Устройство дорожной одежды
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для сооружения временных дорожных одежд, при дефиците или полном отсутствии крупнозернистого песка и щебня. Технический результат: приемлемая замена крупнозернистого песка и щебня, существенное удешевление строительства дорог в практически любых регионах, долговечность эксплуатации зернистого заполнителя. Устройство дорожной одежды, состоящее из верхнего слоя из зернистого материала и нижнего слоя, выполненного из георешетки ячеистой конструкции, ячейки которой заполнены зернистым материалом. В качестве зернистого материала применен кубический полнотелый глиняный обожженный кирпич со сторонами граней 70-110 мм, который изготовлен с добавками, повышающими его прочность, влагоустойчивость и морозоустойчивость.
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для сооружения временных дорожных одежд при дефиците или полном отсутствии крупнозернистого песка и щебня.
Известны устройства временных дорог по патенту РФ №2181404 «Инвентарная временная дорога» - [1] и по патенту РФ №2084581 «Укладчик колейных сборно-разборных дорожных покрытий» - [2], которыми из готовых секций (плит) настилают дорожное покрытие, а после его использования (при ненадобности) убирают.
Недостатком известных устройств является дороговизна вышеприведенных дорожных покрытий и невозможность их использования для большегрузных автомобилей (например, для работы в открытых карьерах).
В настоящее время есть много мест (регионов), где необходимо сооружать временные дороги, например на площадках открытых рудодобывающих предприятий. Если в регионе нерудные материалы, такие как щебень, песчано-гравийная смесь, гравий, не добываются и завозятся из других регионов, то это делает их стоимость для создания дорог неоправданно высокой.
Размеры и свойства щебня, который может применятся для строительства дорог и их дорожных покрытий, регламентированы в ГОСТ 3344-83 [3] и ГОСТ 25607-94 [4].
Известно много способов (и устройств, их реализующих) создания керамического слоя на поверхности дорожного покрытия, в которых слой грунта, содержащий глину, оплавляют в камере нагрева или пламенем высокотемпературной горелки (плазмотрона, реактивного или ракетного двигателя), например, следующие документы: заявка на изобретение РФ №98120400 [5], патент РФ №2065517 [6], патент РФ №2047687 [7], авторское свидетельство СССР №359335 [8].
Основными недостатками аналогов [5], [6], [7] и [8] являются:
Во-первых: грунт на разных участках местности имеет различный состав и, следовательно, получаемое керамическое дорожное покрытие будет неоднородным по химическим и физическим характеристикам, что резко снижает качество дорожного покрытия в целом.
Во-вторых: использование плазмотрона на основе высокоскоростной газовой струи не позволяет эффективно использовать теплоту нагревающих газов (большая часть теплоты уносится с отходящим газовым потоком), процесс обладает очень низким коэффициентом полезного действия, то есть очень большой энергоемкостью. Другими словами, использование для спекания грунта газовой струи приводит к низкой производительности, высокому расходу топлива и низкому качеству дорожного покрытия.
В-третьих: использование высокоскоростной газовой струи даже при использовании кинетической энергии сверхзвукового газового потока приводит к значительному выносу частиц грунта (пылению) вне зависимости - предварительно гранулирован грунт или нет. Уплотнение грунта перед его термообработкой резко снижает эффективность использования теплового газового потока, а рыхление грунта приводит к потере спекаемого дорожного покрытия.
В-четвертых: технология применения вышеприведенных способов и устройств создания керамического слоя на поверхности дорожного покрытия в настоящее время не проработана и не регламентирована документально. Создание машин и механизмов для практической реализации требует существенных временных и материальных затрат, что может оказаться экономически нецелесообразно.
