Теплоизоляционный экран
HEAT INSULATING SCREEN

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для теплоизоляции многолетнемерзлых грунтов в основании насыпей автодорог и площадок промышленных объектов, стенок и дна траншей подземных трубопроводов.
Из области строительства промышленных объектов, зданий, сооружений, автомобильных или железных дорог на многолетнемерзлых грунтах известны два принципа использования мерзлых грунтов в основании указанных объектов, первый - предполагающий сохранение грунта в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации объекта, и второй - допускающий оттаивание мерзлых грунтов под объектами. Для случаев, предполагающих использование грунтов в основании объектов в мерзлом состоянии, современные нормативные требования определяют ряд мероприятий, основным из которых является использование различных тепловых экранов, укладываемых на мерзлые грунты и засыпаемых минеральным грунтом, образующих насыпь. Например, при строительстве автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах [ГОСТ 33149-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Правила проектирования автомобильных дорог в сложных условиях] для предотвращения оттаивания основания дорожной насыпи должен сохраняться моховой и растительный покров, а также укладываться теплоизоляционные слои, формируемые из плит, выполненных из таких материалов, как пенополистирол или пенополиуретан. При сооружении промышленных объектов, для предохранения мерзлых грунтов основания от оттаивания, также рекомендуется использовать тепловые экраны [СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04-88] или гидрофобную теплоизоляцию [СП 116.13330.2012 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003]. Как правило, наиболее распространенная схема обустройства насыпи на мерзлом основании заключается в отсыпке на мерзлый грунт выравнивающего слоя из минерального грунта, укладке полотен из нетканого синтетического материала, укладке теплоизоляционных плит, послойной отсыпки насыпи.
Основным недостатком данного метода теплоизоляции является отсутствие элементов для соединения теплоизоляционных плит между собой, что способствует образованию зазоров между плитами, например, вследствие неравномерной осадки выравнивающего насыпного слоя грунта, через которые происходит теплопередача от грунта насыпи к мерзлому грунту основания. Также следует отметить высокую хрупкость выполненных из пенополистирола или пенополиуретана теплоизоляционных плит, что способствует их разрушению при неравномерной осадке грунта выравнивающего слоя с теплопередачей через места излома.
Указанные недостатки тепловых экранов из теплоизоляционных плит могут быть решены за счет использования теплоизоляционных матов, представляющих собой замкнутые конструкции, выполненные в виде оболочки или нескольких, соединенных между собой оболочек, заполненных теплоизоляционным материалом. Известен теплоизоляционный мат [авторское свидетельство СССР №1196459 Е04В 1/78, F16L 59/00, опубл. 07.12.1985, бюл. №45], представляющий собой оболочку, включающую последовательно чередующиеся секции, заполненные различающимися по механическим свойствам теплоизоляционными наполнителями или содержащую оболочки, заполненные смесью теплоизоляционных наполнителей с различными механическими свойствами.
Также известен теплоизоляционный ковер [авторское свидетельство СССР №1249120 Е04В 1/76 опубл. 07.08.1986, бюл. №29] включающий внешнюю герметичную оболочку, содержащую отдельные, связанные между собой внутренние гибкие оболочки с насыпным утеплителем.
Основными недостатками приведенных аналогов являются:
1) Низкая механическая прочность, как материала оболочек, так и их наполнителя, вследствие чего, при укладке в основание насыпи, теплоизоляционные маты будут сжиматься под весом грунта, с сокращением объема заполненных воздухом пор в теплоизоляционном наполнителе и, соответственно, ухудшением его теплофизических характеристик.
2) При нарушении герметичности оболочек, может произойти их заполнение грунтовой водой, что ухудшит теплофизические характеристики наполнителя.
Наиболее близким к заявленному изобретению является теплоизоляционный ковер [авторское свидетельство СССР №455627 Е04В 1/76 опубл. 05.09.1976, бюл. №33] выполненный в виде соединенных между собой цилиндрических оболочек, заполненных насыпным теплоизоляционным материалом.
Недостатками прототипа являются:
1) Жесткость оболочек может быть недостаточной для восприятия без деформации нагрузок от вышележащих слоев грунта. Использование в качестве оболочек толстостенных неметаллических труб будет способствовать увеличению веса теплоизоляционного ковра, что повысит трудоемкость монтажа.
2) При деформации оболочек может произойти уплотнение заполняющего их теплоизоляционного материала, что будет способствовать ухудшению его теплофизических характеристик (увеличению теплопроводности).
3) При нарушении целостности оболочки, ее полость может заполниться грунтовой водой, что будет способствовать ухудшению теплофизических характеристик заполняющего оболочку теплоизоляционного материала.
4) Вследствие использования цилиндрических оболочек, общая теплоизоляционная способность теплоизоляционного ковра будет неравномерной, максимальной под осью каждой оболочки и минимальной в местах соединения соседних оболочек.
