Гранулированный теплоизоляционный материал | Сфера применения
Промышленное строительство
Отсыпка промысловых дорог | Теплоизоляция трубопроводной транспортной систем | Отсыпка кустовых площадок | Строительство вахтовых поселков | Отсыпка вертолетных площадок | Теплоизоляция нефтехранилищ

Внедрение инновационных материалов, обеспечивающих дополнительный запас прочности инженерных сооружений, сократить затраты на их эксплуатацию является необходимым условием для комплексного освоение природных ресурсов севера.

Добытчики нефти и газа, разрабатывая северные месторождения, предъявляют жесткие требования к строительным материалам. Идеальный теплоизолятор для отсыпки кустовых площадок, теплоизоляции трубопроводов и нефтехранилищ, строительства вахтовых поселков, промысловых дорог и вертолетных площадок разработали ученые Института криосферы Земли Сибирского отделения РАН.

Разработка нового материала и технологий его применения проходит под руководством Академика РАН, ученого с мировым именем Владимира Павловича Мельникова. Теплоизолятор производят из опалкристобалитовые пород (диатомиты).

Сырьевая база для производства нового материала в регионах практически не ограничена. В районе Уренгойского газового месторождения выявлены большие ресурсы кремнистого опалового сырья, которые можно использовать при освоении и обустройстве нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.Запасы диатомитов только в Тюменской области составляют примерно 500 трлн. м3, большая часть – доступна для разработки открытым способом.

Конкурентные преимущества материала разнообразны: высокие теплоизоляционные характеристики, прочность, морозостойкость, низкое водопоглощение, широкий фракционный состав, небольшой вес, негорючесть. Материал химически инертен, не содержит токсичных компонентов.

Многофункциональность материала позволяет использовать его в дорожном строительстве, нефтегазовой отрасли, капитальном строительстве, частном и малоэтажном строительстве, промышленном строительстве, ландшафтном дизайне и для теплоизоляции спортивных объектов.
Фундаменты
Фундаментная плита на ГТМ Диатом(ИК) может возводиться практически на любом типе грунта (песок, супесь, суглинок, глина, водонасыщенные и слабонесущие грунты), технология подготовки основания для всех типов грунтов будет одинаковой, а экономия при использовании ГТМ Диатом(ИК) устройстве фундамента (снижение количества свай) значительной.

Согласно СНИП 2.02.01-83 (2000) «Основания зданий и сооружений», глубина заложения фундаментов должна быть не меньше глубины сезонного промерзания грунтов. Стоимость работ по возведению фундаментов является достаточно высокой, особенно при большой глубине сезонного промерзания. Поэтому, согласно Сп 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» глубину заложения фундаментов разрешается назначать выше глубины сезонного промерзания грунтов, если «...предусмотрены специальные тепло-технические мероприятия, исключающие промерзание грунтов...».

Таким образом, теплоизоляция грунтов ГТМ Диатом(ИК) предотвращает промерзание под основанием фундамента в холодное время года, и грунт не будет пучиниться. Для исключения промерзания грунтов вблизи фундамента устраивают теплоизоляционный слой заданной толщины из ГТМ Диатом(ИК) по всему периметру фундамента или теплоизоляционную отсыпку из ГТМ Диатом(ИК) под всей фундаментной плитой.

Экспериментальная установка Сезонное охлаждающее устройство для стабилизации оснований
Патент РФ 2534879 | Патент на полезную модель (СОГ) RU 181403 «Сезонное охлаждающее устройство для стабилизации оснований» | Экспериментальная установка по замораживанию грунтов (2017) эффективно работающая на двуокиси углерода - безвредном газе (Институт криосферы земли ТНЦ СО РАН)
Освоение северных нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений, строительство систем магистральных трубопроводов и других объектов развитой инфраструктуры осуществлялось и осуществляется в основном по I принципу строительства с сохранением грунтов оснований в мерзлом состоянии. Ввиду значительной протяженности месторождений и трубопроводов с севера на юг гео-криологическое строение грунтов территорий освоения крайне неоднородно. Одни сооружения располагаются в пределах островного и массивно-островного распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) с температурами от минус 0,1°C до минус 3,0°C, а другие — в зоне сплошного распространения ММГ с достаточно низкими отрицательными температурами (до минус 5°C). Изменение геокриологических условий грунтов оснований объектов как в процессе строительства, так и в период эксплуатации оказывает существенное воздействие на стабильность оснований и фундаментов и, соответственно, на устойчивость самих сооружений. Развитие негативных инженерно-геокриологических процессов, в том числе пучения, термокарста, осадки при оттаивании мерзлых грунтов и др. начинается даже при незначительных изменениях установившегося теплового баланса в геотехнической системе «атмосфера — сооружение — ММГ».

В процессе многолетних обследований были зафиксированы многочисленные случаи деформаций и подвижек фундаментов различных сооружений вследствие как ошибок, допущенных при проектировании, отклонений от проектных решений при строительстве, так и техногенного влияния в процессе эксплуатации этих объектов на грунты оснований. Режимные наблюдения за температурой грунтов и сопоставление их состояния с прежним по материалам инженерно-геологических изысканий прошлых лет позволили в ряде случаев выявить изменения их температурных режимов и глубин сезонного промерзания (оттаивания), что и определило причины деформаций сооружений. Наряду с оттаиванием вмещающих свайные фундаменты ММГ, сопровождаемым осадкой свай, наиболее распространенным типом деформаций оснований является сезонное и многолетнее выпучивание свай под воздействием сил морозного пучения, возникающих в слое сезонного промерзания-оттаивания.