Известно, что для строительства дорожного покрытия допускается использование отходов от строительного производства, например боя кирпича. При этом следует отметить, что при дефиците или полном отсутствии крупнозернистого песка и щебня кирпичи из обожженной глины целесообразно изготавливать на месте проведения работ (или вблизи) по сооружению дорожного покрытия. Размеры кирпичей, пригодных для использования в дорожном покрытии, могут регламентироваться ГОСТами [3] и [4], а именно по размерам крупнозернистого щебня, например, в виде кубов размером грани 70-110 мм. Учитывая, что прочность обожженных глиняных кирпичей значительно ниже, чем щебня, в процессе эксплуатации дорожного покрытия некоторые из кубов (с размером грани 70÷110 мм) будут расколоты и размер фракций засыпки дорожного покрытия составит смесь, соответствующую размерам смесей щебня крупнозернистой, средней зернистости и мелкой зернистости фракций. Такая смесь засыпки дороги из вышеуказанной смеси фракций кирпича наилучшим образом заполнит весь объем дорожного покрытия, а в сочетании с применяемыми в дорожном строительстве геосетками будет соответствовать требованиям, предъявляемым к качеству дорог.
Технология изготовление глиняного обожженного кирпича, линии по его производству, а также керамические смеси для его изготовления широко известны и применяются.
Производство кирпича отличается следующими показателями:
- экономичностью из-за регенерации теплоты при обжиге;
- технологичностью из-за многовековой практики производства кирпича;
- сравнительно низкой стоимостью из-за автоматизации производства;
- экологичностью самого продукта - глиняного обожженного кирпича;
- возможностью утилизации при производстве кирпича отходов других производств.
Так, например, в патентной литературе представлены:
- «Линия для производства кирпича» по заявке на изобретение РФ №2006128325 [9], которая позволяет использовать для производства кирпича твердое топливо: уголь, торф, дрова и т.д.;
- «Технологическая линия для производства керамического кирпича пластического формирования» по патенту РФ №2294280 [10], позволяющая уменьшить металлоемкость оборудования и снизить производственные площади;
- «Способ производства керамического строительного кирпича (варианты)» по патенту РФ №2284307 [11], который решает задачи: улучшения технологии производства, снижения расхода энергоресурсов, снижения загрязнения окружающей среды, улучшения теплоизоляционных свойств получаемого керамического кирпича;
- «Строительный кирпич, способ и комплект оборудования для его производства» по патенту РФ №2275343 [12], патент позволяет расширить арсенал строительного кирпича и средств для его производства, одновременно обеспечить повышение прочности и морозостойкость кирпича;
- «Керамическая масса для изготовления кирпича» по патенту РФ №2312842 [13], позволяющая существенно повысить прочность кирпичей, изготовляемой на ее основе;
- «Керамическая масса для получения кирпича» по патенту РФ №2310626 [14], патент позволяет снизить водопоглощение и повысить морозостойкость керамической массы.
Таким образом, применение при дефиците или полном отсутствии крупнозернистого песка и щебня, кирпичей из обожженной глины целесообразно и экономически выгодно, но широкое целенаправленное и регламентированное такое применение не известно. Особенно выгодно такое применение с совместным армированием геосинтетическим материалом. Армирование дорожного покрытия геосинтетическим материалом существенно снижает количество насыпного заполнителя на строительство дороги и тем самим снижает ее стоимость (хотя стоимость геосинтетического материала тоже высока). Применение в дорожном покрытии геосетки также замедляет появление отраженных трещин на поверхности покрытий и повышает распределяющую способность покрытия, увеличивая долговечность дорожных одежд.
Прототипом заявляемого изобретения является «Устройство дорожной одежды» по заявке на изобретение РФ №2004134842 [15], состоящее из верхнего слоя из зернистого материала и нижнего слоя, выполненного из георешетки ячеистой конструкции, ячейки которой заполнены зернистым материалом.
Недостатком прототипа является проблематичность его использования при дефиците или полном отсутствии крупнозернистого песка и щебня, которые являются зернистым заполнителем георешетки ячеистой конструкции.
Данный недостаток ставит задачу - найти приемлемую замену крупнозернистому песку и щебню для существенного удешевления строительства дорог в практически любых регионах.
