CN101225634A - 一种轻质高强路面器材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质高强路面器材，包括路面基体和系留装置，其特征在于：还包括支撑杆和路面段间接头装置，所述的路面基体为采用纤维材料复合编织成型的双层袋状织物；所述的支撑杆按一定间隔距离横向穿插在路面基体内；所述的接头装置包括接头铰耳和接头杆，接头铰耳缝制在路面基体首尾两端。通过编织复合方式构成双层基体织物与支撑杆的三元共轭结构体，能有效提高器材承载能力，且器材有效幅宽不小于4米，路面纵向可通过接头装置快速拼接或拆卸，器材重量轻、卷起后直径小，便于运输与铺设、撤收作业，具有优越的耐磨与防滑性能。

Description

一种轻质高强路面器材

技术领域

本发明涉及一种路面器材，尤其是特别涉及一种轻质高强路面器材，主要用于海滩、沙漠、雪地、泥泞地、快速通路等低承载能力的地段，器材铺设固定后，保障各类轮式或履带式车辆快速通过，提高各类车辆的机动能力；也可用于构筑舟船海滩装卸载和抗洪抢险现场等施工工地临时通路。

背景技术

近几年来我国为克服泥泞路段(含黄河岸浅滩)研制了部分路面器材，其克服泥泞路段的效果均较好，现有路面器材主要包括金属路面器材和柔性路面器材，但现有路面器材在使用过程中存在一些问题，受到很大的限制。

现有金属路面器材重量较重，单段器材铺设好后不便于移动；只能靠作业车车载运输，运输方式单一，单车运输和可铺设路面长度短；只能通过作业车铺设展开，作业方式单一，速度较慢；两段器材间的首尾纵向拼接以及坡道铺设对作业手要求均较高，作业速度较慢，两段器材横向拼接难度较大，双行道中缝不易打桩系留；器材表面虽设计有防滑条或采取了一定防滑措施，但通行一定台次车辆后，车辙部上泥后轮式车辆易打滑，造成新的路障；金属路面板通行较大荷载装备达一定数量后，路面板变形难恢复，变形严重时会影响机械化撤收。

现有的另一类路面器材为柔性路面器材，如新近研制的黄河岸浅滩路面为机织厚型物，适应于松软的土质和易于液化的滩基上敷设路面，当车辆行驶在该路面上时平稳可靠，缓冲或减轻了荷载的冲击振动，保护了滩基不致于遭受恶性破坏，保证车辆连续或反复通过。该器材4米宽幅每纵长米重达40公斤，在非金属材料路面中，重量较重，卷起后体积较大，人工搬运不便，人工铺设作业效率较低。最典型的柔性路面器材法国TEMP TRAIL可展开战术机动路面席(简称MOBI-MAT)，我国从法国进口的为其中一型：LX标准型。它由尼龙织物编织成网格状，重量为2.93公斤/米²，表面上泥后易打滑，车辆打滑等高温条件下易烧结，耐磨性能不强，通行履带车辆时易被履刺咬噬破坏，局部破损后会影响周边的承载强度。

发明内容

1、要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种新型轻质高强耐磨防滑路面器材，克服现有路面器材重量及体积大，运输与铺设作业方式单一、速度慢效率低，耐磨与防滑性能差的缺点，达到器材重量轻、卷起后直径小，便于运输，便于铺设与撤收作业，且具有优越的耐磨与防滑性能的技术效果。

2、技术方案

简而言之，本发明所述的路面器材主要由路面基体、支撑杆、接头装置和系留装置组成。

本发明采用的技术方案如下：

一种轻质高强路面器材，包括路面基体和系留装置，其特征在于：还包括支撑杆和路面段间接头装置，所述的路面基体为采用纤维材料复合编织成型的双层袋状织物；所述的支撑杆按一定间隔距离横向穿插在路面基体内；所述的接头装置包括接头铰耳和接头杆，接头铰耳缝制在路面基体的首尾两端。

所述的路面基体是路面的主要承载体，主要用于通行车辆的车轮或履带与松软地基，如沙滩进行隔离，提高地基承载能力，改善车辆的通行能力。在本发明中，路面基体采用超高强聚乙烯长丝、聚酯纤维工业长丝和芳纶长纤维等多种纤维材料复合编织成型，为双层加厚袋状织物，有效幅宽不小于4米，或大于或等于4米。通过采用超高强聚乙烯、芳纶纤维、碳纤维三大纤维材料，通过特定编织复合方式构成构造双层基体织物，并与支撑杆形成三元共轭结构体，能有效提高其承载能力。

