Комплексные решения с применением полимерной теплоизоляции при строительстве капитальных, быстровозводимых и линейных объектов в криолитозоне

Абраменков П.М.,
эксперт Российской ассоциации полимерных энергоэффективных технологий (РАПЭТ)
начальник технического отдела по проектно-расчётной деятельности ООО “ПЕНОПЛЭКС СПб”

Развитие Арктических регионов Российской Федерации – важное направление государственной политики в сфере обеспечения национальных интересов. В соответствии с Указом Президента РФ от 05.03.2020 №164 “Об Основах государственной политики Российской Федерации в Арктике на период до 2035 года” (с изменениями от 21.02.2023 г.), поставлены цели по формированию комплексного подхода к социальному и экономическому развитию Арктической зоны, развитию науки, технологий и инноваций в данном регионе. Также отмечена необходимость проведения оценки состояния и процессов деградации многолетней мерзлоты.

Сложности освоения районов с многолетнемерзлыми грунтами обусловлены особенностями инженерно-геологических условий, преобладающей отрицательной среднегодовой температурой, а также логистическими трудностями доставки материалов и оборудования. Льдистость грунтов основания и наличие массивов ледогрунта при отсутствии инженерной защиты могут приводить к развитию термокарста, осадке грунтов и последующему разрушению строительных конструкций. Не менее важно учитывать воздействие сезонных талых вод, их инфильтрацию в грунты основания, а также термоэрозию, которая влияет на устойчивость зданий и сооружений. В связи с этим при проектировании необходимо придерживаться комплексного подхода, учитывающего требования профильных нормативных документов, таких как СП 25.13330 “Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах”, СП 116.13330 “Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов”, СП 313.1325800 “Дороги автомобильные в районах вечной мерзлоты” и др.

Применение технологии теплозащитного экранирования с использованием плит из экструзионного пенополистирола позволяет решить многие инженерные задачи в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Среди них – термостабилизация оснований транспортных и линейных сооружений, минимизация тепловыделений при устройстве фундаментов отапливаемых зданий (включая здания с вентилируемым подпольем), использование в составе комплексных решений с системами сезонно действующих охлаждающих устройств (СОУ) и попутным дренажем автомобильных и железнодорожных насыпей, а также исключение взаимного влияния инженерных сетей с различными температурами теплоносителя.

Практически нулевое водопоглощение плит XPS и их стабильные теплотехнические характеристики делают их оптимальными для применения в составе быстровозводимых и модульных конструкций, включая временные подъездные пути. Использование теплоизоляции из экструзионного пенополистирола позволяет сократить объем насыпных грунтов в конструкции насыпи, что особенно актуально при необходимости реализации строительного объекта в сжатые сроки. Примеры реализации конструкции временных внутриплощадочных проездов и оснований под вертолетную площадку (объект в Ямало-Ненецком автономном округе) с устройством теплозащитного экрана из экструзионного пенополистирола и покрытия тундроматами (типа “Буровик” или аналогичными) приведены на Рис. 3.

Применение плит XPS также позволяет обеспечить сохранение прочностных свойств многолетнемерзлых грунтов в основании быстровозводимых конструкций (ЛСТК, алюминиевых) без необходимости устройства свай или выемок. Для отапливаемых сооружений с высокой расчетной температурой (+19…+25 °С) рекомендуется устройство стандартного вентилируемого подполья минимальной высотой 1,2 м (или не менее 0,6 м для сооружений шириной до 6 м при отсутствии коммуникаций) в соответствии с требованиями п. 6.3.2 СП 25.13330. Пример реализации конструкции, а также построение тепловых полей в программном комплексе Борей 3D (с фиксацией результатов на сентябрь, 50 годовых циклов, климатические условия для г. Норильск, теплообмен в проветриваемом подполье принят без учёта снежного покрова и дополнительных теплопоступлений от солнечной радиации) отапливаемого сооружения с устройством вентилируемого подполья на опорах приведены на Рис. 1.