Указанная задача решается (сущность изобретения) тем, что в устройстве дорожной одежды, состоящей из верхнего слоя из зернистого материала и нижнего слоя, выполненного из георешетки ячеистой конструкции, ячейки которой заполнены зернистым материалом, в качестве зернистого материала применен кубический полнотелый глиняный обожженный кирпич со сторонами граней 70÷110 мм. Причем кирпич изготовлен с добавками, повышающими его прочность, влагоустойчивость и морозоустойчивость.
Применение в качестве зернистого материала дорожного покрытия обожженного глиняного кирпича необходимо для того, чтобы создать возможность строительства дорог в местах дефицита или полного отсутствия крупнозернистого песка и щебня, транспортировка которых из других регионов повышает стоимость строительства дорог до экономической нецелесообразности их строительства. В то же время использование местных энергоресурсов для получения обожженного глиняного кирпича существенно удешевляет стоимость строительства дороги. В качестве местных энергоресурсов могут быть использованы уголь, торф, дрова, нефть, попутный газ, сжигаемый в настоящее время на «факелах», и т.д. Глина, пригодная для изготовления кирпичей, практически имеется повсеместно, а легирующие добавки к ней, придающие кирпичам повышенную прочность, влагоустойчивость и морозостойкость в сравнительно небольших количествах, можно транспортировать из других регионов. В качестве легирующих глину добавок (материалов) могут быть использованы отходы промышленного производства, как, например, в [13] и [14].
Выполнение обожженного глиняного кирпича кубической формы необходимо для того, чтобы предельно упростить технологию изготовления кирпича и ее автоматизировать. Кубическая форма кирпичей позволяет приблизится к идеально возможному по температурному режиму обжигу, что повысит прочность кирпичей и в последствии качество дорожного покрытия.
Выполнение граней кубического обожженного глиняного кирпича размером 70÷110 мм необходимо для того, чтобы максимально соответствовать ГОСТам [3] и [4] по крупной фракции зернистого заполнителя дорожного покрытия. В виду того, что в процессе строительства и эксплуатации дороги крупные фракции (70÷110 мм) кирпичного заполнителя будут разламываться (крошится), то мелкая и средняя по зернистости фракции будут образовываться автоматически, заполняя все пустоты дорожного покрытия. Другими словами, изготовление одной крупнозернистой фракции кирпичного заполнителя позволит существенно удешевить производство кирпичей, а также в дальнейшем обеспечить мелкую и среднюю по зернистости фракции заполнителя.
Применение при изготовлении кирпича добавок, которые повышают его прочность, влагоустойчивость и морозоустойчивость, необходимо для того, чтобы повысить качество дорожного покрытия и его долговечность.
Кроме того, применение обожженных глиняных кирпичей в качестве дорожной одежды повысит ее теплоизоляционные свойства, что зимой приведет к меньшей глубине промерзания всего дорожного полотна и соответственно к меньшим деформационным тепловым нагрузкам, ведущим к повышению долговечности дороги. Летом же меньшая глубина оттаивания из-за улучшенных теплоизоляционных характеристик дорожной одежды способствует строительству дорог в условиях вечной мерзлоты.
При внедрении предложенного изобретения, например, применением мобильного завода по производству глиняного обожженного кирпича, какие в настоящем времени широко выпускаются промышленностью, может располагаться вблизи строительства дороги и глиняного карьера. Воду и энергоресурсы необходимо будет подвозить из ближайших источников.
Реализация устройства дорожной одежды, состоящей из верхнего слоя из зернистого материала и нижнего слоя, выполненного из георешетки ячеистой конструкции, ячейки которой заполнены зернистым материалом, в качестве которого применен обожженный кубических полнотелый глиняный кирпич со сторонами граней 70-110 мм, является новым для устройств дорожных одежд, что соответствует критерию "новизна".