所述的支撑杆是路面基体的增强体，按一定间隔距离横向穿插在路面基体内，主要用于展平路面，增强路面的承载能力和回弹性，均化通载时路面所承受的压力和拉力。支撑杆应具有刚度大、比重轻、弹性模量大、耐腐蚀性、不易断裂等性能。支撑杆优选碳纤维材料，碳纤维具有低密度、高拉伸强度、高拉伸模量、耐高温、耐化学腐蚀、抗疲劳、耐辐射、高热导和电导、低膨胀等优良特性。其截面可选择圆杆、正六边形杆、矩形杆(方杆)等，优选矩形杆。其结构可优选多层叠合结构形式，有效提高路面在松软地基上的承载能力和回弹能力。

支撑杆与路面基体复合后，双层基体织物与支撑杆构成三元共轭结构体，形成平挺有力的全幅支撑结构，增强路面横向刚性，提高车轮或履带在地基上，特别是松软地基如海滩上的附着力，避免车轮通行时对地基地表层的破坏，满足车辆快速通行的机动需求。

所述的接头装置包括接头铰耳和接头杆，接头铰耳缝制在路面基体的两端。两段路面基体进行连接时，将凹凸相间的接头铰耳对齐并张开，将接头杆横向穿插其中，可快速地拼接或拆卸路面器材。

所述的系留装置主要用于路面系留固定桩的植入和拔除，包括固定桩、桩帽和起桩器、镐、锤等工具。

3、有益效果

本发明所述的轻质高强路面器材，采用超高强聚乙烯、芳纶纤维、碳纤维三大纤维材料，通过编织复合方式构成双层基体织物与支撑杆的三元共轭结构体，该器材承载能力能够达到10吨轮式荷载通行500台次或36吨履带式荷载通行300台次的技术要求，且器材有效幅宽不小于4米，路面纵向可通过接头装置快速拼接或拆卸，器材重量轻、卷拢后直径小，便于人工搬运、舟艇或车载前送，便于人工、简易机械和机械化铺设与撤收作业，以满足快速、机动、高效伴随工程保障需求。

附图说明

图1路面基体结构示意图

图2支撑杆结构形式图

图3路面基体与支撑杆复合结构图

图4接头装置结构示意图

具体实施方式

本发明所述的轻质高强耐磨防滑路面器材，主要由路面基体、支撑杆、接头装置和系留装置组成。

为了满足路面器材承载轴压10t轮式和36t级履带车辆的通行能力，经计算，路面基体抗断裂能力应不小于17t/m，选用普通织物和采用传统的织造技术均难以满足要求。本发明中，路面基体主要采用超高强聚乙烯长丝、聚酯长丝、芳纶长纤维复合编织成型，其结构形式为双层加厚袋状织物。在现有的加重型毛织机和重型剑杆织机等设备上，通过修改和调试编织控制程序，可以实现宽幅双层袋状织物的织造。本发明的路面基体，单位面积重量为420～480g/m²，有效幅宽不小于4米。为形成路面基体与支撑杆三元共轭结构，路面基体的纬向上间隔一定距离有支撑杆穿杆通道。同时，为防止轮式车辆通过时由于车轮与路面高速磨擦使路面急剧温升出现路面烧结破坏，可以在车辙部位设置芳纶加密编织，可耐800℃高温并可提高路面基体高承载和抗断裂、抗撕破能力。为加强双层织物上下层连接和增加路面整体结构稳定性，还可以在路面经纬向上设置加强筋组织结构，确保形成路面系统功能。

由于路面基体直接铺设在松软地基，如泥泞海滩上，承载时路面沉降幅度较大，路面回弹能力受限，且路面基体边缘易卷曲而缠入履带或车轮，严重影响路面的承载能力和通载台次量。因此，本发明在路面基体内复合支撑杆对其增强，提高路面下沉后的回弹性，使路面在车辆通行的过程中所受压力和拉力尽可能均化。支撑杆应具有刚度大、比重轻、弹性模量大、耐腐蚀性、不易断裂等性能。路面材料由于承受轮式或履带式车辆的碾压，首先应在大应力下多次使用后“不毁坏”，应具有较大拉伸强度和伸长率，即“拉不断”；同时，应具有较大弹性模量，即压拉延长后可“自然恢复”；还要考虑器材重量适中，海水下“不腐蚀”、阳光下“不老化”等环境和使用性能的要求。

