распределяющими нагрузку пластинами, которые обладают структурной прочностью. Эти пластины обеспечивают поглощение, ослабление и распределение нагрузок и стойкость по отношению к прилагаемым к ним усилиям, а также к истиранию, вызываемому нагрузкой, без смещений вдоль оси стыкующихся участков, а также определяют направление износа. Покрытие укладывается на основание, которое является независимым от естественного грунта и выполняет функцию основного и подстилающего оснований, обеспечивая опору для полунепрерывного бетонного покрытия.
Используемые системой по изобретению элементы, распределяющие нагрузку, по существу, соответствуют подобным элементам, описанным в патенте Португалии РТ 102947 и усовершенствованным таким образом, чтобы обеспечить возможность применения в основании блоков из пенополистирола. Содержание РТ 102947 включено, посредством ссылки, в данное описание в качестве сведений об уровне техники.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи неограничивающего примера его осуществления.
Фиг.1 схематично иллюстрирует систему по изобретению.
Фиг.2 схематично иллюстрирует швы расширения и сжатия.
Фиг.3 схематично иллюстрирует конструкционный шов.
На фиг.4 представлена другая иллюстрация системы по изобретению.
На фиг.5 в перспективном изображении представлена распределяющая нагрузку пластина в составе системы по изобретению.
На фиг.6 распределяющая нагрузку пластина представлена на виде спереди.
Осуществление изобретения
Перед заливкой бетонного покрытия подготавливают соответствующее основание, способное нести заливаемую площадь покрытия, состоящего из нескольких продольных полос, каждая из которых сформирована последовательностью плит. Размеры плит, в свою очередь, задаются опалубкой. На завершающем этапе производят заливку плит.
3
Как показано на чертежах, основание 1 образовано блоками из пенополистирола высокой плотности, который, будучи гомополимером, остается стабильным в течение всего срока службы системы и сохраняет постоянные технические характеристики (такие как плотность и модуль деформации) и неизменное значение коэффициента Вестергаарда К/см. Основание 1 определяет несущую способность всей системы, так что его конструкция должна определяться этой его функцией. Блоки из пенополистирола, имеющие заданные плотность и размеры, укладывают на грунт (полотно) 2. Погрешности выравнивания поверхности не должны превышать 5 мм на длине 3 м.
При формировании соответствующей опалубки нет необходимости заполнять ее инертными материалами с различными гранулометрическими свойствами и использовать перегородки, как это имеет место в известных системах.
Поскольку главный и дополнительный слои основания 1, применяемого в системе по изобретению, сформированы из пенополистирола высокой плотности, оно приобретает определенные технические характеристики, которые остаются неизменными на протяжении всего срока службы этого материала. В числе этих характеристик можно отметить:
- сохранение физических и химических свойств;
- сохранение постоянных плотности/массы/объема;
- постоянство модулей упругости и деформации;
- неизменность свойств при наличии температурного градиента;
- сохранение герметичности;
- обеспечение однородных несущих свойств;
- срок службы более 100 лет;
- уменьшение коэффициента трения в момент уплотнения бетона;
- возможность укладки вручную, без помощи тяжелой техники;
- выполнение функции опалубки при формировании бетонного покрытия 3;
- возможность формирования наклонных поверхностей для стекания воды;
- не требует вскрывания коробчатой структуры в особых обстоятельствах;
- возможность формирования канавок для стекания воды;
- возможность подачи бетонной смеси насосом, что позволяет использовать бетон, имеющий большую усадку;
- упрощение заливки бетона, поскольку подача насосом облегчает доступ к заливаемой зоне;
- повышенная производительность.
Блоки из пенополистирола заменяют главный и дополнительный слои традиционных оснований. Кроме того, эти блоки образуют опалубку, которая позволяет производить непрерывную заливку бетона. Уровень, до которого доходит опалубка, будет соответствовать начальному заданному уровню формируемой зоны. Допуск по высоте составит от 1 до 2 см на длине блока. Длина элементов опалубки ограничивается необходимостью обеспечить выравнивание по горизонтали и заливку в соответствии с заданным уровнем.