Рис.1. Пример реализации конструкции, а также построение тепловых полей в программном комплексе Борей 3D (с фиксацией результата на сентябрь, 50 годовых циклов, климатические условия для г. Норильск, теплообмен в проветриваемом подполье принят без учёта снежного покрова и дополнительных теплопоступлений от солнечной радиации) отапливаемого сооружения с устройством вентилируемого подполья на опорах.

При устройстве оснований малых сооружений, включая складские или производственные помещения (с расчетной температурой эксплуатации в среднем +5…+10 °С), при соответствующем расчетном обосновании допускается использование насыпи с теплоизоляцией из плит XPS и системы трубной вентиляции. Трубы монтируются с межосевым шагом порядка 1,0–1,5 м и диаметром 150–200 мм. Для повышения интенсивности воздухообмена трубы могут быть оснащены системой принудительной вентиляции. Пример реализации конструкции, а также построение тепловых полей в программном комплексе Борей 3D (с фиксацией результатов на сентябрь, 50 годовых циклов) отапливаемого сооружения с устройством вентилируемых труб в основании представлен на Рис. 2.

Рис.2. Пример реализации конструкции, а также построение тепловых полей в программном комплексе Борей 3D (с фиксацией результата на сентябрь, 50 годовых циклов) отапливаемого сооружения с устройством вентилируемых труб в основании.

Рис.3. Принципиальные технические решения временных площадочных объектов и проездов в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

При проектировании зданий и сооружений в Арктической зоне рекомендуется использовать компактные объемно-планировочные решения, так как это облегчает организацию системы термостабилизации в основании (теплозащитное экранирование с применением плит XPS и вентилируемое подполье). Кроме того, это упрощает процесс эксплуатации, ремонта и реконструкции объекта. Помимо термостабилизации основания, рекомендуется использовать покрытия с минимальной степенью черноты поверхности, а также естественные климатические условия для обеспечения понижения температуры грунтов основания за счет уменьшения мощности снежного покрова в областях, прилегающих к зданиям и сооружениям (регулярная уборка снега).

Применение сегментной теплоизоляции из XPS зарекомендовало себя как эффективное решение в криолитозоне при строительстве промысловых и магистральных нефтегазопроводов. Сегментная теплоизоляция выпускается для труб различного диаметра в виде полуцилиндров, сегментов и блок-сегментов. Экструзионный пенополистирол, за счёт качественных физико-технических характеристик, практически нулевого водопоглощения, высокой прочности на сжатие, позволяет сохранить качество транспортируемого продукта (предотвращает риск выпадения парафинов при понижении температуры нефти, а также риск образования конденсата при транспортировке газа), снижает риски полимеризации и других нежелательных химических реакций, которые могут происходить при изменении температурных условий.

Рис.3. Принципиальная схема тепловой изоляции трубопровода сегментами из XPS.

Изделия из экструзионного пенополистирола XPS (плиты, сегменты и блок-сегменты) доказали свою надежность и стабильность теплотехнических характеристик в конструкциях различного назначения на протяжении многолетней эксплуатации. Это подтверждается результатами научно-исследовательских работ по оценке теплового режима грунтов оснований в районах распространения многолетнемерзлых грунтов.

Техническое подразделение ассоциации РАПЭТ активно содействует совершенствованию строительной нормативной документации, разрабатывает внутренние стандарты организации и методические рекомендации. Это осуществляется в сотрудничестве с крупнейшими научно-исследовательскими институтами и инжиниринговыми центрами (АО “НИЦ “Строительство”, ОАО “Теплопроект”, НИИСФ РААСН и др.). Специалисты компании оказывают содействие в выполнении теплотехнических расчетов любой сложности, включая прогнозное теплотехническое моделирование, оценку напряженно-деформированного состояния насыпных сооружений и подпорных стен с применением технологии облегченной насыпи. Также выполняются чертежно-графические работы, 3D-визуализация решений, составление спецификаций и сопровождение проектных решений с применением полимерной продукции.