В ПНИПУ разработали новый метод строительства из снега
Новый способ и упрочняющую установку для быстрой постройки прочных снежных сооружений разработали и протестировали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 14 февраля сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу ПНИПУ.
Поскольку в России площадь арктических территорий составляет 28%, а их удаленное расположение от промышленных центров значительно удорожает завоз туда стройматериалов, то интенсивное освоение Арктики, идущее в последнее время, возродило интерес к сооружениям из снега и льда.
Главные плюсы этого вида строительства длинной зимой в Арктике — это доступность материалов, надежность при отрицательных температурах и легкость создания разнообразных форм. Срок службы таких сооружений может составить до 10 месяцев, а при их естественном разрушении не остается строительного мусора.
В других областях страны со снежной зимой строительство из снега и льда временных декоративных фигур привлекает множество посетителей, стимулируя развитие туризма.
Принимая во внимание все эти возможности использования снега в строительстве, ученые Пермского Политеха придумали и протестировали новый способ, который позволяет делать снежные сооружения быстрее и прочнее. Результаты исследования нового метода были представлены в статье «Строительство из снега», опубликованной журнале «Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика» № 3 за 2023 год.
В настоящее время в ходу два основных метода строительства из снега. В первом случае используются снежные блоки, как это делают аборигены Арктики при возведении иглу. Второй метод использует опалубку, которую заполняют снегом и оставляют на длительное время, достаточное для уплотнения снега в блок.
Созданный в ПНИПУ новый метод основан на применении установки прессования снега собственной разработки, представляющей собой подогреваемую опалубку с возможностью прессования. Она содержит корпус с верхней и боковыми стенками и механический винтовой привод уплотнительного механизма.
Две параллельные боковые стенки могут двигаться навстречу друг другу с помощью винтовых шпилек, закрепленных в подвижных боковых стенках. В фанерные стенки под металлическим листом уложен греющий электрический кабель.
Исследование свойств снежных изделий, изготовленных с помощью новой установки прессования, должно было ответить на несколько вопросов. Сначала ученые ПНИПУ хотели выяснить возможность строительства из снега «Пизанских башен», то есть конструкций с наклонными плоскостями. Такая информация нужна при строительстве, например, наклонных стен, крыш, арок и т. п.
Следующей задачей стало определение оптимального времени прессования с подогревом, необходимого для получения максимально возможной плотности и прочности снегоблоков.
«Пизанскую башню» политехники сделали из снежного блока высотой 2,93 метра с наклоном на 10 см и в течение 40 дней следили за увеличением этого наклона. После достижения отклонения в 1,5 метра (в два раза больше ширины основания) на сороковой день столб упал — наступила оттепель, и температура составила +2 °С.
Для определения оптимальной технологии прессования учеными ПНИПУ был создан горизонтальный снегоблок, внутри него были установлены датчики температуры, подключенные к регистратору, с экрана которого она считывалась на фото или видео.
Измерения плотности и прочности на сжатие этого снегоблока провели через неделю на образцах в форме кубиков с ребром 100 мм. Для определения плотности каждый образец взвешивался, а затем политехники определяли его прочность. Далее каждый образец из исследованных 28 помещали между листами пеноплекса и сжимали. Средняя прочность их на сжатие составила 7,4 МПа.
Доцент кафедры общей физики ПНИПУ кандидат технических наук Олег Зверев рассказал о проведенном исследовании:
«Мы выяснили, что с помощью устройства для уплотнения снега можно возводить сооружения высотой до 3 м. Они могут иметь наклон, но со временем он будет увеличиваться. Оптимальное время нагрева и прессования горизонтальных блоков — не более 40 минут, время прессования вертикальных блоков — 20 минут. Прочность на сжатие снегоблоков можно сравнить с прочностью ячеистого автоклавного газобетона. Однако при оттепелях она снижается практически до нуля».
Проведенное учеными ПНИПУ исследование подтвердило возможность новым способом в условиях низких температур быстро возводить конструкции из снега. Этот способ можно использовать для строительства в холодных регионах России временных зимних сооружений, например, гаражей. Для Заполярья срок эксплуатации такого гаража составит в среднем 10 месяцев.
В умеренном климате таким способом можно в холодное время года создавать декоративные конструкции и арт-объекты.
В настоящее время ученые ПНИПУ построили из снегоблоков иглу, чтобы определить их теплофизические свойства.
