H2O в строительстве

           В условиях  эксплуатации объектов  строительства  лидером в списке  разрушающих конструкции зданий  и сооружений факторов является  вода, потому замерзая, она  увеличивается в объеме, и, попадая в жидком виде в трещины конструкций и покрытий, превращаясь в лед, разрывает их.  Кроме  того,  водяной пар, попадая в конструкции, ослабляет их  защитные, теплоизоляционные и звукопоглощающие их свойства. При  атмосферных осадках  из воздуха на поверхность строительных конструкций могут транспортироваться вредные , разрушающие  вещества.          

           Истинным  бичом,    и строителей,   и эксплуатационников,  является  высокий уровень  грунтовых вод.   При нарушении  технических нормативов  строительства и эксплуатации он превращается в трудно разрешимую проблему.

        Бороться  с  этим  негативным явлением  возможно лишь воздействием отрицательных  температур и использованием  положительных свойств мерзлых  грунтов.

4.  Русский холод  и  вечная мерзлота

.

              Само слово "Россия" вызывает ассоциации с ее огромной территорией, вечной мерзлотой и водкой для согревания плоти и поднятия духа в зимние вечера.

                      Вечная мерзлота...  Площади, скованные  ею, составляют четверть всей  земной  суши. Десять миллионов  квадратных километров, территория, равная всей Европе, - такую поверхность  в России занимает вечная мерзлота. Это 75 процентов всех земель нашей  страны, и расположены они вдобавок  преимущественно в районах наибольших  природных богатств.

                Освоение территорий вечной мерзлоты  всегда связано со строительством. Современные строители получили  в наследство от предшественников, убедившихся в ее  коварстве , не один печальный пример из  опыта.

              Две неприятности ожидают строителей  в зоне вечной мерзлоты. Первая  — это просадка при оттаивании  мерзлых, насыщенных льдом оснований  под фундаментами зданий, насыпями  железных и шоссейных дорог, покрытиями  аэродромов. Вторая — это выпучивание  свай, фундаментов, опор мостов, оснований  линий электропередач и т. д.

          Строить на вечной мерзлоте сложно еще потому, что ее свойства, в первую очередь температура и механические характеристики, теснейшим образом связаны с природной средой. Достаточно уплотнить или удалить снег зимой, снять растительный покров или осушить территорию, как свойства вечной мерзлоты начинают кардинально меняться. Сооружения будут устойчивыми, если сохранять стабильность вечной мерзлоты и по возможности не тревожить ее. Как этого достичь, особенно под зданиями, выделяющими тепло?

             Если заглянуть в историю, то  можно обнаружить, что еще в  конце 20-х гг. XX столетия мерзлотоведы  предложили строителям устраивать  между фундаментом здания и  его вечномерзлым основанием  воздушную теплоизоляцию. Лучше  всего для этого подходят свайные  фундаменты. Сваи помещают в пробуренные  скважины, и они вмораживаются  в вечную мерзлоту с таким  расчетом, чтобы силы смерзания  сваи с вечной мерзлотой были  намного больше сил выпучивания, действующих на сваю в слое  вечной мерзлоты.

               Первым промышленным сооружением  на сваях стало здание Якутской  тепловой электростанции. Прошло  более 60 лет эксплуатации станции, а она совершенно не деформировалась.

             В последние годы конструкции  свай на вечной мерзлоте были  улучшены. Несущие сваи стали  делать холодными: в них помещают  охлаждающие устройства — термосифоны, наполненные незамерзающим хладагентом (керосином, фреоном, аммиаком). Зимой  вследствие естественной циркуляции  хладагента вечная мерзлота еще сильнее охлаждается, что увеличивает силы смерзания и повышает несущую способность свайного основания.

                   Свайные фундаменты — наглядный  пример того, как    разновидность  воды в ее твердом состояние -  вечная мерзлота, - может служить  человеку.

                Делу строительному полезен русский  холод ….  и  вечная мерзлота.

5. От детских  забав  к  « нордическому «  строительству

            Большинство население Земли   видело снег только в холодильнике.  Снегопады в субтропической и  тропической зоне нашей планеты  весьма редки и приводят жителей  южных стран в состояние коллапса.

