ПЛИТА 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 (см. Ведомственные Строительные Нормы 2-105-78 «Инструкция по строительству временных дорог для трубопроводного строительства в сложных условиях (на обводненной и заболоченной местности).
Общим недостаткам данных плит является их значительная масса, что усложняет процесс монтажно-демонтажных работ при сооружении дорог и ограничивает возможность их использования при сооружении временных автомобильных дорог на слабых грунтах и на болотах. Использование данных плит повышает трудозатраты по выполнению работ на месте организации дороги. Кроме того, цементный бетон подвергается разрушению от атмосферных и агрессивных воздействий, имеет низкую трещиностойкость, а незащищенная древесина подвержена гниению и быстрому механическому износу.
Известна также дорожная плита для сборно-разборных покрытий, которая для повышения эксплуатационных и прочностных качеств изготовлена из композиционных материалов с использованием армирующих материалов и связующего (см., например, патенты RU №2117119). Данная плита изготовлена с использованием полимербетона, армированного древесной щепой и стекловолокном в верхнем и нижнем слоях, армирующим многослойным каркасом из досок или брусьев, которые размещены в смежных слоях взаимно перпендикулярно с зазорами. Боковые и торцовые грани плиты имеют стыковочные элементы для взаимодействия с ответными стыковочными элементами смежных плит при строительстве дорожного покрытия. Однако дорожная плита, изготовленная с использованием данных материалов, имеет также значительную массу, что усложняет процесс монтажно-демонтажных работ и ограничивает возможность ее 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 плит из полимерных материалов. 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 РФ №131734, публ. 27.08.2013 г.).
Плита для сборно-разборного дорожного покрытия по данному техническому решению, выполнена на основе полимерного материала по форме прямоугольного параллелепипеда, по периметру боковых граней которой расположены средства фиксации для смежных плит формируемого дорожного покрытия.
Плиты по данному техническому решению изготовлены из монолитных (гомогенных) полимеров и с габаритными параметрами, оптимизированными по условиям эксплуатационной надежности образуемого дорожного покрытия и для безопасного прохождения на участках сформированного дорожного покрытия транспортных средств, в том числе строительной техники. Однако плиты для сборно-разборных дорожных покрытий при использовании для их изготовления монолитных полимеров имеют значительную материалоемкость, что существенно повышает сложность монтажно-демонтажных работ при формировании дорожного покрытия, ограничивает технологические возможности использования данных плит на грунтах со значительной увлажненностью.
При анализе известного уровня техники также установлено, что промышленном производстве плит для сборно-разборных дорожных покрытий из монолитных (гомогенных) полимерных материалов традиционно используют высокопроизводительный технологический процесс с применением экструзионной линии. Экструзионная линия предназначена для изготовления пластин (плит) на основе термопластичных полимеров путем экструзии (выдавливания) расплавленной массы полимера через формующий инструмент, каландрования (калибровки по толщине, придания заданных прочностных свойств и необходимой чистоты поверхности), обрезки движущегося материала с целью получения пластин (плит) заданной ширины и длины.
Вместе с тем, установлено, что в процессе соэкструции полимерных материалов обеспечивается снижение материалоемкости листовых изделий за счет изготовления их с внутренним вспененным слоем и внешними монолитными слоями (см. сайт www.rospolymerplast.ru, «конструкции 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 грунтом, обводненных и заболоченных участках.
Таким образом, из приведенного анализа известного уровня техники следует, что плита для сборно-разборного дорожного покрытия по патенту РФ №131734 по функциональному назначению и конструктивному исполнению является ближайшим аналогом заявляемой полезной модели.
Технический результат полезной модели направлен на расширение технологических возможностей плит из полимерных материалов при использовании их на различных грунтовых поверхностях, в том числе при значительной их увлажненности за счет снижения материалоемкости плиты с сохранением при этом ее экплуатационной надежности к силовым нагрузкам со стороны эксплуатируемых транспортных средств.
