Повышение несущей способности и безопасности ледовых автозимников с помощью армирования и модификации льда

Введение. Природные процессы, связанные с оттаиванием вечной мерзлоты, и сопутствующие им риски техногенных катастроф в последние годы неуклонно возрастают. Одновременно открывается новое пространство возможностей по развитию территорий, формированию новых маршрутов транспортировки грузов как транзитом, так и непосредственно в регионы Арктики. Возрастает количество потребителей, повышаются требования к экономической эффективности транспортной инфраструктуры и требования к материалам для ее строительства и содержания.

Материалы и методы. Водный лёд – одна из самых распространённых в северной природе субстанций, а опыт его использования в качестве строительного материала уходит вглубь веков. При этом применение водного льда до настоящего времени не имеет альтернативы при строительстве сезонных ледовых дорог и переправ, в том числе для решения задач нефтегазодобывающих компаний. Возможностям применения современных материалов, изменяющих свойства водного льда и конструктивно-технологических решений для увеличения грузоподъемности и безопасности ледовых переправ и продления сроков эксплуатации автозимников, посвящена данная статья.

Результаты. Экспериментально-теоретические исследования, испытания на полигоне, опытно-производственные испытания на ледовых переправах показали возможность значительно повысить грузоподъёмность и безопасность движения транспорта при армировании льда. Введение модификаторов водного льда совместно с его армированием существенно улучшают физико-механические свойства водного льда.

Заключение. Изложено представление авторов о возможностях значительного увеличения несущей способности ледового покрова на автозимниках, безопасности движения транспорта, продления сроков их эксплуатации при комбинированном применении специальных армирующих материалов и химических модификаторов водного льда. Раскрыты причины ограниченного применения рекомендаций, предложенных авторами.

1. KianiS. etal. Effects of recent temperature variability and warming on the Oulu-Hailuoto ice road season in the northern Baltic Sea // Cold Regions Science and Technology. 2018. Т. 151. P. 1-8.

2. Barrette P.D., Charlebois L., Butt B. Reinforcement of ice covers for transportation: Material investigation and preliminary laboratory testing. – National Research Council Canada= Conseil national de recherches Canada, 2019.

3. Thompson Towell K.L. et al. Construction and structural analysis of an arched cellulose reinforced ice bridge for transportation infrastructure in cold regions // Cold Reg. Sci. Technol. Elsevier, 2022. Vol. 198. P. 103508.

4. Pronk A. et al. The 2017–18 design and construction of ice composite structures in Harbin // Structures. Elsevier, 2019. Vol. 18. P. 117–127.

5. Lou X., Wu Y. Influence of temperature and fiber content on direct shear properties of plain ice and fiberreinforced ice // Cold Reg. Sci. Technol. Elsevier, 2022. Vol. 194. P. 103458.

6. Timco G.W., Weeks W.F. A review of the engineering properties of sea ice // Cold Reg. Sci. Technol. Elsevier, 2010. Vol. 60, № 2. P. 107–129.

7. Якименко О.В., Матвеев С.А., Сиротюк В.В. Исследование напряженного состояния и расчёт несущей способности армированной ледяной плиты // Вестник СибАДИ. 2014. 3(37). С.63–67.

8. Якименко О.В., Сиротюк В.В. Усиление ледовых переправ геосинтетическими материалами: монография. Омск: СибАДИ, 2015. 168 с. 1 эл. опт. диск (CD-ROM): ил., табл. Библиогр.: С. 160–168. Реж. доступа: http://bek.sibadi.org/fulltext/ESD56.pdf

9. Якименко О.В., Сиротюк В. В. Опыт армирования ледового покрова на переправах с помощью геосинтетических материалов // Криосфера Земли. 2016. Т. 20, № 3. С. 86–94.

10. Сыромятникова А. С. Перспективы применения ледяных композиционных материалов для строительства ледовых переправ // Арктика: экология и экономика. 2022. №. 2. 281 с.

11. Vasiliev N.K. et al. A review on the development of reinforced ice for use as a building material in cold regions //Cold Regions Science and Technology. 2015. Т. 115. С. 56-63.

12. Buznik V.M. et al. Strengthening of ice with basalt materials //Cold Regions Science and Technology. 2022.Т. 196. P. 103490.

13. Buznik V.M. et al. Experimental study of the impact of crystallization parameters on properties of modified and reinforced ice structures intended for sports facilities and the Arctic // Proceedings of the 25th IIR International Congress of Refrigeration (Montreal, August 24-30, 2019). Montreal, Quebec, Canada: IIR, 2019. P. 1110-1117.