RU2698112C1 - Method for controlling temperature of the upper layer of road pavement - Google Patents

Method for controlling temperature of the upper layer of road pavement Download PDF

Info

Publication number
RU2698112C1
RU2698112C1 RU2018136639A RU2018136639A RU2698112C1 RU 2698112 C1 RU2698112 C1 RU 2698112C1 RU 2018136639 A RU2018136639 A RU 2018136639A RU 2018136639 A RU2018136639 A RU 2018136639A RU 2698112 C1 RU2698112 C1 RU 2698112C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
heat
cement concrete
concrete
upper layer
Prior art date
Application number
RU2018136639A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Павлович Гочачко
Original Assignee
Антон Павлович Гочачко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Антон Павлович Гочачко filed Critical Антон Павлович Гочачко
Priority to RU2018136639A priority Critical patent/RU2698112C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2698112C1 publication Critical patent/RU2698112C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01CCONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C11/00Details of pavings
    • E01C11/24Methods or arrangements for preventing slipperiness or protecting against influences of the weather

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Road Paving Structures (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: method consists in placing a layer of heat-insulating cement concrete under an upper layer of rigid pavement. Layer of heat-insulating cement concrete contains hollow microspheres with coefficient of heat conductivity λ=0.03–0.1 W/m*K and is made in the form of prefabricated plates with compression strength of not less than 25 MPa, in which there are slots of semicircular section for heat exchange elements laying.
EFFECT: preventing slipperiness of road surfaces and protecting them from atmospheric effects.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к способам и устройствам для предотвращения скользкости дорожных покрытий и защиты их от атмосферных воздействий.The invention relates to methods and devices for preventing slippage of road surfaces and protecting them from weathering.

Уровень техникиState of the art

Из существующего уровня техники известна конструкция дорожной одежды, где в качестве верхнего (лицевого) слоя используется асфальтобетон, укладываемый поверх нижележащего (несущего) слоя из монолитного или сборного железобетона. Частным случаем такой конструкции является дорожное полотно на мостовых пролётах (“Устройство покрытий на мостах и искусственных сооружениях” – ч.6: “Технология устройства дорожной одежды на железобетонной плите”, НП МОД Союздорстрой, 2013).Pavement construction is known from the prior art, where asphalt concrete is used as the upper (front) layer, laid on top of the underlying (bearing) layer of monolithic or precast concrete. A special case of such a design is a roadway on bridge spans (“Coating on bridges and artificial structures” - Part 6: “Technology for the construction of pavement on a reinforced concrete slab”, NP MOD Soyuzdorstroy, 2013).

Недостатком данного технического решения является повышенный коэффициент линейного теплового расширения асфальтобетонов α=3..7*10-5 м/(м*°С) по сравнению с α=1*10-5 м/(м*°С) у цементобетона, что приводит к появлению необратимых деформаций в асфальтобетоне при суточных и сезонных колебаниях температуры воздуха, а также под воздействием солнечного излучения. (Леонович И.И., Мельникова И.С. "Анализ причин возникновения трещин в дорожных покрытиях и критерии их трещиностойкости". Журнал "Строительная наука и техника" №4-2011, с.37-41, Минск, Республика Беларусь).The disadvantage of this technical solution is the increased coefficient of linear thermal expansion of asphalt concrete α = 3..7 * 10-5 m / (m * ° C) compared with α = 1 * 10-5 m / (m * ° C) in cement concrete, which leads to the appearance of irreversible deformations in asphalt concrete with daily and seasonal fluctuations in air temperature, as well as under the influence of solar radiation. (Leonovich I.I., Melnikova I.S. "Analysis of the causes of cracks in road surfaces and criteria for their crack resistance". Journal of Construction Science and Technology No. 4-2011, p. 37-41, Minsk, Republic of Belarus).

Также из существующего уровня техники известна конструкция дорожной одежды, содержащая 2 слоя цементобетона, где верхний (лицевой) слой выполнен, например, из бетона более высокого класса по прочности, чем нижележащий слой. Частным случаем такой конструкции является взлётно-посадочная полоса с искусственным покрытием (СП 121.13330.2012 “Аэродромы”, ч. 7 “Аэродромные покрытия”, п. 7.3. “Жёсткие покрытия”).Also known from the prior art is the construction of pavement containing 2 layers of cement concrete, where the upper (front) layer is, for example, made of concrete of a higher strength class than the underlying layer. A special case of this design is the runway with artificial turf (SP 121.13330.2012 “Aerodromes”, part 7 “Aerodrome coatings”, clause 7.3. “Hard coatings”).