3
3
1
2
Для реализации поставленного технического результата предлагается плита для сборно-разборного дорожного покрытия, выполненная на основе термопластичного полимера по форме прямоугольного параллелепипеда, по периметру боковых граней которой расположены средства фиксации для смежных плит формируемого дорожного покрытия, согласно полезной модели, плита выполнена многослойной с внутренним вспененным слоем полимерного связующего 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 плиты равной 24-110 мм.
Согласно полезной модели, плита выполнена многослойной путем соэкструции связующего на основе полипропилена или сополимера пропилена с этиленом и при введении пенообразующей добавки в экструдер при образовании внутреннего слоя плиты.
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 сформированного из плит, изготовленных из композиционного полимерного материала;
Фиг. 2 - показан общий вид плиты для сборно-разборного дорожного покрытия;
Фиг. 3 - тоже, что на фиг. 1 сечение А-А.
Плита для сборно-разборного дорожного покрытия по данному техническому решению выполнена на основе полимерного материала по форме прямоугольного параллелепипеда, по периметру боковых граней которой расположены средства фиксации для смежных плит формируемого дорожного покрытия. Конструктивное исполнения средств фиксации для смежных плит при формировании дорожного покрытия может быть выполнено, например, в соответствии с известным техническим решением по патенту RU №131734 или, например, в соответствии с техническим решением, представленным в патенте RU №2117119. Представленные в известных технических решениях варианты конструктивных средств обеспечивают фиксацию смежных плит при формировании дорожного покрытия (фиг. 1).
3
3
1
2
Плита выполнена многослойной с внутренним вспененным слоем 1 полимерного связующего плотностью 600-800 кг/м и внешних монолитных слоев 2 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 «H» плиты, равной 24-110 мм.
Заданное по полезной модели соотношение параметров по изготовлению плиты оптимально.
1
2
Уменьшение или увеличение плотности полимерных связующих, изменение соотношения h/h и заданной толщины плиты приведет к ухудшению эксплуатационной надежности плиты к действующим силовым нагрузкам и/или к повышению ее материалоемкости, и/или к усложнению технологии соэкструзии при изготовлению плиты.
Для изготовления плиты используют процесс соэкструции многослойных изделий из термопластичных полимеров.
В качестве полимерного материала используют полипропилен или, 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 этилена и пропилена 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 плиты с внутренним вспененным слоем полимерного материала и внешних монолитных слоев при заданном соотношении конструктивных признаков наиболее оптимально:
по условиям снижения материалоемкости 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.
Технические характеристики, подтверждающие целесообразность изготовления плит по данной полезной модели приведены в таблице 1, в которой показаны расчетные показатели прогиба плит 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 плит: ширина - 1600 мм, длина - 6000 мм; толщина плит - 40, 42, 84 (мм);
1
2
соотношение параметров h/h:
0,27 при толщине плиты Н=40 (мм);
0,25 при толщине плиты Н=42 (мм);
0,1 при толщине плиты Н=84 (мм);
(при заданных параметрах при моделировании эксплуатационных режимов плиты учитываются силовые нагрузки, действующие на плиты)
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 при моделировании эксплуатационных режимов плотность полимерного материала при изготовлении внешних слоев плиты задана 870 кг/м.
3
При выполнении расчетов плотность полимерного материала для плит по 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;
При моделировании контактного взаимодействия плит с поверхностью грунта под силовой нагрузкой со стороны транспортных средств были использованы следующие параметры:
0,35 МПа - модуль упругости грунта;
80 тонн - масса гусеничного трубоукладчика.
3
3
1
2
Таким образом, на основании таблицы 1 можно сделать выводы, что плиты для сборно-разборных дорожных покрытий 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 плиты равной 24-110 мм по сравнению с плитами аналогичного назначения при использовании монолитного (гомогенного) полимера:
1) имеют высокую изгибную жесткость, обладают лучшей плавучестью и меньшим расходом материала (низкая материалоемкость), что снижает себестоимость плит;
2) имеют достаточный запас общей прочности (1,2-1,5)
При реализации полезной модели формируемое сборно-разборное дорожное покрытие обеспечивает ускоренную подготовку к эксплуатации труднопроходимых участков дорог, заболоченной местности, участков сыпучих песков при минимальных трудозатратах, обеспечивается возможность многократного повторного использования плит после демонтажа.