Новые ледовые технологии для поддержания непрерывной холодильной цепи в северных регионах России

В статье рассмотрено современное состояние зимних дорог (автозимников) и приведены данные, подтверждающие необходимость продления сроков их эксплуатации для поддержания непрерывной холодильной цепи в северных регионах России. Проанализированы нормативные документы, регулирующие проектирование и создание зимних дорог. Проведен обзор существующих методов и технологий изготовления автозимников. Рассмотрена возможность применения геосинтетических материалов для укрепления ледовых дорог, а также выявлены возможные проблемы, возникающие при их использовании. Показана перспективность применения химических модификаторов для создания конструкционных материалов на основе водного льда, в особенности в сочетании с армированием ледовых массивов. Описаны современные подходы к выбору модифицирующих соединений и материалов для армирования льда и сформированные на их основе критерии. Проведен обзор научных исследований, подтверждающих возможность значительного усиления несущей способности ледовых покрытий и, как следствие, более раннего начала их эксплуатации. Показано, что совместное применение армирования и ледовых модификаторов позволило ледовому образцу сохранить свою цельность даже при значительной деформации. Описана также возможность дополнительного упрочнения ледовых дорожно-транспортных путей в результате оптимизации режимных параметров их формирования в зависимости от погодных условий.

1. Добромиров, В. Н., Фомин, К. И., Мейке, У. Н. (17 ноября 2021). Оценка разрушающего воздействия строительных самосвалов на опорную поверхность автозимников. Материалы международной научно-практической он-лайн конференции: Арктика: инновационные технологии, кадры, туризм. Воронеж, Россия, 2021.

2. Невзоров, В. Н., Мацкевич, И. В., Тепляшин, В. Н. (24–29 апреля 2019). Формирование транспортно-логистической схемы доставки продукции убоя оленины из Красноярского края. Материалы XIV Международной научно-практической конференции: Логистика-Евразийский мост. Красноярск, Россия, 2019.

3. Шапкина, А. М., Забелин, М. М. (2017). Промысловое оленеводство Таймыра: состояние и перспективы развития. Достижения науки и техники АПК, 31(9), 39–47.

4. Ляпустин, С. Н., Барей, Н. С. (2022) Об особенностях государственного контроля за соблюдением запретов и ограничений при экспорте продукции дикого северного оленя (Rangifer tarandus). Таможенная политика России на Дальнем Востоке, 1(98), 51–65. https://doi.org/10.24412/1815–0683–2022–1–51–65

5. Максимов, А. А. (2019) Глубокая переработка продуктов оленеводства: возможности и направления развития. Известия Коми научного центра УрО РАН, 4(40), 110–118. https://doi.org/10.19110/1994–5655–2019–4–110–118

6. Иванов, В. А. (2021). Состояние и направление развития сельской экономики республики Коми. Вестник института экономических исследований, 2 (22), 29–37.

7. Белозеров, Г. А. (2012). Непрерывная холодильная цепь. Мясные технологии, 5(113), 26–28.

8. Белозеров, Г. А., Андреев, С. П. (2013). Принципы формирования непрерывных холодильных цепей. Мясные технологии, 7(127), 26–28.

9. Слободчиков, Н. А. (31 мая — 04 апреля 2021). Проблемы организации температурного контроля при перевозке режимных грузов. Материалы XXIV Международной научной конференции: Волновая электроника и инфокоммуникационные системы. Санкт-Петербург, Россия, 2021.

10. Полешкина, И. О. (2018). Оценка эффективности продовольственного обеспечения районов Крайнего Севера России. Экономика региона, 14(3), 820–835. https://doi.org/10.17059/2018–3–10

11. Григорьев, С. И. (2016). Автомобильные дороги Республики Саха (Якутия). Молодой ученый, 30(134), 47–50.

12. Якименко, О. В. (2015). Армирование ледовых переправ. Техника и технологии строительства, 2(2), 68–73.

13. Федоров, С. А. (2020). Увеличение длительности эксплуатации автозимников (по материалам, собранным в Республике Саха (Якутия)). Международная научно-практическая конференция: «Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса». Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет, 2020.

14. Нокелайнен, Т. С. (2021). Картографирование сезонной автотранспортной доступности Арктического региона России. Международная конференция ИнтерКарто. ИнтерГИС. Москва: МГУ, факультете географии, 2021. https://doi.org/10.35595/2414–9179–2021–2–27–102–113

15. Masterson, D. M. (2009). State of the art of ice bearing capacity and ice construction. Cold Regions Science and Technology, 58(3), 99–112. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2009.04.002

16. Doudkin, M., Kim, A., Guryanov, G., Eleukenov, M., Bugaev, A., Rogovsky, V. et al. (2019). Process modeling and experimental verification of the conditions of ice coverage destruction of automobile roads. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 42(4), 1–8.