Недостатком данного технического решения является повышенный коэффициент теплопроводности λ=2,1 Вт/м*К цементобетона в сравнении с λ=0,9 Вт/м*К асфальтобетона (В. Блази. “Справочник проектировщика. Строительная физика”. - М.: Техносфера, 2004. – с.66). Коэффициенты трения скольжения комбинаций “резина-бетон” и “резина-асфальт” сопоставимы (Крагельский И.В., Виноградова И.Э. ”Коэффициенты трения. Справочное пособие" М.:Машгиз, 1962, с.148), т.е. на цементобетонном полотне схожей шероховатости опасное для сцепления с поверхностью обледенение при переходе температуры воздуха через 0°С происходит быстрее, чем у асфальтобетона, за счёт более быстрого охлаждения поверхности, что требует повышения скорости и стоимости противогололёдной обработки.The disadvantage of this technical solution is the increased coefficient of thermal conductivity λ = 2.1 W / m * K of cement concrete in comparison with λ = 0.9 W / m * K of asphalt concrete (V. Blazi. “Designer's reference book. Building physics.” - M .: Technosphere, 2004 .-- p.66). The sliding friction coefficients of the combinations “rubber-concrete” and “rubber-asphalt” are comparable (Kragelsky IV, Vinogradova I.E. “Friction coefficients. Reference manual" M.: Mashgiz, 1962, p.148), i.e. . on a cement concrete sheet of similar roughness icing, dangerous for adhesion to the surface, icing when the air temperature goes over 0 ° C occurs faster than asphalt concrete due to faster cooling of the surface, which requires an increase in the speed and cost of deicing.

Из уровня техники известен способ регулирования температуры дорожного полотна, заключающийся во встраивании в его конструкцию трубок с теплообменной жидкостью для нагрева и охлаждения или электронагревателей (в дальнейшем теплообменные элементы). (В.Г. Николаев, “Обогрев и охлаждение дорог”, журнал “Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века”, №11-2007, с.34). Целью терморегулирования является управление тепловым расширением асфальтобетона для предотвращения образования трещин и повышения ресурсных характеристик, а также защита от образования наледи на поверхности. В частном случае, при обустройстве двух твёрдых слоёв дорожной одежды, конструкция которой описана выше, теплообменные элементы могут быть уложены поверх нижнего (несущего) слоя железобетона, после чего производится укладка верхнего (лицевого) слоя - асфальтобетона или цементобетона.The prior art method for regulating the temperature of the roadway, which consists in embedding in its design tubes with heat transfer fluid for heating and cooling or electric heaters (hereinafter heat exchange elements). (V.G. Nikolaev, “Heating and cooling of roads”, the magazine “Building materials, equipment, technologies of the 21st century”, No. 11-2007, p. 34). The purpose of thermal regulation is to control the thermal expansion of asphalt concrete to prevent cracking and increase resource characteristics, as well as protection against the formation of ice on the surface. In the particular case, when arranging two hard layers of pavement, the construction of which is described above, heat-exchange elements can be laid on top of the lower (bearing) layer of reinforced concrete, after which the upper (front) layer is laid - asphalt concrete or cement concrete.

Недостатком данного технического решения является высокая теплопроводность нижнего слоя железобетона (λ=2,1 Вт/м*К), нагрев или охлаждение которого не является полезной работой (т.к. теплообмен дорожного полотна с окружающей средой происходит сверху вниз - со стороны верхнего слоя) и фактически относится к теплопотерям. Так, при использовании цементобетона в качестве верхнего слоя скорость теплопередачи между нижним слоем и теплообменным элементом равна аналогичному показателю для верхнего за счёт схожих коэффициентов теплопроводности, а при использовании асфальтобетона с λ=0,9 Вт/м*К – в 2,3 раза выше, т.е. речь идёт о значительных теплопотерях в конструкции.The disadvantage of this technical solution is the high thermal conductivity of the lower layer of reinforced concrete (λ = 2.1 W / m * K), the heating or cooling of which is not useful work (since the heat exchange of the roadway with the environment occurs from top to bottom - from the top layer ) and actually refers to heat loss. So, when using cement concrete as the top layer, the heat transfer rate between the bottom layer and the heat exchange element is equal to the same indicator for the top due to similar heat conductivity coefficients, and when using asphalt concrete with λ = 0.9 W / m * K, it is 2.3 times higher , i.e. we are talking about significant heat loss in the design.

