СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ЛЕДЯНОГО СООРУЖЕНИЯ
ICE STRUCTURE ERECTION METHOD

Изобретение относится к области строительства в северных районах и предназначено для возведения ледяных инженерных сооружений, аккумуляции холода и образования сводчатых ледяных сооружений для хранения на (не)плавучих ледяных или ледопородных платформах на шельфах морей, а также может быть использовано для развлекательных, рекламных и других целей.
Известен способ создания ледяных сооружений с помощью надувных устройств для создания арочных или иных полостей необходимой конфигурации, на которые начинают намораживать лед, при этом создаваемые полости и сооружения соединены последовательно между собой надувными устройствами, которые по мере наращивания ледяного сооружения последовательно перемещают на определенный уровень как в вертикальном, так и горизонтальном направлении (патент РФ №2121037, МПК: E02D 3/115, опубл. 27.10.1998 г.).
Недостатками аналога являются низкая термостойкость ледяного сооружения, обусловленная высокой теплопроводностью льда (2,2 Вт/м·K), а также то, что низкая прочность и трещиностойкость льда существенно ограничивают размеры создаваемых арочных и иных полостей (куполов) как по высоте, так и по диаметру сооружений.
Наиболее близким к предлагаемому является способ возведения ледяного сооружения, включающий разработку площадки, на которой устанавливают надувные конструкции с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполняют воздухом, намораживают послойно пайкерит (смесь льда с древесными опилками) путем набрызга или послойного полива водяной пульпы, содержащей древесные опилки или какого-либо другого вида древесную массу, снижающую теплопроводность льда, тем самым увеличивая термостойкость ледяного сооружения, а армирующее действие древесных волокон позволяет существенно снизить ограничения по размерам создаваемых арочных и иных полостей как по высоте, так и по диаметру сооружения, с возможностью создания куполов диаметром до 100 м (электронный ресурс: www/structuralice.com).
Недостатком прототипа является низкая надежность ледяного сооружения, обусловленная технологической необходимостью использования при намораживании пайкерита только короткие древесные волокна. Пайкерит с короткими волокнами не обладает достаточной деформативной устойчивостью и разрушается при превышении некоторой деформации разрушения, которая в данном случае близка длине армирующих коротких волокон и составляет несколько миллиметров. По технологическим причинам пайкерит намораживают из пульпы, содержащей древесные короткие волокна длиной менее 3 мм, использование более длинных волокон невозможно при намораживании набрызгом: насосы не пропускают длинные волокна, или неэффективно при послойном поливе пульпы на наклонные поверхности купола или арки - длинные волокна скатываются с водой с поверхности намораживания и не успевают вмораживаться.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности ледяного сооружения.
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем операции по разработке площадки, установке надувных конструкций с последующим их демонтажом и перемещением по мере необходимости, заполнению воздухом, послойному намораживанию пайкерита путем набрызга или послойного полива водяной пульпы, содержащей древесные опилки или другую древесную массу, перед намораживанием пайкерита дополнительно надувные конструкции покрывают водопроницаемым геосинтетическим материалом, например геосеткой или георешеткой.
Кроме этого, заявленное техническое решение имеет факультативный признак, характеризующий его частный случай, а именно:
- в водяную пульпу для намораживания первых слоев пайкерита добавляют поливиниловый спирт (ПВС) и соединения бора, например буру или борную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ПВС - 3,0-12,0
Соединения бора:
бура или борная кислота - 0,2-1,0
Водяная пульпа - остальное.
Отличительным признаком предложенного способа является покрытие перед намораживанием пайкерита надувных конструкций водопроницаемым геосинтетическим материалом, например геосеткой или георешеткой. Это позволяет повысить надежность ледяного сооружения за счет эффекта армирования льда геосинтетическим материалом (О.В. Якименко, В.В. Сиротюк. Лабораторные испытания ледяных балок, армированных геосинтетическими материалами. Вестник СибАДИ, вып. 3(9), 2008, с. 45-47) при сохранении скорости намораживания пайкерита как ускоренным методом - набрызгом, так и послойным, а также теплостойкость ледяного сооружения. Кроме того, в возведенном по предложенному способу ледяном сооружении полностью исключается хрупкое разрушение, которое негативно сказывается на безопасности сооружений. В частности, низкая надежность известного способа-прототипа проявилась в ледяном сооружении из пайкерита (www.pykrete dome.com), часть свода которого размером 3×5 м обрушилась (электронный ресурс: http://yle.fi/uutiset/maailman_suurimman_jaakupolin_katosta_romahti_pala_juuassa/7056718).
Покрытие надувных конструкций перед намораживанием пайкерита геоматериалом в виде водопроницаемых геосинтетических материалов (геосеток или георешеток) приводит к дополнительному эффекту упрочнения льда, превышающего сумму упрочнения льда от входящих армирующих лед компонентов: древесных, например, опилок и геосинтетических материалов. Это обусловлено тем, что наличие во льду древесных материалов приводит к более полной реализации высокой прочности геоматериалов за счет более высокой деформативной способности пайкерита по сравнению со льдом.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 показана схема ледяного сооружения на первой стадии возведения. В качестве примера ледяного сооружения рассмотрено известное мобильное сооружение из льда «Sagrada Familia in Ice».
На фиг. 2 - схема сооружения на стадии намораживания пайкерита.
На фиг. 3 - схема слоистой конструкции стен ледяного сооружения.
На фиг. 1-3 позициями обозначены:
1 - разработанная площадка,
2 - надувная конструкция,
3 - геоматериал,
4 - стропы,
5 - пайкерит,
6 - оболочка надувного устройства.
Способ осуществляется следующим образом.
На разработанной площадке 1 с помощью надувной конструкции 2 создают арочные или иные полости необходимой конфигурации.
Надувную конструкцию 2, удерживаемую стропами 4, покрывают геоматериалами 3, например геосеткой «ГЕО СТ 100/100-25» шириной 4 м, с перекрытием полос 0,2 м, и затем намораживают пайкерит 5 - смесь льда с древесными материалами, например древесными опилками, путем послойного полива или набрызга водяной пульпы, содержащей древесные материалы от 8 до 30% по весу. Полученная слоистая конструкция иллюстрируется на фиг. 3. Намораживание пайкерита 5 продолжают до достижения необходимой рассчитанной толщины стен ледяного сооружения. По окончании работ по намораживанию пайкерита 5 надувные конструкции 2 сдувают, их оболочка 6 отделяется от замороженных слоев стен ледяного сооружения и надувные конструкции 2 убирают.
Водяную пульпу готовят заранее: древесный материал, например, в виде опилок, просеивают через сито с ячейками 3 мм, затем добавляют в воду и полученную водяную пульпу выдерживают не менее 1 часа для замачивания опилок.
Для намораживания первых слоев толщиной 1-2 см пайкерита 5 в водяную пульпу возможно добавление ПВС и соединения бора.
В этом случае повышается не только прочность льда, содержащего ПВС, но и стойкость первых слоев пайкерита 5 к знакопеременным температурам, так как свойства образованного криогеля ПВС улучшаются с количеством циклов замерзания-оттаивания (В.И. Лозинский. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта // Усп. химии, 1998, т. 67, N 7, С. 641-655). При концентрации ПВС ниже 3% эффект закрепления льда незначителен, при концентрации ПВС более 12% раствор становится вязким, что снижает технологичность процесса намораживания. Добавление соединений бора необходимо для перевода водорастворимого полимера ПВС в водонерастворимое состояние.