Вышеприведенная совокупность признаков не известна в настоящее время из уровня техники и не следует из общеизвестных правил способов устройства дорожных одежд и это доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".
Реализация предложенного устройства дорожной одежды с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, отсюда следует соответствие критерию "промышленная применимость".
Реализация изобретения позволит сооружать дорожные одежды III-V категории с использованием армирующего геосинтетического материала и заполнителем - зернистым материалом из обожженного кубического полнотелого глиняного кирпича со сторонами граней 70÷110 мм и его в последующем разрушенных фракций. Это увеличит скорость сооружения дорожных одежд и значительно снижает толщину покрытий, что соответствует высоким современным требованиям. И самое главное появляется экономически выгодная возможность сооружения таких дорог в местах дефицита или полном отсутствии крупнозернистого песка и щебня.
Геосинтетический материал в дорожной одежде дополнительно, помимо ее армирования, служит некоей прослойкой между основными слоями, основанием и покрытием и препятствует смешиванию покрытия с нижележащим слоем, что особенно благоприятно будет сказываться на повышении долговечности эксплуатации зернистого заполнителя из полнотелого глиняного обожженного кирпича.
Литература
1. Патент РФ №2181404 от 20.04.2002 г., кл. Е01С 5/14, Е01С 5/16, Е01С 9/08 «Инвентарная временная дорога».
2. Патент РФ №2084581 от 20.07.1997 г., кл. Е01С 19/52, Е01С 9/08 «Укладчик колейных сборно-разборных дорожных покрытий».
3. ГОСТ 3344-83. Щебень и песок шлаковые для дорожного строительства. Технические условия.
4. ГОСТ 25607-94. Смеси щебенночно-песчаные для покрытий и оснований автомобильных дорог и аэродромов. Технические условия.
5. Заявка на изобретение РФ №98120400 от 10.11.1998 г., кл. Е01С 21/02, С04В 20/06, С04В 14/12 «Способ и устройство для создания керамического слоя на поверхности».
6. Патент РФ №2065517 от 20.08.1996 г., кл. E01D 3/11, Е01С 21/02 «Способ плазменной термообработки грунта».
7. Патент РФ №2047687 от 10.11.1995 г., кл. E01D 3/11, E01D 3/12, Е01С 21/02 «Способ возведения грунтового дорожного покрытия».
8. Авторское свидетельство СССР №359335 от 21.11.1972 г., кл. Е01С 21/02 «Устройство для термической обработки грунта».
9. Заявка на изобретение РФ №2006128325 от 03.08.2006 г., кл. F27B 1/00 «Линия для производства кирпича».
10. Патент РФ №2294280 от 27.02.2007 г., кл. В28В 15/00 «Технологическая линия для производства керамического кирпича пластического формирования».
11. Патент РФ №2284307 от 27.09.2007 г., кл. С04В 33/02, С04В 33/13 «Способ производства керамического строительного кирпича (варианты)».
12. Патент РФ №2275343 от 27.04.2006 г., кл. С04В 28/00, С04В 15/00 «Строительный кирпич, способ и комплект оборудования для его производства».
13. Патент РФ №2312842 от 20.12.2007 г., кл. С04В 35/14, С04В 33/13 «Керамическая масса для изготовления кирпича».
14. Патент РФ №2310626 от 11.07.2005 г., кл. С04В 33/138, С04В 15/00 «Керамическая масса для получения кирпича».
15. Заявка на изобретение РФ №2004134842 от 10.05.2006 г., кл. E01D 7/00 «Устройство дорожной одежды (варианты)» - прототип.
Устройство дорожной одежды, состоящее из верхнего слоя из зернистого материала и нижнего слоя, выполненного из георешетки ячеистой конструкции, ячейки которой заполнены зернистым материалом, отличающееся тем, что в качестве зернистого материала применен кубический полнотелый глиняный обожженный кирпич со сторонами граней 70-110 мм, который изготовлен с добавками, повышающими его прочность, влагоустойчивость и морозоустойчивость.
