Дорожная плита

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве изделий из сборного железобетона. Изобретение направлено на повышение качества изделия за счет получения более однородной, а значит, и более прочной структуры бетона, за счет улучшения упругих свойств бетона - повышения его трещиностойкости при воздействии динамических, знакопеременных нагрузках, а также за счет упрощения конструкции плиты путем исключения из ее состава дополнительного упругого компонента. Указанный технический результат достигается тем, что упругий слой включает крупный заполнитель в виде шаровых упругих элементов, а несущий слой - крупный заполнитель в виде шаровых неупругих элементов, причем несущий и упругий слои включают шаровой заполнитель различного диаметра, в несущем слое шаровой неупругий заполнитель распределяют по сечению и длине плиты согласно действующим в ней изгибающим моментам, причем между упругим и несущим слоями уложено полотнище с отверстиями, в которых установлен шаровой упругий заполнитель. Согласно изобретению в упругом слое организованы резервные упругие зоны путем включения в структуру бетона пустотелого шарового заполнителя и заключения его в непрерывную упругомассивную структурную цепочку из крупноразмерного и мелкоразмерного шарового упругого заполнителя. В качестве армирующего и фиксирующего элемента уложена упругая сетка с квадратными отверстиями, в которых установлен шаровой упругий заполнитель, причем размер стороны квадрата сетки меньше диаметра шарового упругого заполнителя. При этом упругий слой выполнен с поверхностью периодического профиля в виде выступов из шарового упругого заполнителя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве изделий из сборного железобетона.

Известна дорожная плита, состоящая из цементной матрицы, мелкого и крупного заполнителя, фибры (Рабинович Н.Ф. Композиты на основе дисперсно-армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции: Монография. - М.: Изд-во АСВ, 2004. С.361-365).

Недостатком данной дорожной плиты является то, что получаемое изделие имеет пониженную трещиностойкость при воздействии динамических, знакопеременных нагрузок. Например, при использовании таких плит на железнодорожных и трамвайных переездах, за счет неравномерного распределения крупного заполнителя, и ,соответственно, неравномерного распространения колебаний, и, как следствие, неравномерного зарождения внутренних напряжений, а также за счет низких упругих свойств самого бетона происходит быстрое их разрушений, что, в целом, снижает эффективность способа.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является ударогасящее покрытие, выполненное из упругого слоя, уложенного на несущий слой, и состоящее из цементной матрицы, мелкого и крупного заполнителя, упругих элементов (RU №2220178. Кл. C09D 175/04. Ударогасящее покрытие, опубл. 27.12.20003).

Недостатком известного ударогасящего покрытия является то, что получаемое изделие имеет пониженную прочность и пониженные упругие свойства за счет неравномерного распределения крупного заполнителя и упругого компонента (наполнителя) - резиновой крошки, а также усложняется технология изготовления за счет включения резиновой крошки, как дополнительного компонента, что снижает, в целом, эффективность изготовления и работы дорожной плиты.

В основе настоящего изобретения лежит задача по разработке такой дорожной плиты, которая будет отличаться повышенным качеством изделия за счет получения более однородной, а значит, и более прочной структуры бетона, за счет улучшения упругих свойств бетона - повышения его трещиностойкости при воздействии динамических, знакопеременных нагрузках, а также за счет упрощения конструкции плиты путем исключения из ее состава дополнительного упругого компонента.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что упругий слой включает крупный заполнитель в виде шаровых упругих элементов, а несущий слой - крупный заполнитель в виде шаровых неупругих элементов, причем несущий и упругий слои включают шаровой заполнитель различного диаметра, в несущем слое шаровой неупругий заполнитель распределяют по сечению и длине плиты согласно действующим в ней изгибающим моментам, причем между упругим и несущим слоями уложено полотнище с отверстиями, в которых установлен шаровой упругий заполнитель. Согласно изобретению в упругом слое организованы резервные упругие зоны путем включения в структуру бетона пустотелого шарового заполнителя и заключения его в непрерывную упругомассивную структурную цепочку из крупноразмерного и мелкоразмерного шарового упругого заполнителя. В качестве армирующего и фиксирующего элемента уложена упругая сетка с квадратными отверстиями, в которых установлен шаровой упругий заполнитель, причем размер стороны квадрата сетки меньше диаметра шарового упругого заполнителя. При этом упругий слой выполнен с поверхностью периодического профиля в виде выступов из шарового упругого заполнителя.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - схема конструкции и структуры двухслойной дорожной плиты из шарового упругого заполнителя с учетом действия изгибающего момента; на фиг.2 - схема работы дорожной плиты на изгиб при ее нагружении; на фиг.3 - схема организации структуры с резервными упругими зонами из пустотелого и полнотелого шарового упругого заполнителя; на фиг.4 - схема конструкции дорожной плиты с поверхностью повышенного сцепления и ударного сопротивления; на фиг.5 - схема распределения и работы шарового упругого заполнителя с упругим армирующим элементом (полотнищем, сеткой); на фиг.6 - схема упругой сетки с ячейками возможной фиксации шарового упругого заполнителя.