            Иное дело  Русь-матушка.  В  центральных областях России  зима хозяйничает более полугода. Россияне ворчат зимой лишь  во время... бесснежья: «Достала эта гнилая погода – когда же снежок выпадет? », « Что творится с климатом  – дети в снежки не могут поиграть! »

             Снег - хорошее подспорье  не только  для забав ребятни. Роль снега  в создании комфортных условий  климата, увеличение плодородия  почвы, поддержании экологического  баланса  обширна и разнообразна.

             Но  перед строителям в первую  очередь стоит задача  рационально  использовать  снег , как  разновидность  твердой модификации воды, в интересах  предмета своей деятельности- возведения  зданий и сооружений.

              Идея зимних построек из снега, даже  детям понятна. По крайней  мере,  тем детям, которым  знакомо, что такое снег.  Из  него  легко можно слепить снежок  и снежную бабу. А вооружившись  лопатой и   пригласив на  помощь друзей , по силам и снежный  городок ,а лучшем случае и  снежную крепость построить.

          Предки современных эскимосов, населявшие  арктическое побережье Северной  Америки в районе залива Коронации  и Медной реки, еще во второй  половине первого тысячелетия  нашей эры научились строить  хижины из снега-«Иглу»

             Они прочны и достаточно теплы, а для их возведения не требуются привозные материалы. Все что  нужно, а нужны снежные брикеты  и вода- всегда под рукой. Куски на стыках снежных брикетов  необходимо оплавить и приварить  друг к другу морозным швом. Внутри хижины можно спокойно разводить огонь: повышенные температуры только упрочняет свод. Внутренняя поверхность оплавляется, ровная ледяная пленка ослабляет теплообмен, и дальнейшее таяние снега прекращается.

              Снег в  Артике и Севере нашей страны естественная среда обитания, устойчивое основание и  дармовой строительный материал . Снежные дома и склады-холодильники, прослужат  как минимум  до лета.  Уплотнив снег, применив искусственное   охлаждение снега  и создав надежную наружную теплоизоляции  можно  добиться и круглогодичной службы  сооружений из снега. 

              Главный  враг  подобных построек  ползучесть. Снег очень  сильно  деформируется, причём снежная постройка  может просесть под собственным  весом. С другой стороны, со временем снежно-ледяная масса укрепляется, „спекается“ в монолит.

6. О   русской  смекалке и мудрости  инженерной   гляциологии

              Протиснувшись в окошко,  прорубленное  Великим  Петром в  Европу  наши  « либерально мыслящие баре »  благостно  обозрели раритеты римской эпохи - акведуки, мосты и шоссе  и  в «изумление» обозначили транспортную проблему России: « На Руси две беды -  дураки и дороги ».

               Но,   давным -  давно,  усиленно  почесав голову и иные  места, русские «Иванушки- дурачки» ,в отличие от римских легионеров,  создали свою эффективную транспортную сеть,  не требующую ни финансовых затрат , ни  привлечения рабочей силы и дорогостоящих материалов  строительных материалов.       Лишь только мороз скует водные покровы прочным льдом,  уже и  протоптана тропинка  на другой берег, а по  русла реки проложена «дорога многоеженная»  - ровная да гладкая,  ни чета римскому шоссе.

         На Руси рационально использовали  развитую озерно- речную систему  и особенности крайне сурового  климата  – летом передвигались  и перевозили грузы по воде, аи зимой по снегу и льду  рек, ручьев и озер. Однажды, оттолкнувшись   от  Каменного Пояса ,  « русские дураки», всего-навсего  за полвека, так   далеко прогулялись по водным путям и   ледяному покрову Сибири  , что  даже смогли перебраться из Евразии в Северную Америку.   

             Ледяные транспортные  объекты  одно из  основных  направление  практической инженерной гляциологии  или  в просторечие  «ледотехники».

              Легендарный пример   ледотехники  - стратегическая автомобильная  трасса ,  проложенной по льду Ладожского озера или «Дорога жизни».»  Во время Великой Отечественной Войны   она  спасла  к осажденный Ленинград.    

