Бетонная шпала для высоких динамических нагрузок и способ ее изготовления

(51) 01 3/46 (2006.01) Е 01 В 3/28 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) БЕТОННАЯ ШПАЛА ДЛЯ ВЫСОКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Бетонная шпала для высоких динамических нагрузок состоит из основания (1) с опорными поверхностями для рельс (2) и слоя высокопрочного обычного бетона (4), способного выдерживать высокие нагрузки на сжатие, в которой опорные поверхности для рельс (2) и/или основание шпалы содержат элементы из износостойкого, устойчивого к истиранию или устойчивого к растяжению материала. 22328 Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к бетонной шпале, предназначенной для работы в условиях высоких динамических нагрузок,включающей опорные поверхности для рельс и основание, содержащей слой высокопрочного обычного бетона, способного выдерживать высокие нагрузки на сжатие. При наличии высоких динамических нагрузок на шпалы обычно происходит износ в области опорных поверхностей для рельс и в нижней части бетонных шпал. Этот износ возникает за счет сжатия эластичных прокладок, расположенных между рельсом и бетонным корпусом бетонной шпалы или за счет сдвига частиц гравия в балластном слое под бетонной шпалой. Такой износ может также возникнуть, например, при торможении очень длинных составов поездов, используемых в США и Австралии, которые могут сместить сварные рельсы на несколько миллиметров, что приведет,соответственно, к износу бетонных шпал. При наличии пульсирующих вертикальных нагрузок эластичные прокладки сжимаются по вертикали и расширяются в горизонтальной плоскости, в результате чего происходит истирание опорных поверхностей шпал. С нижней стороны бетонных шпал частицы балластного слоя также способствуют истиранию бетона шпал. Все это приводит к удалению материала из опорных поверхностей для рельс и в нижней части шпал. Таким образом, геометрия и несущая способность бетонных шпал со временем существенно ухудшаются, и шпалы более не являются безопасными и прочными опорными элементами. Задачей изобретения является разработка недорогой износоустойчивой бетонной шпалы,выдерживающей высокие динамические нагрузки. Техническим результатом при этом является повышение износоустойчивости шпалы. Технический результат достигается тем, что согласно изобретению, опорные поверхности для рельс и/или основание шпалы содержат элементы,выполненные из износостойкого, устойчивого к истиранию или устойчивого к растяжению материала. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления бетонной шпалы заявленной конструкции. В соответствии с изобретением износоустойчивый, устойчивый к истиранию или устойчивый к растяжению элемент в виде предварительно изготовленной пластины или профиля размещен на основании под слоем обычного бетона или над ним и закреплен с ним за счет затвердевания бетона. Износостойким,устойчивым растяжению элементом может быть, например, установленный металлический уголок. Частным случаем изобретения является размещение и закрепление износоустойчивого,устойчивого к истиранию и устойчивого к растяжению элемента во влажном стандартном бетоне, находящемся в основании шпалы, при котором в зависимости от места расположения в 2 основании шпалы, сначала износоустойчивый,устойчивый к истиранию или устойчивый к растяжению элемент помещается на основание шпалы в виде отдельного бетонного слоя и затем на него укладывается обычный бетон, или же в обратном порядке сначала заливается обычный бетон, а затем укладывается дополнительный верхний слой бетона для образования износоустойчивого, устойчивого к истиранию и устойчивого к растяжению элемента. Согласно изобретению, при изготовлении бетонной шпалы укладывают один за другим во влажном состоянии различные по составу бетонные смеси, при этом слой обычного бетона и слой стойкого бетона могут смешиваться на границе соединения слоев посредством встряхивания или вибрации для формирования монолитного блока,имеющего по своей высоте различные характеристики прочности на изгиб, на растяжение и устойчивости к истиранию. Частным случаем изобретения, являющимся развитием заявляемого способа,является предпочтительное использование заранее изготовленной пластмассовой пластины,которую размещают на основании шпалы в пластичном состоянии и в этом состоянии связывают с бетоном. Преимущества и особенности изобретения раскрыты в последующем описании и проиллюстрированы на чертежах, где- на фиг. 1 и 2 показан продольный разрез основания для изготовления бетонной шпалы в соответствии с изобретением, имеющей устойчивые к истиранию опорные поверхности для рельс различных модификаций, показанных с левой и с правой стороны шпалы на фиг. 3 и 4 показан продольный разрез основания шпалы с двумя разными стадиями заполнения слоями бетона, изготовленной в соответствии с изобретением, с размещением устойчивого к истиранию и/или износоустойчивого элемента в верхней части бетонной шпалы на фиг. 5 и 6 - продольный разрез основания шпалы,изготовленной в соответствии с изобретением и обладающей высокой прочностью на растяжение на фиг. 7 - 9 - продольный разрез основания шпалы на разных стадиях изготовления бетонной шпалы, центр верхней части которой подвержен высоким нагрузкам на растяжение. На фиг. 1 показано основание (1) бетонной шпалы, имеющей сформированные опорные поверхности для рельс (2). Для повышения устойчивости к истиранию и износостойкости опорных поверхностей для рельс (2), действующих как опоры в случае высоких динамических,возможно, пульсирующих