17. Бузник, В. М., Пророкова, Н. П. (2020). Лед — планетарное и человеческое измерение. Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX), 1, 171–176. https://doi.org/10.47367/2413–6514_2020_1_171

18. Сулейманов, А. А. (2022). Автомобильные зимники в транспортной системе Якутии в начале 1930–1991 годов. Научный диалог, 11(7), 467–482. https://doi.org/10.24224/2227–1295–2022–11–7–467–482

19. Сулейманов, А. А. (2019). «Ресурсы холода» в транспортной системе Якутии. Конец XIX — нач. ХХI вв. Традиционные национальнокультурные и духовные ценности как фундамент инновационного развития России, 1(15), 60–64.

20. Давыдов, Н. В., Райшев, Д. В. (14 апреля 2010). Классификация армирующих материалов для строительства зимников. Материалы международной научно-технической конференции: Транспортные и транспортно-технологические системы. Тюмень, Россия, 2010.

21. Скрипченко, Е. А., Игнатова, О. А. (21 мая 2021). Особенности устройства зимних дорог и переправ. Материалы III Международной научно-технической конференции: Автомобили, транспортные системы и процессы: настоящее, прошлое и будущее. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2021.

22. Федорова, Л. Л., Омельяненко, А. В., Федоров, М. П., Саввин, Д. В. (2015). Результаты экспериментальных георадиолокационных обследований ледовых переправ и автомобильных дорог Якутии. Наука и образование, 1(77), 61–65.

23. Charlebois, L., Barrette, P. (August 18–22, 2019). Ice reinforcement: Selection criteria for winter road applications and outcomes of preliminary testing. Proceedings of 18th International Conference on Cold Regions Engineering and 8th Canadian Permafrost Conference. Quebec, Canada, 2019. https://doi.org/10.1061/9780784482599.014

24. Ипатов, К. И., Васильев, А. С., Земляк, В. Л. (2019). Исследование влияния поверхностного армирования на несущую способность. Вычислительная механика сплошных сред, 12(1), 98–105. https://doi.org/10.7242/1999–6691/2019.12.1.9

25. Тимофеева, М. Г. (2017). Использование «пайкерита» для армирования ледовых переправ. Научно-практические исследования, 4(4), 70–72.

26. Лотышева, А. А., Якименко, О. В., Лунев, А. А. (25–26 ноября 2021). Экспериментальные исследования образцов льда армированного природными материалами. Материалы VI Международной научно-практической конференции: Архитектурно-строительный и дорожнотранспортный комплексы: проблемы, перспективы, инновации. Омск, Россия, 2021.

27. Ипатов, К. И., Васильев, А. С., Земляк, В. Л., Лесков, Е. В. (2019). Несущая способность ледяного покрова при поверхностном армировании. Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета, 3(40), 3–12. https://doi.org/10.24866/2227–6858/2019–3–1

28. Козин, В. М., Васильев, А. С., Земляк, В. Л., Ипатов К. И. (2019). Исследование предельного состояния ледяного покрова в условиях чистого изгиба при усилении армирующими элементами. Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, 61, 61–69. https://doi.org/10.17223/19988621/61/6

29. Васильев, Н. К., Иванов, А. А., Шаталина, И. Н. (2013). Методы упрочнения и армирования льда для конструкций гидротехнических сооружений из ледяных и льдогрунтовых композитов. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Математика, механика, информатика, 13(3), 31–37.

30. Vasiliev, N. K., Gladkov, M. G. (June 16–19, 2003), Ice composites: Mechanical properties and methods of creations. Proceedings of the 17th International Conference on Port and Ocean Engeneering under Arctic Conditions (POAC’03). Trondheim, Norvey, 2003.

31. Сиротюк, В. В., Якименко, О. В., Левашов, Г. М., Захаренко, А. А. (2015). Расширение опытно-производственного внедрения усиления ледового покрова геосинтетическими материалами. Техника и технологии строительства, 2(2), 58–68.

32. Якименко, О. В., Сиротюк, В. В. (2014). Армирование ледовых переправ. Криосфера земли, 18(1), 88–91.

33. Козин, В. М. (2022). Возможности увеличения прочности ледяного покрова путем его армирования. Морские интеллектуальные технологии, 2–1(56), 29–34. https://doi.org/10.37220/MIT.2022.56.2.003

34. Лесков, Е. В., Васильев, А. С., Родионов, С. В., Ипатов, К. Н., Земляк, В. Л. (2018). Исследование деформируемости ледовых переправ при поверхностном армировании композиционными материалами. Вестник АмГУ, 81, 19–24.