Из уровня техники известен способ ускорения теплопередачи между теплообменным элементом и нагреваемой (охлаждаемой) средой путём размещения теплоизоляционного материала между теплообменным элементом (или средой, в которой он расположен) и средой, не требующей теплообмена. Частным случаем является технология “тёплый пол”, где нижний (несущий) слой от теплообменного элемента или среды, температуру которой он регулирует, отделяет вспененный материал с λ=0,03-0,1 Вт/м*К (XPS, EPP, EPS, PPE…).The prior art method for accelerating heat transfer between a heat exchange element and a heated (cooled) medium by placing a heat-insulating material between the heat exchange element (or the medium in which it is located) and the medium that does not require heat transfer. A special case is the “warm floor” technology, where the lower (supporting) layer from the heat exchange element or the medium whose temperature it regulates separates the foam material with λ = 0.03-0.1 W / m * K (XPS, EPP, EPS , PPE ...).

Недостатком данного технического решения является низкая прочность подобных материалов на сжатие, т.е. они не могут использоваться для передачи нагрузок между слоями в описанных выше дорожных одеждах. К примеру, предел прочности при сжатии у одного из наиболее прочных используемых в строительстве теплоизоляторов “Пеноплэкс” - 0,5 МПа (ТУ 5767-006-56925804-2007), в то время как у асфальтобетона этот показатель - от 0,8 до 13,0 МПа (ГОСТ 9128-2013), а цементобетона – от 25 МПа (ГОСТ 33148-2014).The disadvantage of this technical solution is the low compressive strength of such materials, i.e. they cannot be used to transfer loads between layers in the pavement described above. For example, the compressive strength of one of the most durable Penoplex heat insulators used in construction is 0.5 MPa (TU 5767-006-56925804-2007), while for asphalt concrete this indicator is from 0.8 to 13 , 0 MPa (GOST 9128-2013), and cement concrete - from 25 MPa (GOST 33148-2014).

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей, на решение которой направлен заявленный способ, является повышение эффективности нагрева и охлаждения верхнего слоя жёсткой дорожной одежды при использовании теплообменных элементов.The problem to which the claimed method is directed is to increase the heating and cooling efficiency of the upper layer of rigid pavement when using heat-exchange elements.

Технический результат заявленного способа заключается в повышении скорости теплопередачи между теплообменным элементом и верхним слоем жёсткой дорожной одежды по сравнению с известными из уровня техники способами.The technical result of the claimed method is to increase the heat transfer rate between the heat exchange element and the upper layer of rigid pavement in comparison with methods known from the prior art.

Технический результат заявленного способа достигается за счёт размещения под верхним слоем жёсткой дорожной одежды, внутри которого находятся теплообменные элементы, слоя теплоизоляционного цементобетона с прочностью при сжатии не менее 25 МПа на основе полых микросфер, выполненного в виде заранее произведённых плит, содержащих пазы полукруглого сечения для укладки теплообменных элементов.The technical result of the claimed method is achieved by placing under the top layer of rigid pavement, inside of which there are heat exchanging elements, a layer of insulating cement concrete with a compressive strength of at least 25 MPa based on hollow microspheres made in the form of prefabricated plates containing semicircular grooves for laying heat exchange elements.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Детали, признаки, а также преимущества настоящего способа следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием чертежей, на которых показано:Details, features, as well as advantages of the present method follow from the following description of embodiments of the claimed technical solution using the drawings, which show:

Фиг.1 - разрез жёсткой дорожной одежды, в которой применён заявленный способ.Figure 1 - section of the pavement in which the claimed method is applied.

1 - верхний слой; 2 - нижний слой; 3 - слой теплоизоляционного цементобетона; 4 - теплообменный элемент в пазе полукруглого сечения1 - top layer; 2 - the bottom layer; 3 - a layer of heat-insulating cement concrete; 4 - heat exchange element in a groove of a semicircular section

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Заявленный способ заключается в размещении между верхним (1) и нижним (2) слоями жёсткой дорожной одежды теплоизоляционного слоя (3) цементобетона на основе полых микросфер, выполненного в виде заранее произведённых плит с прочностью при сжатии не менее 25 МПа, и содержащего пазы полукруглого сечения для последующей укладки теплообменных элементов (4).The claimed method consists in placing between the upper (1) and lower (2) layers of the pavement a heat-insulating layer (3) of cement concrete based on hollow microspheres, made in the form of pre-made plates with a compressive strength of at least 25 MPa, and containing grooves of a semicircular section for subsequent laying of heat exchange elements (4).