После формирования основания 1 и, соответственно, опалубки, может быть произведено бетонирование для получения покрытия 3 в соответствии со спецификациями.
Процесс бетонирования включает следующие этапы.
Подготовка
Формирование продольного профиля будет производиться на месте, с использованием топографических приборов. Заданный уровень проверяется с помощью стоек, прочно закрепляемых в грунте вне заливаемой полосы с максимальными интервалами 50 м. Это позволяет точно выдерживать продольный профиль, параллельный окончательному уровню формируемой плиты. При наличии изгибов расстояние между стойками уменьшают, чтобы обеспечить точное следование проектному профилю. Установка стоек должна производиться, по меньшей мере, за день до начала бетонирования. За исключением случаев возникновения локальных препятствий, которые должны устраняться службой контроля, подготовка стыкующихся участков и установка распределяющих нагрузку пластин должна опережать заливку примерно на 50 м, чтобы обеспечить непрерывность процесса.
Отвод воды с поверхности будет обеспечиваться дренажной системой, которая будет формироваться одновременно с укладкой основания 1 (т.е. блоков из пенополистирола).
Подготовка заливаемой полосы с предотвращением утечек воды из бетона
Чтобы предотвратить любое поглощение воды из бетона основанием 1, оно должно быть обязательно покрыто слоем скольжения толщиной около 0,2 мм и изоляционным слоем толщиной 20 см.
Бетонная композиция
Бетонная композиция должна быть направлена на контроль в соответствующую службу для получения разрешения на использование. Она должна соответствовать требованиям, определяемым для каждого индивидуального проекта.
Изготовление, транспортирование и бетонирование
Изготовление
Изготовление композиции предпочтительно должно производиться вблизи формируемой зоны, причем производительность оборудования должна быть достаточной для обеспечения заливки в непрерывном режиме.
Транспортирование
Тип транспорта (цементовоз или самосвал) должен быть одобрен контрольной службой.
Бетонирование
Бетонирование будет производиться с применением виброоборудования, возможно, в сочетании с коррекционной линейкой.
Последующие добавления или удаления материала не допускаются.
В специальных зонах уплотнение бетона может производиться с помощью ручного глубинного вибратора. Так, посредством такого вибратора должны обрабатываться все кромки плит на стыках с опалубкой.
Атмосферные условия
Заливка бетона не должна производиться во время сильного дождя.
Обработка поверхности
Обработка поверхности свежего бетона должна производиться щетками, одобренными соответствующей инспекцией.
Поперечные и продольные швы
Все поперечные и продольные швы снабжаются распределяющими нагрузку пластинами.
Швы сжатия и расширения выполняются, как показано на фиг.2.
Глубина прорезания составляет, по меньшей мере, 2 см.
Конструкционные швы
Пример такого шва показан на фиг.3. Конструкционные швы формируются в зоне, залитой к концу рабочего дня, или в случае прерывания операции заливки. Как можно видеть из чертежа, лицевая поверхность шва должна быть плоской и перпендикулярной поверхности покрытия. Как только заливка бетона возобновляется, данные швы оказываются окруженными бетоном с обеих сторон. Чтобы обеспечить эффективное разделение плит, предыдущая плита смачивается агентом, препятствующим прилипанию, таким как Antisol.
Покрытие 3 (см. фиг.4) состоит из плит 4, снабженных распределяющими нагрузку пластинами 5, каждая из которых содержит два анкера 6 с двумя арматурными прутками 7 для задания положения формирователя 8 шва (стыка) и шарнир 9, который под действием опорного момента, создаваемого нагрузкой, вращается против часовой стрелки, а под действием опорного момента, создаваемого распределяющими нагрузку пластинами 5, вращается по часовой стрелке. Данный шарнир 9 расположен под формирователем 8 стыка, а его ось пересекает вертикальную ось шва, задаваемого формирователем 8 стыка.
