VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Одной из актуальных проблем развития лесной отрасли является прокладка и содержание временных лесовозных дорог на грунтах с низкой несущей способностью. До сих пор в качестве решения этой проблемы активно используется сооружение дорог из бревен – лежнёвок. Использование таких дорог, не только приводит к нарушению экологического состояния окружающей среды, но и дорого, и нецелесообразно используется древесина, так же необходимо отметить эти покрытия требуют частых остановок на ремонт дороги.

Для решения этой проблемы необходимо создать новое дорожное покрытие, которое не имело бы выше перечисленных недостатков.

Проанализировав современные материалы, наиболее перспективными для покрытия из них являются композиты, но не «классические», а архиматы – одна из разновидностей композиционных материалов, основой которых могут быть металлы, керамика, полимеры и их сочетания.

Их отличие от «классических» композитов состоит не только в заранее заданной структуре материала, но и во внутренней архитектуре, что координально изменяет его свойства: материал может быть одновременно прочным, пластичным, коррозионностойким и звуко- и теплоизолирующим.

Если взять пластину из твёрдого непластичного материала типа стекла или керамики, легко увидеть, что она обладает сравнительно невысокой прочностью на изгиб. Большую пластину сравнительно просто сломать или разбить. Однако измельчить осколки уже довольно затруднительно. И чем меньше элемент из твёрдого материала, тем выше его удельная прочность. Исходя из этого возникла идея попробовать «набирать» элементы большого размера из маленьких, сцепленных друг с другом за счёт особой формы. То есть задавать геометрию и взаимное расположение составляющих таким образом, чтобы они в совокупности образовывали деталь нужной формы, но при этом оставались несвязанными на молекулярном уровне с соседними элементами. Понятно, что при этом у каждого элемента имеется некоторая свобода смещений в своём индивидуальном «гнезде». И ещё очень важно, что степень этой относительной свободы может быть разной в зависимости от нагрузки на деталь: при низкой нагрузке элементы могут перемещаться относительно друг друга на заметные расстояния, а с увеличением нагрузки их контакт становится более плотным и взаимные перемещения оказываются сильно ограниченными.

Таким образом, важное свойство архиматериала — его немонолитность. Материал представляет собой не единый массив, а конгломерат из отдельных сегментов — самозацепленных блоков, которые могут быть самой разной формы — тетраэдрами, кубами или другими членами семейства так называемых Платоновых тел. Возможны и другие формы блоков, самозацепление которых происходит за счёт выпукловогнутых контактных поверхностей. Деталь остаётся целостной и не теряет работоспособности при ударах, даже если при этом разрушается некоторая часть блоков».

Структура материала позволяет смешивать материалы различной природы на уровне блоков, причём это смешение возможно практически в любых пропорциях, что для ряда веществ недостижимо иным способом.

По этой же технологии предлагаем создать «многоразовое» дорожное покрытие. Понимая под «многоразовым» возможность использовать покрытие после окончания эксплуатации дороги: покрытие сворачивается «как ковер» и перевозиться на новую дорогу, где разворачивается и укладывается повторно.

По уже изложенному выше принципу, создано наше покрытии: блоки сложной геометрической формы размером ~ 10х10 сантиметров (рисунок 1), закреплены в мозаичном порядке на гибком основании из полистирола с наполнителем из нано частиц.

Рисунок 1 – Блок покрытия

Благодаря форме блоков, конструкция легко сгибается в одну сторону и образует жесткое сцепление в другую, то есть ровную поверхность. Как говорилось выше блоки располагаются в мозаичном порядке, это нужно для того что бы чередовать блоки из прочного (тяжелого) и менее прочного, но легкого (дешевого) материала, что позволяет значительно уменьшить вес покрытия и снизить его стоимость. Удельная прочность покрытия из-за вставки менее прочного материала практически не падает, так как распределение нагрузки между блоками происходит равномерно за счет того, блоки расположены в шахматном порядке и каждый из них, на одну треть покрывает два следующих.

Рисунок 2  – Пример соединения покрытия

Сложность формы модулей, компенсирует технология производства – 3D печать, так же технология позволяет легко менять состав и структуру в зависимости от условий, в которых будет использоваться покрытие.

Ввиду использование мозаичной структуры архиматериала, а так же использование новых материалов и упрочняющих технологий позволяет увеличить срок службы дорожного покрытия, без потери прочности при увеличение осевой нагрузки, то есть увеличения рейсовой нагрузки машин (полезного груза).

Библиографические ссылки

1. Елисеева П. Мегагрант на наноструктуры [Электронный ресурс]: ГАЗЕТА.RU URL: http://www.gazeta.ru/science/2013/06/20_a_5381237.shtml (дата обращения 11.12.2014г)

2. Зимина Т. Архиматы, они же гибриды [Текст]: Зимина, Д. Зыков / Наука и жизнь. – 2014. – № 1. – С. 54-55.