经比较，碳纤维具有低密度、高拉伸强度、高拉伸模量、耐高温、耐化学腐蚀、抗疲劳、耐辐射、高热导和电导、低膨胀等优良特性；此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比强度和比模量均优于其他复合材料的增强体，可用于本发明的支撑杆，实现发明目的。

虽然高强高模的碳纤维材料具有许多独特的优异性能，但与路面基体复合后，因其断裂延伸率较低，使得路面基体在通载时只贡献其与碳纤材料相同变形时的强力部分，使得路面强度主要由碳纤维支撑杆来承担。因此，针对松软海滩地基条件，如何控制支撑杆的刚度和柔度，提高支撑杆的抗断裂能力，对于提高路面基体和支撑杆的共同承载能力是轻质路面设计中的关键技术。经分析论证，支撑杆的刚度体现出路面的承载能力，柔度则体现出路面的回弹能力。影响支撑杆刚柔度的主要因素有碳纤树脂复合材料配比和复合方式、碳纤杆截面形状、尺寸及结构形式等要素。通过对支撑杆的结构形式进行优化可以有效地提高路面器材的承载能力。如多边形截面支撑杆可采用数百束单向连续碳纤维，以环氧树酯为基体，通过专门的挤拉成型设备，在特定的固化成型温度下复合而成。支撑杆经理论计算和优化设计后，对不同截面尺寸规格的圆杆、正六边形杆、矩形杆(方杆)等进行对比、推导和试验得知，在截面积相同的情况下，当矩形杆截面的高度与宽度相近时，矩形杆的抗弯性能最好，圆杆次之，正六角杆稍差。根据路面情况，在松软地基条件下，综合考虑其较大幅度沉降和路面的结构稳定性，优选类似钢板弹簧形式的多层叠合结构形式的支撑杆，可有效提高路面在松软地基，如海滩上的承载能力和回弹能力。在本发明的实施例中，支撑杆由CFRP片与GMT缓冲片组合成多层叠合结构，类似于汽车钢板弹簧的多层结构，并按一定间隔距离横向穿插在路面基体内。

接头装置用于单段路面基体的连接，应当能方便快速地进行路面器材的拼接或拆卸。本发明采用的接头装置包括接头铰耳和接头杆。在路面的两端缝制若干个铰耳，在两段路面进行连接时，将凹凸相间的接头铰耳对齐并张开，将接头杆横向穿插在首尾两端相应的铰耳内，即可完成路面的连接。接头装置还可以包括锁帽、粘贴布和搭接布，对路面段间接头处进行加强与保护。

系留装置主要用于铺设路面的固定张紧或撤收。系留装置包括固定桩、桩帽、起桩器等装置。固定桩可以包括圆桩、双桩连接板(两根圆桩和一块连接板呈U形联接)、板桩和U形桩，可根据地基松软程度和通载量选择使用。植桩时桩帽放置在桩头上，起导向作用，减轻镐、锤对固定桩的损伤程度。撤收时，使用起桩器拔除固定桩。

实施例

一种轻质高强耐磨防滑路面器材，主要由路面基体、支撑杆、接头装置和系留装置组成。本实施例中，单段路面长15.2m，有效幅宽为4.02m，两段路面间通过碳纤维接头杆实现快速拼接与拆卸。

路面基体是路面主要承载体，用于提供路面的抗断裂能力和防穿透能力，改善车辆的路面通行能力。如图1所示，路面基体主要由双层织物1、带状通道2、边胶带3、径向加强筋4和横向约束带5等组成。双层织物1主要采用超高强聚乙烯长丝和聚酯工业长丝复合编织成型。双层织物1内纬向织有供支撑杆穿入的带状通道2，在带状通道2两侧织出一定宽度的粗纬作为横向约束带5，主要用于支撑杆能顺利穿入织物内和保持稳定状态。在双层织物1车辙部织有芳纶长纤维作为径向加强筋4，用于改善轮胎在路面上的附着能力和提高车辆的通行能力。

双层织物1上覆有涂层并有车辙道标识。涂层采用聚氨酯、环氧树脂、防滑涂料、挥发性熔剂等多种材料复合配方，喷涂或刷涂在路面表面，渗透和密封在粗旦化纤长丝织物缝隙中，可较好地防止泥沙渗入双层织物内，使路面平挺防滑、富有弹性、耐海水腐蚀和耐油污。车辙道标识兼作夜间发光标识，并可用于引导路面作业车和路面拖车沿直线铺设路面。双层织物1两端缝制若干个接头铰耳6并有锚固孔圈7，用于路面的搭接与系留。

支撑杆是路面的增强体，主要用于改善路面的承载能力和回弹性，均化通载时路面所承受的压力和拉力，展平路面以防止边缘缠入履带。路面基体和支撑杆通过特定的复合工艺加工成路面，本发明采用穿插式复合方式。本发明中双层基体织物上间隔一定距离织有带状通道2，供支撑杆穿入。支撑杆与路面基体双层织物形成三元共轭结构体，其物理机械性能将大大超过路面基体和支撑杆本身的物理机械性能，能有效提高其承载能力。

支撑杆由上层单个GMT片、下层数个CFRP片和包覆物等组成。CFRP片采用高强中模碳纤维、热固性树酯、固化剂等在高温条件下通过牵引设备模具挤拉而成，GMT片采用双层玻璃纤维毡复合PP热塑性树脂，可起到较好减震、缓冲和抗冲击作用。在本实施例中，支撑杆由上层单个GMT缓冲片8、下层3～5个CFRP碳纤维片9、捆扎丝10、包扎胶带11组成，其结构如图2所示；支撑杆穿插在路面基体的带状通道2内，其剖面如图3所示。

单段路面基体由接头装置连接。接头装置包括接头铰耳6和接头杆12。在路面的两端缝制若干个加粗涤纶绳做成的接头铰耳6，在两段路面进行连接时，将凹凸相间的接头铰耳6对齐并张开成圆形孔，将碳纤维接头杆12横向穿插在首尾两端相应的接头铰耳6内，然后将碳纤维接头杆12两头的锁帽13扣上，将接头杆12上方的搭接布14与粘贴布15对齐粘好，从而完成路面的连接，如图4所示。

系留装置主要用于铺设在海滩上的路面的固定张紧或撤收，包括固定桩、桩帽、起桩器等装置。固定桩包括圆桩、双桩连接板(两根圆桩和一块连接板呈U形联接)、板桩和U形桩，可按地基松软程度和通载量选择使用。植桩时桩帽放置在桩头上，起导向作用，减轻镐、锤对固定桩的损伤程度。撤收时，使用起桩器拔除固定桩。

所述路面器材可卷可折，单段铺设长度15.2米，两段之间可快速拼接和拆卸。路面可在任意位置重叠成双层，铺设长度可任意组合。每纵长米重量14kg，单元段重量轻，拆装快速，卷拢后体积小，铺设后载荷分布性好，承载能力强，能保障各类运输车、牵引车、工程机械、装甲、坦克车辆快速从路面器材上通行。

Claims (10)

1.一种轻质高强路面器材，路面基体和系留装置，其特征在于：还包括支撑杆和路面段间接头装置，所述的路面基体为采用纤维材料复合编织成型的双层袋状织物；所述的支撑杆按一定间隔距离横向穿插在路面基体内；所述的接头装置包括接头铰耳和接头杆，接头铰耳缝制在路面基体首尾两端。

2.根据权利要求1所述的路面器材，其特征在于：所述的路面基体采用超高强聚乙烯长丝、聚酯纤维工业长丝和芳纶长纤维复合编织成型。

3.根据权利要求1所述的路面器材，其特征在于：所述的路面基体有效幅宽大于或等于4米。

4.根据权利要求1所述的路面器材，其特征在于：所述的路面基体纬向上间隔一定距离有支撑杆穿杆通道。

5.根据权利要求1至4所述的任一路面器材，其特征在于：所述的路面基体上在车辙部位设置芳纶加密编织，并在经纬向上设置加强筋。

6.根据权利要求1至4所述的任一路面器材，其特征在于：所述的路面基体上覆有聚氨酯、环氧树脂、防滑涂料和挥发性熔剂复合配方的涂层。

7.根据权利要求1所述的路面器材，其特征在于：所述的支撑杆为多层叠合结构的碳纤维树脂复合材料。

8.根据权利要求7所述的路面器材，其特征在于：所述的支撑杆由上层单个GMT缓冲片、下层3～5个CFRP碳纤维片、捆扎丝和包扎胶带组成。

9.根据权利要求7所述的路面器材，其特征在于：所述的支撑杆的截面为正六边形或矩形。

10.根据权利要求1所述的路面器材，其特征在于：所述的接头装置中，接头铰耳为凹凸相间排列，接头杆两头有锁帽，并带有可相互贴粘的搭接布与粘贴布。