Теплоизоляционные свойства цементобетона (3) достигаются за счёт использования в качестве наполнителя полых микросфер (алюмо- или боросиликатных, стеклянных и др.), с низким коэффициентом теплопроводности λ=0,03-0.1 Вт/м*К, чьё влияние на снижение теплопроводности цементобетонов при сохранении прочностных характеристик доказано, к примеру, в патентах RU 2515450, RU 2154619, RU 2355656, а также в патенте RU 176727.The heat-insulating properties of cement concrete (3) are achieved due to the use of hollow microspheres (aluminum or borosilicate, glass, etc.) as filler, with a low coefficient of thermal conductivity λ = 0.03-0.1 W / m * K, whose influence on the decrease in thermal conductivity of cement concrete while maintaining the strength characteristics, it is proved, for example, in patents RU 2515450, RU 2154619, RU 2355656, as well as in patent RU 176727.

В заявленном способе минимальным достаточным условием является соответствие цементобетона, используемого в теплоизоляционном (3) слое, классу прочности на сжатие, эквивалентному используемому в нижнем (2) слое дорожного полотна железобетону, B25, или 25 МПа, что следует из п. 5.2.5. ГОСТ 33148-2014 “Дороги автомобильные общего пользования. Плиты дорожные железобетонные. Технические требования”.In the claimed method, the minimum sufficient condition is the conformity of the cement concrete used in the insulating (3) layer to the compressive strength class equivalent to that used in the lower (2) layer of the roadway reinforced concrete, B25, or 25 MPa, which follows from paragraph 5.2.5. GOST 33148-2014 “General automobile roads. Reinforced concrete road slabs. Technical requirements".

В заявленном способе плиты из теплоизоляционного (3) цементобетона укладываются на нижний (2) слой при помощи сильно адгезирующего связующего.In the inventive method, slabs of heat-insulating (3) cement concrete are laid on the lower (2) layer using a highly adhesive binder.

Технический результат заявленного изобретения, заключающийся в повышении скорости теплопередачи между теплообменным элементом (4) и верхним (1) слоем, считается достигнутым, поскольку коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя (3), содержащего полые микросферы, в любом случае ниже, чем у нижнего (2) слоя цементобетона. Эффективная толщина теплоизоляционного слоя (3) определяется расчётом тепловых сопротивлений для конкретного объекта, зависит от типа и толщины верхнего (1) слоя, мощности теплообменной системы (4), условий климата и др.The technical result of the claimed invention, which consists in increasing the heat transfer rate between the heat exchange element (4) and the upper (1) layer, is considered achieved, since the thermal conductivity of the heat-insulating layer (3) containing hollow microspheres is in any case lower than that of the lower (2) cement concrete layer. The effective thickness of the heat-insulating layer (3) is determined by calculating the thermal resistances for a particular object, depending on the type and thickness of the upper (1) layer, the power of the heat exchange system (4), climate conditions, etc.

Claims (1)

Способ нагрева или охлаждения верхнего слоя жесткой дорожной одежды, включающий размещение под ним слоя теплоизоляционного цементобетона на основе полых микросфер с коэффициентом теплопроводности λ=0,03-0,1 Вт/м*К, при этом слой теплоизоляционного цементобетона используют в виде плит с прочностью при сжатии не менее 25 МПа с пазами полукруглого сечения, в которые укладывают теплообменные элементы.A method of heating or cooling the upper layer of rigid pavement, comprising placing a layer of heat-insulating cement concrete under it based on hollow microspheres with a thermal conductivity coefficient λ = 0.03-0.1 W / m * K, while the layer of heat-insulating cement concrete is used in the form of plates with strength at compression not less than 25 MPa with grooves of a semicircular section in which heat-exchange elements are laid.
RU2018136639A 2018-10-15 2018-10-15 Method for controlling temperature of the upper layer of road pavement RU2698112C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018136639A RU2698112C1 (en) 2018-10-15 2018-10-15 Method for controlling temperature of the upper layer of road pavement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018136639A RU2698112C1 (en) 2018-10-15 2018-10-15 Method for controlling temperature of the upper layer of road pavement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2698112C1 true RU2698112C1 (en) 2019-08-22