         В северных районах  России в прежние времена и железнодорожное полотно нередко прокладывалось непосредственно по льду рек и озер,   это длительно существовавшая переправа через Байкал длиной в 45 км,  а также  ледяные переправы через Волгу у Саратова в 1928 году и через Северную Двину в Архангельске в 1943- 1944 годах

             Транспортные  схемы « зимников» (ледовых трас и  переправ) издавна  использовались ,используются и  будут использоваться.       Так, например,» многие и многие лета»  действует ледяная переправа через реку Лену у города Якутска. Длина ее  там более  18 километра .  Но это отнюдь не рекорд ,а лишь расхожий пример.

 В Якутии ,которая  по площади в пять раз больше  Франции , основные  автотрассы - 34 000 км зимников и более 2 000  ледовых переправ.

                 Современная  транспортная схема  высоких российских широт просто  немыслима без множества ледовых  аэродромов, площадок подскоков  и станций наведения.   Посадка  самолетов на лед стала обычным  явлением,  лишь  после создания  в Арктике  первых исследовательских  станций и  вынужденной  практике   организации   аэродромной службы  в Великой Отечественной Войне.

               Примечательно,   что  все  руководства  по устройству зимников, ледовых  переправ и аэродромов  изданы  под грифом НКВД  СССР .  И  написаны так толково, что современные  инженеры –гляциологи  устроили  настоящую охоту за раритетами  тюремного  творчества.

           Русские умельцы использовали  лед как строительный материал  рационально и с большой выдумкой , а  порой и просто забавлялись.  Особо угодил мастеровой люд  в 1740 году  императрице Анне  Иоанновне, охочей до всяких  забав и  развлечений.          Пожелала она  справить  свадьбу своего  придворного шута князя М.А. Голицына в  ледяном  доме . 

               Потеха потехой, однако  дом выглядел  внушительно: около 17 м в длину  и 6м в ширину, все из плит  чистого льда, политого водой; двери, окна, архитектурные украшение, мебель, даже пушки перед домом –  тоже из льда.          

              Современные инженеры гляциологи  тоже не плохие выдумщики. И строят они все:  от  транспортных объектов  и ледяных плотин, до  искусственных   островов  и жилых объектов.

       Строители  Арктики и Заполярья  давно  используют в качестве строительного  материала ледобетон. Так называют  лед с включенной в него  галькой. Ледобетон настолько прочен, что при работе с ним нередко  ломаются даже стальные зубья  экскаваторов.

            Другим вариантом ледобетона  является лед с добавлением  к нему древесной пульпы («ледопласт»). Материал этот выдерживает давление  до 50 кг/см2 и может быть использован в качестве заменителя при постройке плотин на реках Заполярья. 

                Армирование льда волокнистым  материалом повышает предел его  текучести и увеличивает прочность. При использовании хлопковых  и древесных волокон прочность  увеличивается в 2...3 раза, стекловолокно  дает увеличение прочности до 8 раз. Древесные опилки и размельченный  торф, смоченные водой и нанесенные  на поверхность льда, хорошо предохраняют  от таяния складские помещения  из льда и ледяные причалы. Промораживание водонасыщенных  плывунных грунтов укрепляет  стенки котлованов на стройках  и избавляет от необходимости  производить откачку воды, что  приводит к удешевлению строительства.

                Грех  бросить камень и  в иностранных инженеров-гляциологов-  больших выдумщиков по части  ледового зодчества и даже ледового кораблестроения.  В 1942 году в Англии возникла идея создания авианосца из…… плавающего айсберга. Ввиду того, что он представляет собой сплошную глыбу льда, ему не были  страшны торпеды и бомбы.  Правительство Великобритании  прельстилось и  абсолютную дешевизну проекта.

             Совместными усилиями Англии  и Канады такой ледяной корабль  водоизмещением 2.0  млн. тонн был построен. Он имел форму параллелепипеда с толщиной стенок в 9 м и возвышался над водой на 15 м. В верхней части его располагалась взлетно-посадочная полоса размером 600 х50 м.. На корабле было смонтировано 16 холодильных установок, которые поддерживали температуру стен около – 15°C. Благодаря работе  шести 20-  тысячесильных моторов айсберг мог перемещаться со скоростью 7 узлов в час. Все надстройки на нем возводились из смеси льда с древесными опилками , ибо этот материал в 4 раза прочнее льда, обладает ковкостью и оказывает примерно такое же сопротивление взрыву, как бетон.