Применение пеностекла для защиты деградирующих грунтов криолитозоны

  • Авторы: Никифорова Н.С.1, Коннов А.В.2
  • Учреждения:
    1. Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
    2. Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук
  • Выпуск: Том 14, № 1 (2023)
  • Страницы: 74-87
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://ered.pstu.ru/index.php/CG/article/view/3915
  • DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2023.1.08
  • Цитировать

Аннотация


Статья посвящена исследованию применения пеностекла для предотвращения деградации многолетнемерзлых грунтов по причине потепления климата. В программном комплексе Frost 3D для условий Норильска моделировалось без учета теплового влияния здания устройство пеностекла для теплоизоляции основания, сложенного суглинистыми грунтами, преобразованного с помощью столбов из щебня и пеностекла. Кроме того, исследовалось утепление грунтов преобразованного столбами основания в проветриваемом подполье нового (в Якутске) и существующего (в Норильске) зданий, построенных по I принципу строительства на многолетнемерзлых грунтах. Прогноз распределения температуры в грунтовом мерзлом основании без учета теплового влияния здания показал, что в условиях потепления климата устройство теплоизоляции основания с применением пеностекла позволяет уменьшить толщину сезонно-талого слоя на 0,3…0,4 м и снизить температуру многолетнемерзлых грунтов. Пеностекло может применяться для теплоизоляции оснований из слабых грунтов, преобразованных с помощью столбов из щебня, а также в перспективе как материал для самих столбов. Для нового здания на преобразованном столбами из щебня основании укрытие поверхности проветриваемого подполья теплоизолирующим материалом из пеностекла в теплый период позволило значительно уменьшить толщину сезонно-талого слоя (на 0,9 м). Проведенное численное моделирование показало эффективность применения пеностекла для предотвращения деградации многолетнемерзлых грунтов по причине потепления климата. Пеностекло является перспективным материалом для разработки технологических мероприятий, обеспечивающих работоспособность оснований и фундаментов зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах в условиях изменения климата.

Полный текст

Деградации многолетнемерзлых грунтов (ММГ) вследствие потепления климата посвящены исследования В.А. Ильичева, Н.С. Никифоровой, А.В. Коннова [1–3]. Вопросам применения теплоизоляционных материалов для предотвращения деградации ММГ посвящены работы А.Г. Алексеева, В.Е. Конаша, Л.Н. Хрусталева [4], И.В. Бессонова [5, 6] и др. В настоящее время в России в качестве теплоизоляционного материала применяется пеностекло – гранулированное и блочное. Закрытая пористость и неорганический состав пеностекла обусловливают его физико-механические и теплофизические свойства: водо- и паронепроницаемость, негорючесть, устойчивость к коррозии, усадке и гниению, морозоустойчивость и долговечность [7]. Благодаря своим свойствам пеностекло является перспективным материалом, объемы использования которого растут. Прогнозируется, что пеностекольный щебень за период 2020–2022 гг. займет более 2 % общего рынка теплоизоляционных материалов [5]. Активно ведутся разработки технологий производства пеностекла с использованием природного сырья, альтернативного стеклобою. Наиболее подходящими для изготовления пеностекла являются кремнистые и алюмосиликатные породы [7]. Перспективы производства пеностекла в России подробно рассмотрены в статьях В.И. Кирко, А.А. Григоряна, Л.К. Казанцевой и др., где отмечается возможность использования для его производства песка и промышленных отходов [8], перлита [9], цеолита или туфов [10]. В монографии А.Е. Местникова и Т.С. Антипкиной [11] изложены результаты выполненных научно-исследовательских работ по комплексному использованию цеолитов в строительстве. Исследования показали, что цеолитовые породы являются сырьем для производства блочного и гранулированного пеностекла низкой плотности (Д250…Д400), низкой теплопроводности и достаточной прочности, в том числе для применения его в самонесущих ограждающих конструкциях. Д.В. Васильева с соавторами [12] сообщает о разработке инновационного проекта по организации производства гранулированного пеностекла – пеноцеолита из цеолитосодержащих пород Сунтарского месторождения в Якутии. Выбор цеолита обусловлен доступностью, огромным запасом природного сырья (более 11 465 тыс. т) и низкой энергоемкостью его обработки. В Норильске наибольший интерес в качестве сырья для производства пеностекольного щебня представляет стеклогранулят, получаемый в процессе изготовления минеральной ваты на заводе строительных материалов и конструкций Норильского обеспечивающего комплекса (НОК), туфоаргелиты Кайерканского месторождения, а также промышленный и бытовой стеклобой.