вертикальных нагрузок,стальные уголки (3) могут быть размещены перед заполнением бетонным слоем, как показано на фиг. 1 справа, или может быть нанесен первый бетонный слой(3),состоящий из износостойкого,устойчивого к истиранию материала, как показано на фиг. 1 слева. Затем на основание укладывают слой обычного бетона (4), как показано на фиг. 2. В 22328 этом случае готовый элемент, в частности, стальной уголок (3), связывают со слоем высокопрочного обычного бетона (4) или, как показано слева, два типа бетона смешивают на стыке слоев посредством встряхивания и вибрации для образования монолитного блока, имеющего по всей своей высоте разные требующиеся степени устойчивости износу и истиранию. На фиг. 3 и 4 показан разрез шпалы,изготовленной по заявляемому способу и обладающей высокими свойствами износостойкости и устойчивости к истиранию. На основание (1) шпалы укладывают сначала слой обычного бетона(4), немного не доходя до верхнего уровня высоты шпалы, а затем на еще влажный слой обычного бетона (4) укладывают слой устойчивого к истиранию и/или износостойкого бетона (3). На фиг. 5 и 6 показан разрез шпалы,изготовленной по заявляемому способу, в области опорных поверхностей для рельс которой наблюдается высокое давление. Сначала, как и ранее, на основание (1) шпалы укладывают слой высокопрочного на сжатие обычного бетона (4), не доходя до верхнего уровня высоты шпалы примерно наполовину этой высоты, и затем на него укладывают слой прочного на растяжение бетона(3) и далее эти два слоя посредством уплотнения и вибрации смешивают на границе их соединения для формирования монолитного блока. И, наконец, на фиг. 7 - 9 показан разрез шпалы,изготовленной по заявляемому способу, как показано на фиг. 5 и 6, для случаев, когда центральная часть шпалы, которая обычно остается неподвижной, также оказывается под действием растягивающих напряжений, возникающих в центре ее верхней поверхности. Сначала слой устойчивого к растяжению бетона (3) укладывают на поверхность центральной части основания (1) шпалы как первый бетонный слой и далее слой обычного бетона (4) укладывают на основание (1), а затем на него, как на фиг. 5 и 6, укладывают слой устойчивого к растяжению бетона (3). Изобретение не ограничивается изображениями,приведенными на фигурах. Используя различные устойчивые к истиранию или износостойкие типы бетона, а также устойчивый к растяжению бетон в разных участках шпалы, можно совмещать, к примеру,варианты,которые увеличивают устойчивость к растяжению, как показано на фиг. 59, с вариантами, которые обеспечивают высокую устойчивость к истиранию, как показано, например,на фиг. 1-4. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Бетонная шпала для высоких динамических нагрузок, включающая опорные поверхности для рельс (2) и основание (1), содержащая слой из высокопрочного обычного бетона (4), способного выдерживать высокие нагрузки на сжатие,отличающаяся тем, что опорные поверхности для рельс (2), размещенные на основании и/или основание(1) снабжены элементами,выполненными из износостойкого, устойчивого к истиранию или устойчивого к растяжению материала. 2. Бетонная шпала по п. 1, отличающаяся тем,что износостойким, устойчивым к истиранию или растяжению элементом является предварительно изготовленная пластина или профиль (3), например,металлический уголок, преимущественно стальной уголок. 3. Бетонная шпала по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что износостойким, устойчивым к растяжению элементом является слой бетона (3, 3),размещенный внутри слоя обычного бетона (4) и/или дополнительный слой бетона (3, 3). 4. Способ изготовления бетонной шпалы для высоких динамических нагрузок, состоящей из основания (1) с опорными поверхностями для рельс(2) и слоя высокопрочного обычного бетона (4),способного выдерживать высокие нагрузки на сжатие, отличающийся тем, что на опорные поверхности для рельс (2) и/или на основание (1) шпалы устанавливают износостойкий, устойчивый к растяжению элемент в виде пластины или профиля,на который наносят слой обычного бетона (4), или же пластину или профиль помещают сверху на слой обычного бетона (4), при этом пластина или профиль связывается со слоем обычного бетона (4) по мере его затвердевания. 5. Способ изготовления бетонной шпалы по п. 4,отличающийся тем,что устанавливают износостойкий, устойчивый к растяжению элемент в виде металлического уголка, преимущественно стального уголка. 6. Способ изготовления бетонной шпалы по п. 4,отличающийся тем, что в качестве износостойкого,устойчивого к растяжению элемента используют слой бетона (3, 3), размещенный внутри слоя обычного бетона (4) и/или дополнительный слой бетон (3, 3), которые соединяют со слоем обычного бетона (4), находящегося во влажном состоянии на основании (1) шпалы, при этом слои связываются между собой по мере затвердевания бетона. 7. Способ изготовления бетонной шпалы по п. 6,отличающийся тем, что на основание (1) шпалы последовательно слоями укладывают разные типы бетона, которые смешивают на границе соединения слоев посредством встряхивания или вибрации для формирования монолитного блока. 8. Способ изготовления бетонной шпалы по п. 4,отличающийся тем,что устанавливают износостойкий, устойчивый к растяжению элемент предпочтительно в виде предварительно изготовленной пластмассовой пластины. 9. Способ изготовления бетонной шпалы по п. 8,отличающийся тем, что пластмассовую пластину помещают на основание (1) шпалы в пластичном состоянии и в этом состоянии связывают с бетоном.