БЕТОННАЯ ШПАЛА

Полезная модель относится к конструкции бетонных железнодорожных шпал и может быть использована при строительстве железнодорожных путей, в том числе для высокоскоростных поездов и метрополитена.
Известны железнодорожные шпалы, выполненные из бетона и содержащие проволочную или стержневую арматуру из металла (патент РФ №2315692, В28В 7/24, опубл. 27.01.2008).
Недостатком данной конструкции является использование стальных армирующих элементов. При их изготовлении обычно используется черный металл, подверженный коррозии, если оголенный участок армирующего элемента подвергается воздействию окружающей среды. При этом также адгезия бетона к металлической арматуре недостаточна. Также известно, что коэффициент линейного термического расширения черного металла выше такого же коэффициента бетона, что приводит к разрушению бетона при нагреве и охлаждении железобетонной шпалы, поскольку армирующий элемент расширяется и сужается в большей степени, чем бетон. При этом армирующий элемент выступает за пределы бетонной шпалы, что приводит к его коррозии.
Известны также деревобетонные шпалы с армирующим элементом в виде деревянного стержня (патент РФ №2306376, Е01В 3/46, опубл. 20.09.2007). Но, как известно, несущая способность деревянных армирующих элементов очень невелика, к тому же они не состоянии выдерживать большие динамические нагрузки.
Шпалы могут быть выполнены также из армополимербетона. При этом арматура, расположенная вдоль продольной оси тела шпалы, изготовлена из древесной щепы и стеклосечки из жгутов (патент РФ №2032783, Е01В 3/46, опубл. 10.04.1995). Недостатком этих видов шпал является невысокая долговечность шпал из-за использования древесного наполнителя. К тому же при использовании стеклосечки армирование происходит неравномерно, что вызывает появление мест с недостаточной прочностью. При отверждении фуранацетоновой смолы, используемой в вышеуказанном патенте, происходит реакция поликонденсации с образованием воды.
Это приводит к образованию пор и полостей в теле шпалы, что отрицательным образом сказывается на ее долговечности и прочности.
Известна также шпала по патенту Великобритании №1512077, Е01В 3/28, опубл. 24.05.1978. Шпала выполнена из бетона и армирована стальными стержнями в продольной и вертикальной плоскостях. Недостатком является использование стальных армирующих элементов, которые повышают вес шпалы, что затрудняет ее перевозку и установку, а также снижают ее коррозионностойкость. К тому же утилизация бетонных шпал армированных стальными элементами является процедурой трудоемкой и дорогостоящей, т.к. трудно извлечь стальные армирующие элементы из тела шпалы, не повредив их (обычно это производится методом гидроудара).
Наиболее близким аналогом (прототипом) является заявка РФ №2008122086, МПК Е04С 1/00, 10.12.2009), в которой описана строительная конструкция (железобетонные шпалы, плиты перекрытий, дорожные аэродромные плиты) продольно армированная лентами и/или арматурой из композитного материала.
Недостатками прототипа является использование дорогостоящих углеродных и арамидных лент или арматуры. Использование же стеклянных лент и арматуры для целей армирования бетонных изделий проблематично. Как известно, при производстве железобетонных шпал используют бетон с рН среды от 11 до 13. Стеклянные ленты и арматура по своей структуре нестойки к щелочной среде бетона, поэтому длительное нахождение изделия из стекла недопустимо.
Кроме того, армирование строительной конструкции осуществляется только в продольном направлении, что приводит к уменьшению стойкости к динамическим нагрузкам, например, железобетонных шпал.
Техническим результатом предлагаемого решения является высокая стойкость шпал к динамическим нагрузкам и удешевление их стоимости.
Технический результат достигается тем, что в бетонной шпале, содержащей продольные армирующие стержни из композитного материала, в качестве композитного материала использован базальтопластик. Кроме продольных шпала дополнительно содержит армирующие стержни, расположенные по диагонали. При этом армирующие стержни могут быть покрыты полимерным связующим, содержащим абразивный материал, например, песок.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
Фиг.1 бетонная шпала.
Фиг.2 армирующий стержень в разрезе.
Фиг.3 бетонная шпала в разрезе.
На Фиг.1 изображена шпала 1, выполненная из бетона. Для ее армирования использованы армирующие стержни 2 из композитного материала - базальтопластика, расположенные рядами. В зависимости от нагрузки на шпалы армирующие стержни 2 могут иметь диаметр от 3 до 10 мм. Армирующие стержни 2 (Фиг.2) покрыты абразивным материалом 3 (например, песок, мелкий гравий и т.п.), закрепленным на них посредством полимерного связующего (например, эпоксидная смола, полиэфирная смола или полиуретановая смола). При этом армирующие стержни 2 расположены как в продольном, так и в диагональном направлении (Фиг.3).
Бетонные железнодорожные шпалы изготавливают с помощью известных технологических процессов. Армирующие стержни преднапрягаются в производственной линии, заливаются бетоном с приданием ему необходимой формы (например, прямоугольной) согласно ГОСТ 10629-88.
Бетон отверждается посредством ускорителя отверждения бетона (например, Sika Rapid 2, Реламикс-М, ТУ 5745-016-58042865-2006 и др.), закрепляя армирующие стержни в теле шпалы. Полученная шпала распиливается на куски необходимой длины.
Применение композитного материала для армирующих стержней позволяет уменьшить количество бетонного слоя, защищающего их, за счет того, что композитный армирующий стержень не корродирует. Кроме того, появляется возможность использования агрессивных ускорителей отверждения бетона (Суперпластификатор С-3, ТУ 2481-001-51831493-00001-51831493-00), что приводит к уменьшению времени отверждения бетона и повышает производительность изготовления шпал.
При эксплуатации бетонных шпал, армированных базальтопластиком, достигается их высокая стойкость к динамическим нагрузкам. К тому же базальтопластик является распространенным и дешевым природным материалом, что удешевляет конечную стоимость бетонных шпал. При утилизации отработанных шпал может использоваться простое оборудование, такое как дробилка, т.к. композитный армирующий стержень имеет невысокую прочность на срез.
Таким образом, описанное техническое решение достигает заявленного технического результата и соответствует критериям полезной модели.