Family

ID=67733772

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018136639A RU2698112C1 (en) 2018-10-15 2018-10-15 Method for controlling temperature of the upper layer of road pavement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2698112C1 (en)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU80315A1 (en) * 1948-01-28 1948-11-30 К.И. Страхов Road surface for streets, squares, sidewalks, etc.
SU1482990A1 (en) * 1987-06-11 1989-05-30 Куйбышевский инженерно-строительный институт им.А.И.Микояна Motorway
RU2060316C1 (en) * 1994-01-05 1996-05-20 Николай Артемович Седых Device for protecting coating applied on construction
RU2287040C2 (en) * 2004-10-15 2006-11-10 Эрнст Михайлович Симкин Device for pavement heating or cooling
RU88030U1 (en) * 2009-07-15 2009-10-27 Андрей Владимирович Корочкин DEVELOPMENT OF ROAD CLOTHES
KR20110090040A (en) * 2010-02-02 2011-08-10 한국도로공사 Snow melting road paving structure and snow melting road paving method
RU172126U1 (en) * 2017-01-16 2017-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный лесотехнический университет" ROAD CLOTHING
RU176727U1 (en) * 2017-11-20 2018-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Новопроект" PAVING COATING

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU80315A1 (en) * 1948-01-28 1948-11-30 К.И. Страхов Road surface for streets, squares, sidewalks, etc.
SU1482990A1 (en) * 1987-06-11 1989-05-30 Куйбышевский инженерно-строительный институт им.А.И.Микояна Motorway
RU2060316C1 (en) * 1994-01-05 1996-05-20 Николай Артемович Седых Device for protecting coating applied on construction
RU2287040C2 (en) * 2004-10-15 2006-11-10 Эрнст Михайлович Симкин Device for pavement heating or cooling
RU88030U1 (en) * 2009-07-15 2009-10-27 Андрей Владимирович Корочкин DEVELOPMENT OF ROAD CLOTHES
KR20110090040A (en) * 2010-02-02 2011-08-10 한국도로공사 Snow melting road paving structure and snow melting road paving method
RU172126U1 (en) * 2017-01-16 2017-06-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уральский государственный лесотехнический университет" ROAD CLOTHING
RU176727U1 (en) * 2017-11-20 2018-01-25 Общество с ограниченной ответственностью "Новопроект" PAVING COATING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Al-Sanea Thermal performance of building roof elements
Sharifi et al. Application of a PCM-rich concrete overlay to control thermal induced curling stresses in concrete pavements
Emanuel et al. Temperature distributions in composite bridges
Ceylan et al. Heated transportation infrastructure Systems: existing ande emerging technologies
RU2698112C1 (en) Method for controlling temperature of the upper layer of road pavement
CN216338831U (en) Ramp surface layer anti-slip structure of indoor ski field snow way cold bridge cut-off
DK168752B1 (en) surface coating
CN104633808A (en) Heating and cooling dualpurpose floor heating module
Xiao et al. Use of geothermal deep foundations for bridge deicing
Oubenmoh et al. Thermal performance analysis of functional parameters of the floor heating system in Africa
CN221740792U (en) Asphalt road temperature adjusting device
Lichołai et al. Analysis of the thermal characteristics of anti-icing driveway plates
Chen et al. Design and performance of an asphalt pavement snow melting system
CN217303048U (en) Indoor ice rink accuse temperature structure
KR102581874B1 (en) Floor Structure Of Concrete Structures
RU2715949C1 (en) Heat insulation of external pipelines with function of protection against destructive effects, in conditions of laying in residential territory
Volodko et al. METHOD OF THERMAL CALCULATION OF HEATING ROAD COVERING
Abraham et al. Heat Exchangers for pavement surface de-icing
CN212053882U (en) Waterproof construction that has building and newly-built building contact
Ivantsov Comparative longevity of enclosing structures depending on climatic conditions and architectural and constructive characteritcs of buildings
RU2715067C1 (en) Three-layer resource-saving reinforced concrete panel
CN116988379A (en) Bridge deck structure for melting ice and snow by using heating cable and energy consumption calculation method thereof
Gotcadze Strength and building physics analysis of the composite timber beam
Younis Building Roofs in Sudan
Alghoul et al. Asphalt Pavement Temperature Fluctuation: Impacts and Solutions

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201016