Северные районы Тюменской области и территория полуострова ЯМАЛ характеризуются сложными климатическими, инженерно-геологическими, геокриологическими и гидрологическими условиями. Грунты оснований здесь представлены преимущественно суглинками, глинами и органическими грунтами. Широко встречаются пластовые льды и грунты с морским типом засоления. В самой верхней части минеральные грунты являются преимущественно пылеватыми и относятся к категории пучинистых и сильно пучинистых. Необходимость реализации специальных проектов по термостабилизации грунтов обоснована.
Анализируя опыт эксплуатации, а также результаты различных моделирований, можно сделать выводы о том, что жесткости трубопроводов не хватает для сопротивления нагрузкам, возникающим, например, при их всплытии и выпучивании в результате активизации негативных геокриологических процессов. Последние, в свою очередь, развиваются в результате термомеханического воздействия подземного газопровода на мерзлые грунты оснований. Наиболее негативное и интенсивное влияние на подземные трубопроводы оказывает процесс криогенного пучения грунтов. При проектировании магистральных газопроводов (МГ) нормы и правила напрямую не учитывают дополнительные продольные деформации, которые зачастую возникают при прокладке и эксплуатации МГ в криолитозоне. В частности, в СНиП 2.05.06 85* [6] определение продольных напряжений производится без учета продольных и поперечных перемещений, связанных с осадками и учением мерзлого грунта. В процессе эксплуатации газопровода реализуются неравномерные деформации, которые невозможно напрямую учесть при проектировании. Для защиты линейной части трубопровода от сил морозного лучения при прокладке в зоне распространения ММГ возможно применение как пассивного способа инженерной (тепловой) защиты (теплоизоляции наружной поверхности труб такими материалами, как пенополиуретан, пеноплэкс и т.п.), так и технических средств активной термостабилизации, а также комбинации использования теплоизоляционных экранов и термостабилизаторов.

Согласно СНиП 2.02.04-88 [5] при использовании ММГ в качестве оснований сооружений по принципу I для сохранения мерзлого состояния грунтов необходимо предусматривать установку сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ) жидкостноо или парожидкостного типов на основании теплотехнических расчетов с учетом конструктивных и технологических особенностей сооружения, опыта местного строительства и экономической целесообразности. Из вышеуказанного следует, что для засоленных грунтов необходимо использоание технологии и средств термостабилизации. При этом обоснование их применения должно опираться на специальные теплотехнические расчеты (не предусмотренные самим СНиП). Также согласно СНиП 3.02.01-87 [7] и СП 50-101-2004 [8] работы по термостабилизации следует производить по специально разработанному проекту на основе статических и теплотехнических расчетов.


Изобретение «Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин» RU 2552253 [4]
относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами).

Известна «Система замораживания грунтов» RU 2435904 [2], содержащая скважины, пробуренные эквидистантно по контуру выработки или котлована, в скважины опущены замораживающие колонки, а в них - питающие трубы, в колонках циркулирует охлажденный на замораживающей станции рассол, коллекторы, соединяющие выход замораживающих колонок с замораживающей станцией, в качестве рассола используется раствор соли хлористого кальция, рассол охлаждается на замораживающих станциях холодильными машинами. Недостатком устройства является наличие энергозатратной замораживающей станции. Более близким техническим решением является «Способ устройства плитного фундамента на сваях для резервуара с низкотемпературным продуктом» RU 2552253 [1], опирающегося на свайное поле, охлаждаемое дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, дополнительное промораживание массива вечномерзлого грунта со сваями осуществляют глубинными термоэлементами методом принудительной регулируемой подачи в них хладагента заданной температуры от внешнего источника его охлаждения по закольцованным распределительным магистралям. Устройство обладает большей экономичностью по сравнению с [2] благодаря наличию возможности использования естественного охлаждения. Недостатком является низкая экономичность, обусловленная применение энергозатратных холодильных машин. Недостатком также является низкая надежность и стабильность работы охлаждающего устройства.

Система охлаждения грунта RU 2552253 [4] «Устройство для термостабилизации приустьевой зоны скважин» подобна Системе Фундаментстройаркос, НПО, но обладает доработками, являющимися неоспоримыми преимуществами, а именно:
система, работает на двуокиси углерода (безвредном газе; прим. система Фундаментстройаркос, НПО работает на аммиаке) значительно эффективнее, а ввиду экологической безопасности, может применяться в жилищном строительстве. Задачей изобретения является повышение эффективности применения системы за счет использования естественных криогенных ресурсов – рассолов с отрицательными температурами (криопэгов), залегающих в криолитозоне, рассматриваемой как природная холодильная машина. Технический результат изобретения - повышение экономичности, надежности и стабильности работы.
Промышленное применение: изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений.

Разработан программный комплекс, предназначенный для работы на компьютерных кластерах и создан с учетом технологии параллельного программирования MPI « Arctica Stochastic 3D», «Arctica 3D MPI», «Arctica 3D Personal»

Спроектирована, смонтирована и запущена экспериментальная исследовательская установка по горизонтальному замораживанию грунтов в натурную величину на базе ПРК, Гнездо (Тюмень, ТО). Патент на полезную модель (СОГ) RU 181403 «Сезонное охлаждающее устройство для стабилизации оснований»