На фиг.1 - 6 позициями обозначено:

1 - нижний несущий слой; 2 - верхний упругий слой; 3 - шаровой неупругий заполнитель; 4 - шаровой упругий заполнитель; 5 - мелкоразмерные шаровые упругие зерна; 6 - пустотелый шаровой упругий заполнитель; 7 - упругое армирующее полотнище; 8 - упругая сетка.

При изготовлении многослойной дорожной плиты с верхним слоем повышенной упругости сначала формуют нижний несущий слой 1, а затем верхний слой 2 повышенной упругости (фиг.1).

В случае работы дорожной плиты с учетом действия больших изгибающих моментов М (фиг.1, 2), (используя два шаблона для распределения в двух слоях соответствующего заполнителя) распределяют в объеме плиты согласно заданной программе в нижнем несущем слое 1 согласно эпюре моментов шаровой неупругий заполнитель 3, а в верхнем упругом слое 2 повышенной упругости распределяют шаровой упругий заполнитель 4.

Для получения плиты со слоем повышенной упругости организуют в ее структуре резервные упругие зоны, образованные из пустотелого шарового упругого заполнителя 5, окруженного полнотелым шаровым упругим заполнителем: крупноразмерным 4 и мелкоразмерным 6 (фиг.3). Для этого формируют непрерывную упругомассивную структуру из полнотелого шарового упругого крупноразмерного заполнителя 4 и мелкоразмерного 6 с включением отдельно пустотелого шарового упругого заполнителя 5. Для формирования непрерывной упругомассивной структуры бетона распределяют равномерно как крупноразмерный 4, так и мелкоразмерный 6 шаровые упругие заполнители, контактируемые между собой.

При изготовлении дорожной плиты с поверхностью повышенного сцепления и повышенной противоударной прочности шаровой упругий заполнитель 4 укладывают на поверхности смеси (с помощью соответствующего шаблона) и погружают его на глубину, равную 3/4 диаметра (d₁) шарового упругого заполнителя 4 (фиг.4).

Для усиления структуры плиты в ее контактном слое (между несущим слоем и слоем повышенной упругости) укладывают упругое армирующее полотнище 7 с отверстиями под шаровой упругий заполнитель 4 (фиг.5) или упругую сетку 8 с квадратными отверстиями под шаровой упругий заполнитель 4 (фиг.6) и распределяют его по отверстиям - ячейкам (с помощью соответствующего шаблона).

Использование крупного заполнителя в виде шаровых упругих заполнителей позволяет, во-первых, упростить структуру упругого слоя бетона за счет выполнения крупного заполнителя в упругой оболочке, исключив из состава бетонной смеси дополнительного компонента - резиновой крошки, что упрощает технологию приготовления смеси, улучшает упругие свойства бетона и, соответственно, повышает эффективность использования дорожной плиты; во-вторых, исполнение крупного заполнителя шаровой формы в упругой оболочке позволяет ему более равномерно воспринимать давление от прикладываемых нагрузок и тем самым повысить трещиностойкость плиты, что также повышает эффективность работы дорожной плиты; в-третьих, за счет совмещения в заполнителе несущих и упругих свойств появляется возможность достижения более равномерного распределения крупного заполнителя и получения структуры, максимально близкой к однородной; в-четвертых, использование заполнителя шаровой формы позволяет также более точно рассчитывать несущую способность плиты за счет использования расчетной модели, учитывающей распределение и концентрацию напряжений по известной поверхности - поверхности шара.

Формирование многослойной, например двухслойной, плиты, где нижний несущий, а верхний упругий слой из шарового упругого заполнителя, позволяет повысить качество плиты за счет повышения ее упругих свойств. При этом распределение шарового упругого заполнителя различного диаметра по сечению и длине плиты согласно действующим в ней изгибающим моментам позволяет, во-первых, повысить прочность плиты, а во-вторых, более экономно использовать крупный заполнитель.

