Аэродромная (дорожная) плита с системой снеготаяния
AERODROME (ROAD) PLATE WITH SNOW MELT SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к твердым покрытиям дорог и аэродромов, собираемым из готовых сборных предварительно напряженных армированных элементов.
Уровень техники
Из уровня техники известны предварительно напряженные железобетонные плиты для покрытий дорог и аэродромов (ГОСТ 56600-2015, 25912-2015) класса при сжатии B30 и выше. Недостатком является необходимость снегоочистки, что затрудняет их эксплуатацию и повышает риск аварийности из-за недостаточного сцепления шин/шасси с поверхностью.
Известен способ антиобледенения и снегоочистки таких покрытий, заключающийся в установке под ними кабельных электрических или трубчатых жидкостных систем подогрева (снеготаяния). Недостатком способа являются высокие энергозатраты, обусловленные залеганием теплообменных элементов на глубине 200-300 мм от поверхности, т.е. нагревом теплоемкого слоя бетона 140-200 мм (номенклатура изделий в указанных ГОСТах), а также слоя трамбованного песка порядка 50-100 мм помимо полезной работы по плавлению снега.
Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности системы подогрева при обустройстве твердых покрытий автомобильных дорог или аэродромов из готовых сборных элементов типа плит ПДН (ПАГ).
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении доли тепла, расходуемой на таяние снега, по сравнению с существующим способом подогрева.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что железобетонная плита с напрягаемым и ненапрягаемым арматурным каркасом содержит лицевой и несущий слои, между которыми расположен теплоотражающий слой, а по границе лицевого и теплоотражающего слоев симметрично выполнены сквозные каналы круглого сечения для протягивания сквозь них гибких нагревательных элементов.
В частном случае заявленного изобретения лицевой слой выполнен толщиной 10-20 мм из цементобетона класса при сжатии не ниже B30.
В частном случае заявленного изобретения теплоотражающий слой выполнен толщиной 30-50 мм из цементобетона класса при сжатии не ниже B30.
В частном случае заявленного изобретения теплоотражающий слой выполнен с коэффициентом теплопроводности не более 0,25 Вт/м*К.
В частном случае заявленного изобретения теплоотражающий слой содержит полые алюмосиликатные микросферы.
В частном случае заявленного изобретения несущий слой выполнен толщиной 80-160 мм из цементобетона класса при сжатии не ниже B30.
В частном случае заявленного изобретения верхняя граница ненапрягаемого арматурного каркаса располагается на расстоянии не менее 10 мм от сквозных каналов.
В частном случае заявленного изобретения верхняя граница сквозных каналов располагается на расстоянии не менее 7 мм от лицевой поверхности плиты.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - Схематичный разрез плиты сбоку в продольном и поперечном направлениях
1 - лицевой слой; 2 - несущий слой; 3 - теплоотражающий слой; 4 - сквозные каналы; 5 - верхняя граница ненапрягаемой арматуры; 6 - напрягаемая арматура.
Описание изобретения
Заявленная плита содержит 3 цементобетонных слоя: лицевой (1), несущий (2), и теплоотражающий (3) между ними. По границе лицевого (1) и теплоотражающего (3) слоя симметрично выполнены сквозные каналы круглого сечения (4), а сквозь них при укладке покрытия протягиваются электронагревательные кабели или трубки с теплоносителем, подключаемые к электросети или трубопроводам вдоль длинных сторон дороги или ВПП.
Плита выполнена виброуплотнением в разборной стальной форме с поочередной заливкой слоев. Каналы (4) формируются предварительной закладкой стальных прутков, равных диаметру каналов, в поперечном направлении плиты через отверстия в боковых гранях форм с антиадгезионной обработкой и извлечением после набора прочности плит. Между прутками и ненапрягаемым арматурным каркасом (5) формируется зазор 10 мм во избежание возникновения пустот при виброуплотнении теплоотражающего слоя. Верхняя граница каналов находится на расстоянии не менее 7 мм от лицевой поверхности плиты.
Лицевой (1) слой заливается первым и выполнен из цементобетона класса при сжатии не ниже B30 и рифлением с помощью рифленого стального листа, размещаемого на дне формы согласно указанным ГОСТам. Толщина 10-20 мм достигается ростом марки удобоукладываемости смеси до П3-П5 путем добавления пластификатора, уменьшением фракции щебня с 5-20 мм до 2-5 мм по сравнению с традиционными составами. Автором выявлено, что в подобных условиях бетон при виброуплотнении в форме распределяется равномерно при удалении верхней границы прутков не менее чем на 7 мм от поверхности.
Теплоотражающий (3) слой заливается вторым, выполнен из цементобетона класса при сжатии не ниже B30, содержит как заполнитель полые алюмосиликатные микросферы, снижающие теплопроводность бетона для повышения доли тепла от нагревательного элемента, распределяющейся вверх на нагрев лицевого слоя и таяние снега. Снижение теплопроводности бетонов с сохранением прочностных характеристик при добавлении микросфер известно и доказано в ряде патентов (RU 2515450, RU 2154619, RU 2355656). Эффективная толщина слоя зависит от продолжительности теплового импульса по расчету тепловых сопротивлений, для климата средней полосы РФ и Северной Европы составляет 30-50 мм, а ее увеличение нерационально из-за высоких цен бетонов на основе микросфер.
Для примера автором выведен состав теплоотражающего бетона (масс. %, в/ц=0,85) B30 (испытания: ГОСТ 10180-2012) с коэффициентом теплопроводности 0,25 Вт/м*К (испытания: ГОСТ 7076-99), что значительно ниже, чем 1,7-2,0 Вт/м*К стандартных бетонов:
- полые алюмосиликатные микросферы фракционным составом 0-500 мкм - 45%
- полые алюмосиликатные микросферы фракционным составом 0-50 мкм - 9%
- серый портландцемент М-700 (В62,5) - 40%
- каменная мука/микрокремнезем/золошлаки - 5%
- гиперпластификатор + смесь армирующих волокон - 1%
3
3
Несущий (2) слой заливают в форму последним. Поскольку плотность стандартного бетона B30 (2500 кг/м) выше, чем у теплоотражающего (900 кг/м), а в составе есть щебень, при обычном виброуплотнении он неизбежно смещается вниз - в теплоотражающий слой, ухудшая его теплоизоляционные свойства. Для предотвращения смещения щебня нужно применять фракцию 2-5 мм вместо стандартной 5-20 мм, повышать удобоукладываемость вплоть до П5 - самовыравнивающейся, либо с минимальным циклом виброуплотнения, укладывать раствор механически, почти под прямым углом к плоскости теплоотражающего слоя. В зависимости от толщины плиты (механических нагрузок) и теплоотражающего слоя толщина несущего слоя составляет от 80 мм (плита ПДН-14) до 160 мм (плита ПАГ-20).
За счет размещения нагревателя в каналах вблизи поверхности плиты и нахождения под ним слоя бетона со сниженной теплопроводностью технический результат достигнут.