Задачей изобретения является создание теплоизоляционного экрана, исключающего указанные недостатки аналогов и прототипа, обеспечивающего теплоизоляцию мерзлых грунтов в условиях значительной весовой нагрузки, сохраняющего работоспособность в течение всего периода эксплуатации объекта.
Техническим результатом изобретения является создание теплоизоляционного экрана, предохраняющего от оттаивания мерзлые грунты, сохраняющего свою целостность и работоспособность в условиях высоких весовых нагрузок при неравномерной осадке выравнивающего слоя грунта на мерзлом грунте основания.
Поставленная задача в теплоизоляционном экране, включающем теплоизолирующие модули, соединенные между собой, решается тем, что модули содержат полимерные обоймы для размещения теплоизоляционных плит из вспененного полимерного материала, а также тросы, соединяющие полимерные обоймы между собой.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-6. На фиг. 1 показан теплоизоляционный экран. На фиг. 2 показан теплоизолирующий модуль. На фиг. 3 показана полимерная обойма, вид снизу. На фиг. 4 показана схема соединения теплоизолирующих модулей. На фиг. 5 показан порядок закрепления теплоизоляционной плиты в полимерной обойме. На фиг. 6 показана схема закрепления теплоизоляционного экрана на наклонной поверхности. На фиг. 7 показана схема укладки теплоизоляционного экрана в траншее трубопровода.
Устройство работает следующим образом:
Теплоизоляционный экран, укладываемый на горизонтальную или наклонную поверхность выравнивающего слоя грунта 1 (фиг. 1), формируется из соединенных между собой с помощью тросов 2 теплоизолирующих модулей 3, выполняемых из полимерных обойм 4 (фиг. 2) и устанавливаемых в них теплоизоляционных плит 5 из вспененного полимерного материала (полиуретана, полипропилена).
Полимерные обоймы 4 (фиг. 2) выполняются в виде открытого в верхней части короба, содержащего на внутренних поверхностях боковых стенок выступы 6 для закрепления теплоизоляционных плит 5, а на донной части, с внешней стороны, проушины 7 (фиг. 3) для проводки тросов 2.
Тросы 2 (фиг. 4), соединяющие теплоизолирующие модули 3 (фиг. 4), проводятся через проушины 7, вдоль и поперек теплоизоляционного экрана, при этом их свободные концы на границах теплоизоляционного экрана соединяются между собой.
В качестве теплоизоляционных плит 5 (фиг. 5) используются стандартные промышленно освоенные образцы теплоизоляции из жестких, непроницаемых для воды, пористых материалов, например полипропилена. При установке теплоизоляционных плит 5 в полимерную обойму 4, расположенные на внутренней поверхности боковых стенок полимерной обоймы 4 выступы 6 вжимаются в боковые стенки теплоизоляционной плиты 5, чем достигается ее закрепление.
Для закрепления теплоизоляционного экрана на наклонных поверхностях используют стандартные средства закрепления, например, Г-образные стальные анкеры 8 (фиг. 6), забиваемые в мерзлый грунт 9 и обеспечивающие прижатие тросов 2 к поверхности выравнивающего слоя грунта 1.
Пример:
Необходимо выполнить теплоизоляцию дна и стенки траншеи подземного трубопровода.
В мерзлом грунте 10 (фиг. 7) выполняют траншею 11, на стенки и дно которой насыпают выравнивающий слой грунта 1.
Укладывают теплоизоляционный экран 12 в траншею 11 и закрепляют на стенках траншеи 11 с помощью Г-образных стальных анкеров 8. Для дополнительного закрепления теплоизоляционного экрана 12, на его горизонтальные участки, расположенные у границы траншеи 11, укладывают мешки с минеральным грунтом 13.
Укладывают трубопровод 14 в траншею 11, засыпают траншею 11 минеральным грунтом (на фиг. не показан).
Технический результат изобретения заключается в:
1) Повышении надежности теплоизоляционного экрана в условиях воздействия значительных весовых нагрузок.
2) Повышении теплоизолирующей способности теплоизоляционного экрана.
Надежность теплоизоляционного экрана обеспечивается за счет использования полимерных обойм, предохраняющих стандартные жесткие теплоизоляционные плиты от разрушения при неравномерной осадке выравнивающего слоя грунта под действием значительной весовой нагрузки от вышележащих слоев грунта.
Теплоизолирующая способность экрана повышается за счет подвижной связи между входящими в его состав теплоизолирующими модулями, обеспечиваемой с помощью тросов, предохраняющих теплоизолирующие модули от смещения с образованием между ними зазоров, обеспечивающих теплопередачу от вышележащих слоев грунта через тепловой экран к мерзлым грунтам основания.