35. Müller, W., Saathoff, F. (2015). Geosynthetics in geoenvironmental engineering. Science and Technology of Advanced Materials, 16(3), Article 034605. https://doi.org/10.1088/1468–6996/16/3/034605

36. Lou, X., Wu, Y. (2021). Splitting tensile mechanical properties of plain ice and fiber reinforcement ice. Cold Regions Science and Technology, 192, Article 103381. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2021.103381

37. Vasiliev, N. K., Pronk, A. D. C., Shatalina, I. N., Janssen, F. H. M. E., Houben, R. W. G., (2015). A review on the development of reinforced ice for use as a building material in cold regions. Cold Regions Science and Technology, 115, 56–63. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2015.03.006

38. Васильев, Н. К., Шаталина, И. Н. (2011). Методы армирования льда для создания ледяных и льдогрунтовых композитов. Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева, 264, 119–129.

39. Патент № 1649418. Способ получения искусственного льда / Рогожин, С. В., Чеверев, В. Г., Вайнерман, Е. С., Гагарин, В. Е., Лозинский, В. И., Торбин, В. В., и др. Опубл. 15.05.1991. Бюлл. № 18.

40. Павлов, В. В., Гайдуллин, Р. О. (2015). Использование льда в строительстве. Новая наука: теоретический и практический взгляд, 6 (1), 36–39.

41. Васильев, Н. К., Пронк, А. Д. С. (2015). Ледяные и льдогрунтовые композиты как строительные материалы в ледяных сооружениях. Известия всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева, 277, 35–45.

42. Лотышева, А. А., Лунев, А. А., Якименко, О. В. (2022). Экспериментальные исследования образцов льда армированного отходами деревообрабатывающего производства. Материалы V Национальной научно-практической конференции: Образование. Транспорт. Инновации. Строительство. Омск, Россия, 2022.

43. Трапезников, А. А., Бартоломей, И. Л. (2019). Использование геосинтетических материалов при устройстве ездового полотна ледовых переправ. Химия. Экология. Урбанистика, 2, 192–196.

44. Карпунин, А. А., Шабуров, С. С. (2016). Использование геосинтетических материалов при сооружении и эксплуатации ледовых переправ в Иркутской области. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость, 4(19), 113–121.

45. Karpushko, M. O., Bartolomei, I. L., Karpushko, E. N., Zhidelev, A. V. (2020). Reinforcement of ice crossings with geosynthetic materials. Materials Science Forum, 992, 118–123. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.992.118

46. Barette, P. D. (2020). Reinforcement of ice covers for transportation: beam and preliminary plate testing. Technical Report (National Research Council of Canada. Ocean, Coastal and River Engineering). https://doi.org/10.4224/8894844

47. Васильев, Н. К., Караулина, М. М., Марченко, А. В., Сахаров, А. Н., Чистяков, П. В. (2015). Испытания консолей армированного морского льда. Известия Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева, 277, 46–55.

48. Buznik, V. M., Goncharova, G. Yu., Grinevich, D. V., Nuzhny, G. A., Razomasov, N. D., Turalin, D. O. (2022). Strengthening of ice with basalt materials, Cold Regions Science and Technology, 196, Article 103490. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2022.103490

49. Сыромятникова, А. С., Федорова, Л. К. (2022). Перспективы применения ледяных композиционных материалов для строительства ледовых переправ. Арктика: экология и экономика, 12(2), 281–287. https://doi.org/10.25283/2223–4594–2022–2–281–287

50. Гончарова, Г. Ю. (2007). Современные технологии создания ледового покрытия для различных видов спорта или ледовая гомеопатия. Холодильная техника, 7, 12–17.

51. Архаров, И. А., Гончарова, Г. Ю. (2010). Экспериментальное исследование ледовых структур, модифицированных полимерами. Холодильная техника, 11, 46–50.

52. Гончарова, Г. Ю., Разомасов, Н. Д., Уманский, В. Л. (2017). Новый подход к структурированию композиционных материалов на основе естественного льда применительно к ледокольным судам, шельфовым сооружениям и другим объектам арктической зоны. Проблемы развития корабельного вооружения и судового радиоэлектронного оборудования, 3(12), 29–34.

53. Goncharova, G. Yu., Razomasov, N. D., Borschev, G. V. (2021). Chemically modifying ice and ice-based materials to control their properties. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 55(5), 1045–1055. https://doi.org/10.1134/S0040579521050055

54. Разомасов, Н. Д. (2022). Исследование влияния холодильно-технологических режимов намораживания на физико-механические свойства водного льда. Автореф. дис. канд. техн. наук. Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана. — 17 с.

55. Goncharova, G. Yu., Stepanov, R. O., Razomasova, T. S., Korolev, I. A., Turalin, D. O., Kulagin, Yu. A. et al. (2021). A new method of strengthening of ice blocks formed under conditions of natural cold. Russian Journal of General Chemistry, 91(Supple 1), S34–S40, https://doi.org/10.1134/S1070363221130351

56. Pronk, A. D. C., Wu, Y., Luo, P., Li, Q., Liu, X., Brands, S. et al. (July 16–20, 2018). Design and construct of the 30.5 meter Flamenco Ice Tower. Proceedings of the IASS Symposium 2018: Creativity in Structural Design. Boston, USA, 2018.