Ученые Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема (ПГУ имени Шолом-Алейхема) разработали композитные материалы повышенной прочности изо льда. Новые технические решения позволяют значительно увеличить несущую способность и грузоподъемность относительно тонкого ледяного покрова толщиной до 40 см через внедрение в его структуру материалов с заданными физико-механическими свойствами. В качестве армирующих элементов могут использоваться как жесткие (стальная арматура, стальные сетки), так и упругие материалы (стеклопластик, поливинилхлорид, полипропилен). Полученные композитные образцы были испытаны на нагружающем стенде, определено их напряженно-деформированное состояние в зависимости скорости приложения нагрузки.
На территориях с холодным климатом ледяной покров могут использовать в качестве строительных сооружений: ледовых переправ, аэродромов или грузонесущих платформ. Однако его прочностные характеристики зависят от многих факторов, а традиционные методы повышения прочности льда не всегда эффективны. Проблемой является и длительность эксплуатации ледовых сооружений, ведь лед должен намерзнуть толщиной более одного метра, а его свойства в течение зимы сильно меняются.
«Известно, что лед толщиной более одного метра обладает достаточно высокой прочностью и грузоподъемностью, однако при недостаточной несущей способности используют стандартные методы ее повышения путем наращивания толщины льда, либо внедрения в его структуру различных наполнителей, в том числе органического происхождения. В результате прочность льда возрастает до 80%, открытыми остаются вопросы технологии изготовления таких сооружений, их стоимость и экологичность. Мы предложили альтернативные способы упрочнения, например, стержневыми элементами, плоскими, пространственными и цилиндрическими каркасами. Ледяной покров в этом случае работает как композитный материал повышенной прочности, который даже при предельных нагрузках, вызывающих трещинообразование, позволяет сохранять несущую способность, благодаря обеспечению сплошности и быстрому самозалечиванию раскрывшихся трещин. В результате прочность отдельных образцов возросла до 400%, а некоторые материалы проявили значительные упругие свойства не разрушаясь при деформациях до 20 см», – отметил ведущий научный сотрудник молодежной лаборатории ледотехники, кандидат технических наук А. Васильев.
Эксперименты проводятся в полунатурных условиях и в ледовом бассейне. Исследования показывают высокую эффективность работы композитных материалов. На основе полученных результатов подано десять заявок на патенты с новыми техническими решениями как по способам армирования, так и по конструкциям самих ледовых переправ. Молодёжная научная лаборатория ледотехники создана в рамках реализации дальневосточного трека программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»).
