Площадь арктических территорий России составляет 28%. Из-за их удаленного расположения от промышленных центров завозить туда стройматериалы дорого. Поэтому сейчас вновь возник интерес к сооружениям из снега и льда. Доступность материалов, надежность и легкость создания разных форм — главные плюсы этого вида строительства. Такие сооружения могут использоваться до 10 месяцев, а затем они самостоятельно тают и не оставляют мусора. В других областях страны подобное строительство тоже приносит пользу — временные фигуры из снега и льда привлекают множество посетителей, что стимулирует развитие туризма. Ученые ПНИПУ придумали и протестировали новый способ строительства, который позволяет делать снежные сооружения быстрее и прочнее.
Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика» №3 за 2023 год.
Сейчас применяют два основных метода строительства из снега. Для первого используют снежные блоки, как для возведения иглу. Для второго сначала создают опалубку, затем заполняют ее снегом, а после оставляют на длительное время для уплотнения снега в блок.
Для строительства прочных снежных стен новым способом ученые ПНИПУ применили собственную установку прессования снега. Она содержит корпус, образованный верхней и боковыми стенками. Две параллельные из боковых стенок двигаются навстречу друг другу с помощью винтовых шпилек, закрепленных в них. В фанерные стенки под металлический лист уложен греющий электрический кабель.
Исследования должны были ответить на несколько вопросов. В первую очередь ученых ПНИПУ интересовало, можно ли строить из снега «Пизанские башни». Это дало понять, как снежные конструкции ведут себя под наклоном. Впоследствии такие знания могут пригодиться при строительстве отдельных элементов из снега — наклонных стен, крыш, арок и т.д. Второй вопрос — как долго должно происходить прессование с подогревом, чтобы получить оптимальную плотность и прочность снегоблоков.
Политехники изготовили блок высотой 2,93 метра с наклоном на 10 см. В течение сорока дней отслеживали увеличение этого наклона. Максимальное отклонение достигло 1,5 метров, что в два раза больше основания. На сороковой день столб упал из-за оттепели — температура поднялась до +2°С.
Затем для отработки технологии прессования ученые ПНИПУ сформировали горизонтальный снегоблок с датчиками температуры внутри, которые подключены к регистратору. Температура датчиков постоянно фиксировалась с экрана на фото или видео. Через неделю провели измерения плотности и прочности на сжатие изготовленного снегоблока. Испытания проводились на образцах в форме кубиков с ребром 100 мм. Перед испытанием на прочность каждый образец взвешивался для определения плотности. Затем ученые ПНИПУ определили их прочность. Каждый образец помещался между листами пеноплекса и сжимался. Средняя прочность на сжатие 28 образцов составила 7,4 МПа.
— 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, — объясняет кандидат технических наук, доцент кафедры общей физики ПНИПУ Олег Зверев.
Исследования ученых ПНИПУ подтверждают, что в условиях низких температур новым способом можно быстро возводить конструкции и постройки из снега. Разработанный способ может применяться в холодных регионах России для строительства временных сооружений, например, гаражей на зимний период. В Заполярье такое сооружение простоит 10 месяцев. В других местах способ может использоваться для создания декоративных конструкций и арт-объектов. Сейчас ученые построили иглу для определения теплофизических свойств снегоблоков.