Об авторах

Н. С. Никифорова

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

А. В. Коннов

Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук

Список литературы

  1. Никифорова Н.С., Коннов А.В. Несущая способность свай в многолетнемерзлых грунтах при изменении климата // Construction and Geotechnics. - 2021. - Т. 12, № 3. - C. 14-24. doi: 10.15593/2224-9826/2021.3.02
  2. Nikiforova N.S., Konnov A.V. Forecast of the soil deformations and decrease of the bearing capacity of pile foundations operating in the cryolithozone // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. - 2022. - № 18 (1). - P. 141-150. doi: 10.22337/2587-9618-2022-18-1-141-150
  3. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Коннов А.В. Прогноз изменения температурного состояния основания здания в условиях потепления климата // Жилищное строительство. - 2021. - № 6. - C. 18-24. doi: 10.31659/0044-4472-2021-6-18-24
  4. Алексеев А.Г., Конаш В.Е., Хрусталев Л.Н. Применение фундаментов малоэтажных сооружений на теплоизолированных песчаных подсыпках в районах распространения многолетнемерзлых грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2018. - № 2. - С. 36-40.
  5. Анализ конструктивных решений в зависимости от типа изоляционных материалов в дорожных покрытиях в многолетнемерзлых грунтах / И.В. Бессонов, А.Д. Жуков, Е.Ю. Боброва, И.С. Говряков, Э.А. Горбунова // Транспортное строительство. - 2022. - № 1. - С. 14-17.
  6. Исследования теплоизоляционных свойств щебня из пеностекла в основаниях автомобильных дорог в многолетнемерзлых и пучинистых грунтах / И.В. Бессонов, А.Д. Жуков, Е.Ю. Боброва, И.С. Говряков, Э.А. Горбунова // Транспортное строительство. - 2022. - № 2. - С. 12-15.
  7. Казанцева Л.К., Стороженко Г.И. Особые свойства пеностекла из природного сырья // Строительные материалы. - 2013. - № 9. - С. 34-38.
  8. Перспективы использования промышленных отходов в производстве пеностекла / В.И. Кирко, М.М. Колосова, А.А. Мазалова, Г.Е. Нагибин, О.В. Помилуйков, О.А. Резинкина // Пеностекло - стекло мира. - 2013. - № 3-4. - С. 77-79.
  9. Способ получения пеностекла: пат. СССР / Григорян А.А., Мелконян Г.С., Саркисян А.А. - № 1571015; опубл. 15.06.90. Б.И. № 22.
  10. Казанцева Л.К., Соболева В.С. Особенности изготовления пеностекла из цеолитщелочной шихты // Стекло и керамика. - 2013. - № 8. - С. 3-7.
  11. Местников А.Е., Антипкина Т.С. Строительные материалы и технологии для Севера и Арктики: монография. - М.: АСВ, 2021. - 218 с.
  12. Vasileva D.V., Fedorov V.I., Mestnikov A.E. Physical and mechanical properties of granulated foam glass - Foam zeolite and light concrete based on it // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2015. - Р. 020109. doi: 10.1063/1.5055182
  13. Справочно-информационный портал "Погода и климат" [Электронный ресурс]. Архив погоды по метеостанциям России: сайт. - URL: http://pogodaiklimat.ru/archive.php?id=ru (дата обращения: 03.11.2022).
  14. Школьник И.М., Ефимов С.В. Региональная модель нового поколения для территории северной Евразии // Труды ГГО. - 2015. - Вып. 576. - С. 201-211.
  15. Развитие технологии вероятностного прогнозирования регионального климата на территории России и построение на ее основе сценарных прогнозов изменения климатических воздействий на секторы экономики. Часть1: Постановка задачи и численные эксперименты / В.М. Катцов [и др.] // Труды ГГО. - 2016. - Вып. 583. - С. 7-29.
  16. Развитие технологии вероятностного прогнозирования регионального климата на территории России и построение на ее основе сценарных прогнозов изменения климатических воздействий на секторы экономики. Часть 2: Оценки климатических воздействий / В.М. Катцов [и др.] // Труды ГГО. - 2019. - Вып. 593. - С. 6-52.
  17. Демидюк Л.М. Состав и криогенное строение пород // Геокриология СССР. Средняя Сибирь. - М.: Недра, 1989. - C. 176-180.
  18. Гребенец В.И., Исаков В.А. Деформации автомобильных и железных дорог на участке Норильск - Талнах и методы борьбы с ними // Криосфера Земли. - 2016. - Т. XX, № 2. - С. 69-77.
  19. Active-layer Monitoring at a New CALM Site, Taimyr Peninsula, Russia / F.N. Zepalov [et al] // Proc. of the 9th Intern. Conf. on Permafrost. Fairbanks, Alaska. - 2008. - Vol. 2. - P. 2037-2042.
  20. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Коннов А.В. Влияние преобразования грунтов криолитозоны на их температурное состояние в основании здания //Жилищное строительство. - 2022. - № 9. - C. 12-17. doi: 10.31659/0044-4472-2022-9-12-17

Статистика

Просмотры

Аннотация - 70

PDF (Russian) - 39

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Никифорова Н.С., Коннов А.В., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах