Конструкция дорожной одежды с армированием волокнистыми материалами
Владельцы патента RU 2764507:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к строительству, а именно к строительству временных дорог на строительной площадке. Конструкция дорожной одежды представляет собой уплотненный фиброгрунт, который является смесью частиц несвязного или малосвязного грунта и коротких синтетических армирующих волокон, равномерно распределенных по всему объему грунта. Предлагаемая конструкция позволит повысить прочность, несущую способность и снизить деформативность грунтовых дорог. Применение обрезков пластиковых сеток, образующихся при производстве, позволит сократить расходы на устройство дороги и утилизировать отходы. Данную конструкцию предлагается использовать для устройства временных дорог на строительной площадке. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству временных дорог на строительной площадке.
Одним из перспективных решений уменьшения стоимости строительства является уменьшение стоимости возведения временных дорог на строительной площадке, так как стоимость дороги может достигать до 2% от стоимости строительства. Временные дороги на строительной площадке должны обеспечивать беспрепятственный проезд тяжелой строительной техники и транспорта. Внедрение в грунт волокнистых материалов является эффективным методом повышения его физико-механических и эксплуатационных характеристик.
Известна конструкция дорожной одежды с использованием армированного монолитного цементобетона (патент RU №2248425 от 25.03.2003). Конструкция состоит из песчаного подстилающего слоя с уложенным на него гидрофобным рулонным материалом и монолитного цементобетонного слоя. Верхний слой армирован хаотично расположенными и равномерно распределенными по всему объему волокнами фибры с эффектом взаимосцепления и жесткой анкеровки в бетоне. Средний слой армирован объемной сотообразной георешеткой типа геориф, для создания элементов шпунтового соединения между соседними бетонными блоками, выполняющей роль не снимаемой опалубки при формировании слоя и функцию технологических швов в бетонном монолите. Нижний слой армирован горизонтально расположенной геосеткой с возможностью работы волокон на растяжение в продольном и поперечном направлениях.
Недостатком данной конструкции является большая трудоемкость устройства конструкции, дороговизна конструкции, а также невозможность демонтажа после окончания работ на строительной площадке.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной конструкции по совокупности признаков является конструкция дорожной одежды для временных дорог сельскохозяйственного назначения (патент RU №2596164 от 27.08.2016). В предлагаемой конструкции дорожной одежды для временных дорог сельскохозяйственного назначения для обеспечения беспрепятственного проезда грунт армируется стеблями хлебных злаков длиной не более 4 см из расчета 15 кг/м. Данная конструкция принята за прототип.
Недостатком известной конструкции является то, что в качестве армирующего материала используются стебли хлебных злаков, которые повреждаются в процессе перемешивания, имеют малую прочность на растяжение и со временем сгнивают в грунте.
Задачей изобретения является повышение долговечности, прочности и несущей способности временных дорог, одновременно со снижением деформативности и трудоемкости. Кроме того, изобретение позволит снизить количество отходов, образующихся при производстве пластиков сеток.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения, - земляное полотно, выполненное из уплотненного фиброгрунта, армированного хаотично расположенными и равномерно распределенными по всему объему грунта волокнами.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известной конструкции дорожной одежды, включающей земляное полотно, выполненное из уплотненного фиброгрунта, армированного хаотично расположенными и равномерно распределенными по всему объему грунта волокнами, согласно изобретению в качестве армирующих волокон использованы синтетические обрезки, образующиеся при производстве пластиковых сеток, из расчета 2-5% от веса сухого грунта.
Отличительным признаком является применение в качестве армирующих волокон полипропиленовых и полиэфирных обрезков, образующихся при производстве пластиковых сеток из мононитей, которые по своей сути являются отходами, из расчета 2-5% от веса сухого грунта. Волокна имеют диаметр 0,65-0,8 мм, длину от 2 до 50 мм.
Экспериментально установлено, что при расходе синтетических волокон менее 2% от веса грунта эффект армирования отсутствует, механические характеристики грунта меняются незначительно.
При расходе синтетических волокон более 5% волокна неравномерно распределяются по объему грунта, образуются участки с локальной концентрацией армирующих нитей, что приводит к неоднородности фиброгрунта и снижению его механических характеристик.
Решение технической задачи достигается тем, что конструкция дороги выполнена из фиброгрунта с коэффициентом уплотнения проезжей части земляного полотна 0,95-0,98 и толщиной слоя 10-30 см. Фиброгрунт представляет собой смесь частиц несвязного или малосвязного грунта и коротких синтетических армирующих волокон. Для армирования используют хаотично расположенные и равномерно распределенные по всему объему грунта волокнистые отходы производства пластиковых сеток, которые представляют собой отрезки нитей длиной от 2 до 50 мм из расчета 2-5% от веса сухого грунта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично показана конструкция.
Слой грунта армируется равномерно распределенными по всему объему волокнами фибры, которые позволяют работать грунту на растяжение. Благодаря совместной работе волокон и частиц грунта увеличиваются прочностные характеристики материала, а именно удельное сцепление и угол внутреннего трения, следовательно, увеличиваются прочность, несущая способность и устойчивость временной дороги. В качестве армирующих волокон используются полипропиленовые и полиэфирные обрезки, образующиеся при производстве пластиковых сеток, что позволит сократить расходы на устройство дороги и одновременно утилизировать отходы производства.
Результаты испытаний на определение прочностных и деформационных характеристик уплотненного фиброгрунта, содержащего смесь частиц несвязного грунта (мелкого песка) и коротких синтетических армирующих волокон, приведены в таблице.
Из таблицы видно, что несвязный грунт (мелкий песок) благодаря наличию армирующих волокон приобретает свойства связного (появляется удельное сцепление), увеличиваются угол внутреннего трения и модуль деформации. Приведенные в таблице характеристики могут быть использованы для расчета грунтового основания по прочности и деформациям.
Таким образом, предлагаемая конструкция дорожной одежды за счет улучшенных механических характеристик позволяет обеспечить повышение прочности и несущей способности.
Пример исполнения
Устройство конструкции дорожной одежды осуществляется в четыре этапа. На первом этапе на подготовленной площадке распределяется и разравнивается привезенный грунт или грунт, взятый со строительной площадки. На втором этапе грунт, в случае необходимости, размельчается с помощью навесной дорожной фрезы. На третьем этапе с помощью распределителя цемента распределяют фиброволокно по поверхности грунтового полотна. Процент армирования выбирается в зависимости от необходимых механических характеристик. На четвертом этапе с помощью навесной дорожной фрезы грунт с фиброволокном перемешиваются до однородной смеси и в процессе перемешивания грунт увлажняется до оптимальной важности. На пятом этапе фиброгрунт уплотняют с помощью катков на пневмошинах до коэффициента уплотнения 0,95-0,98.
Конструкция дорожной одежды, включающая земляное полотно, выполненное из уплотненного фиброгрунта, армированного хаотично расположенными и равномерно распределенными по всему объему грунта волокнами, отличающаяся тем, что в качестве армирующих волокон использованы полипропиленовые и полиэфирные обрезки, образующиеся при производстве пластиковых сеток, из расчета 2-5% от веса сухого грунта.