Шарнир 9 освобождает бетонные плиты 4 от напряжения, вызываемого изгибанием/растяжением в момент распределения нагрузки, обеспечивая нечувствительность основания 1 к изгибающим моментам, создаваемым нагрузкой, и, тем самым, возможность работы плит 4, по существу, в условиях сжимающего напряжения. Это позволяет обеспечить коэффициент запаса прочности, намного превышающий обычные значения, и долгий срок службы основания 1 плиты 4. Таким образом, шарнир 9, освобождающий бетонные плиты 4 от напряжения, вызванного изгибанием/растяжением в момент распределения усилия, позволяет бетонным плитам 4 в течение более длительного периода работать в условиях сжатия. Тем самым устраняется постоянное напряженное состояние плит и отфильтровывается большинство вибраций, обусловленных катящимися нагрузками.
Плиты 4 имеют следующие геометрические параметры:
- номинальная толщина: переменная (определяется усилиями, действующими на плиты);
- наклон боковой стороны: обычно 2% (см. чертеж, соответствующий поперечному сечению);
- номинальная длина: от 5 до 8 м (в зависимости от прилагаемой нагрузки);
- номинальная ширина: от 5 до 8 м (в зависимости от прилагаемой нагрузки).
Плиты 4 будут подвергаться:
1 - возникающим время от времени катящимся и статическим нагрузкам;
2 - горизонтальному напряжению, вызванному усадкой бетона;
3 - горизонтальному напряжению, вызванному трением;
4 - усилию разламывания, действующему на плиту 4 со стороны опор на осях швов вследствие распределения нагрузки, и
5 - инфильтрации жидкости (в частности, воды), например явлению "разжижения".
Настоящее изобретение, которое относится к покрытию 3 и которое успешно прошло испытания в различных неблагоприятных условиях, основано на новой концепции поддержки швов, которая заключается в применении распределяющих нагрузку пластин 5, снабженных шарнирами 9, освобождающими, как это было описано, бетонные плиты 4 от напряжения, вызываемого изгибанием/растяжением в момент переноса нагрузки. Данное выполнение обеспечивает нечувствительность основания 1 к изгибающим моментам, так что плиты 4 работают, по существу, в условиях сжимающего напряжения. Фактически, именно применение шарниров 9 позволяет изготавливать основания 1 из пенополистирольных блоков.
Для защиты основания 1 от действия химических агентов/разбавителей необходима герметизация швов. Такая герметизация обеспечивается установкой формирователя 8 шва, которому придан определенный наклон для отекания воды (жидкости), в сочетании с использованием изолирующего материала типа силикона. Данный (двухкомпонентный) материал инжектируется в зону стыка, поверх формирователя 8 шва, чтобы полностью изолировать его.
Кроме того, основание 1 должно иметь покрытие из пластика на своей верхней и боковых сторонах. Пластик позволяет снизить коэффициент трения бетонной плиты 4 во время ее усадки в 2,5-0,5 раз и обеспечить изоляцию блоков из пенополистирола в отношении любого химического воздействия при попадании каких-либо жидкостей на поверхность покрытия 3.
Экономические аспекты
При использовании системы по изобретению становится возможным сократить затраты на изготовление и эксплуатацию покрытий по сравнению с традиционными решениями. Так, отпадает необходимость
- в инвестировании в тяжелое оборудование для проведения работ по удалению верхней части грунта;
- в проведении земляных работ;
- в применении специальных инертных материалов;
- в укладке данных материалов;
- в компактировании инертных материалов;
- в выравнивании инертных материалов,
т.е. во всех видах работ, связанных с укладкой выбранных материалов для формирования основания 1 (включая его главную и подстилающую части).
Возможность осуществления укладки основания 1 вручную революционизирует всю концепцию создания основания, на котором формируются покрытия 3.
Долговечность (срок службы более 100 лет) при полном отсутствии мероприятий по обслуживанию существенно снижает финансовые затраты как в общественном, так и в частном секторах и позволяет осуществить инвестиции в другие приоритетные области.
Низкие капитальные затраты на предложенную технологию в сочетании с долговечностью делают ее доступной для любых организаций, работающих в данной области.