Формирование резервных упругих зон из пустотного шарового упругого заполнителя, окруженного непрерывной упругомассивной структурой из шарового упругого заполнителя различного диаметра, позволяет предотвратить разрушение плиты при резком изменении нагрузки - динамическом воздействии, например при ударе, а также повысить морозостойкость.

Укладка полотнища с отверстиями для фиксации в них шарового упругого заполнителя позволяет повысить несущую способность плиты, а также усилить упругие свойства верхнего слоя плиты за счет совместной работы полотнища и большего количества вовлеченного в работу шарового упругого заполнителя.

Укладка между слоями упругой стальной сетки позволяет повысить структурную прочность матрицы на контакте слоев и дополнительно повысить упругие свойства бетона.

Выполнение упругого слоя с поверхностью периодического профиля в виде выступов из шарового упругого заполнителя, заглубленного от поверхности упругого слоя на величину, равную 3/4 его диаметра, позволяет, во-первых, повысить сцепление колес с дорожной плитой, а во-вторых, предотвратить разрушение верхнего слоя плиты при возможных ударных нагрузках.

Изобретение поясняется описанием конкретного примера изготовления модельной дорожной плиты.

Задавался состав цементно-песчаной растворной смеси в соотношении цемент песок как 1:3 при водоцементном отношении В/Ц=0,5. Марка портландцемента - М500. Песок - кварцевый с модулем крупности М_к=2.

Изготавливался крупный заполнитель в виде шаровых упругих зерен, для чего брались стеклянные шарики диаметром 13 мм и покрывались резиновой оболочкой путем их последовательного трехкратного погружения в латекс с последующей выдержкой в течение суток для схватывания оболочки. Диаметр полученного шарового упругого заполнителя составлял в среднем 16 мм.

Приготовление цементно-песчаного раствора осуществлялось вручную. Формование модельной бетонной плиты размерами 45×100×300 мм осуществлялось на виброплощадке с круговыми колебаниями. Для этого сначала в форму загружался приготовленный цементно-песчаный раствор, затем на форме устанавливался шаблон с отверстиями, равными диаметру шарового упругого заполнителя (16 мм), с шагом t₁=32 мм и с зазором между поверхностью смеси, равным . Затем на поверхность шаблона высыпался шаровой упругий заполнитель в количестве, равном количеству отверстий в шаблоне, и распределялся по всем отверстиям-ячейкам шаблона путем перемещения заполнителя рейкой.

Форма со смесью, шаблоном и шаровым упругим заполнителем устанавливалась на виброплощадку, и производилось вибрирование в течение 30 секунд. Далее отформованное изделие выдерживалось 7 суток в нормальных условиях твердения. После этого изделие - плита - извлекалась и испытывалась на изгиб до разрушения. При осмотре плиты в месте разрушения было измерено расположение шарового упругого заполнителя согласно его целенаправленного внедрения в раствор. Отклонения от заданного шага t₁ составило в среднем 6%, что можно считать незначительным.

Выполненные лабораторные испытания доказали возможность целенаправленного распределения крупного заполнителя в объеме формуемого изделия при изготовлении дорожной плиты с улучшенными упругими свойствами в заводских условиях.

1. Дорожная плита, выполненная из упругого и несущего слоев и состоящая из цементной матрицы, мелкого и крупного заполнителя, упругих элементов, отличающаяся тем, что упругий слой включает крупный заполнитель в виде шаровых упругих элементов, а несущий слой - крупный заполнитель в виде шаровых неупругих элементов, причем несущий и упругий слои включают шаровой заполнитель различного диаметра, в несущем слое шаровой неупругий заполнитель распределяют по сечению и длине плиты согласно действующим в ней изгибающим моментам, причем между упругим и несущим слоями уложено полотнище с отверстиями, в которых установлен шаровой упругий заполнитель.

2. Дорожная плита по п.1, отличающаяся тем, что в упругом слое организованы резервные упругие зоны путем включения в структуру бетона пустотелого шарового заполнителя и заключения его в непрерывную упругомассивную структурную цепочку из крупноразмерного и мелкоразмерного шарового упругого заполнителя.

3. Дорожная плита по п.1, отличающаяся тем, что в качестве армирующего и фиксирующего элемента уложена упругая сетка с квадратными отверстиями, в которых установлен шаровой упругий заполнитель, причем размер стороны квадрата сетки меньше диаметра шарового упругого заполнителя.

4. Дорожная плита по п.1, отличающаяся тем, что упругий слой выполнен с поверхностью периодического профиля в виде выступов из шарового упругого заполнителя.