МИНИСТЕРСТВО ТРА Н СПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ
НАУЧН О-И ССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
(СОЮЗДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ТЕХНОЛОГИИ ОТЕПЛЕНИЯ ГРУН Т А
ПЕНИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
ПРИ ЕГО ЗИМНЕЙ РАЗРАБОТКЕ

О д обрен ы Ми нтр ансстр оем

Москва 1 979

Изложены пр и нц ипы рационального и споль зования быстротвердеющих синтетических пен (БТП) и пенольда д ля за щи ты грунта в карьерах от промерзания в зимнее время. Приведены данные по выбору рецептуры, механизаци и и технологии изготовления пенистых покрытий, а также предложен расчет толщины отепляющих слоев. Дано экономическое обоснование применения отеплени я грунта при его ра зработке в зимних условиях строительства.

Предисловие

«М е тодические рекомендации по технологии отеплени я грунта пенистыми материалами при его зимней разработке» развивают положения действующих нормативных документов СНиП III - Д.5-73 и СН 449-72, ка сающиеся проведения з емляных работ в зимних условиях.

В основу настоящих «Методических рекомендаций» положены исследования Ленинградского филиала Союздорнии. Использованы также материалы, полученные во ВНИИГ им . Б . Е. Веденеева, СибНИИ ГиМе, ВНИИНЕРУДе, ИР ГИРЕДМЕТе, Ц НИИСе и других организациях по изготовлению и применению синтетических бы стротвердеющ их пе н (БТП) для защиты грунта от промерзания в зимних условиях. В работе учтен опыт ЛИСИ по отеплени ю грунта з амерзающими водово зду шны ми пена ми (пен ольдом).

Настоящие ««Методические рекомендации» составлены канд . т ехн. н аук В. М. Иевлевым при участии кандидатов технических н аук Ю. Я. Андрейченко (р азд. 5, прил ожения 3, 4) и М. П. К остельо ва (разд. 6).

1 Общие положения

1.1. «Методические ре к оменд ации по технол огии отепления грунта пенистыми материалами при его зимней разработке» предназначены для в озведения насы пей из грунтов карьеров и выемок, разрабатываемы х экскаваторами в зимнее время. При этом допускаетс я некоторое промерзание грунта, обусловленное мощностью применяемого экскаватора (20 - 25 см при емкости ковша экскаватора более 0, 65 м³).

1.2. Для защиты грунтов от промерзания в качестве основного т еплоизолирующего слоя рекомендуется применять синтетическую бы стротвердеющую пену (БТП ), изготовленную из мочевино-формальдег идны х (карбамидны х) смол. Для отепления небол ьших площадей можно использовать дешевый товарный пенопласт и его отходы различного вида.

1.3. Во д овоздушны е замерзающие пены (пенолед) применяют для усиления отепляющего действия пенопласта: в районах с суровым и холодным климатом - обязательно; при дефиците снегового покрова в районах с умеренным климатом - во второй половине зимы.

1. 4. Синтетическую пену следует укладывать в предзимний период при положительной температуре воздуха. В условиях морского климата, с частыми оттепелями в зимний период , пенопокрытие надлежит изолировать с поверхности водонепроницаемой пл енкой.

Получение пенольда из водовоздушной пены возможно при устойчивой температуре воздуха ниже -7 ÷ -8 °С.

1.5. Пенопласт, изготовленный из карбамидной см о лы, можно в последствии использовать для улучшения структуры, почвы в сельском хозяйстве, в частности для повышения водоудерживаю щей способности песчаны х грунтов, дренажа болотистых почв, защиты почвы от эрозии под действием атмосферных осадков. Внесение пены обогащает почву азотом, что повышает урожайность овощных культур.

2. Исходные материалы и состав пен

2.1. Для получения БТП в полевых условиях при годны любые типы мочевино-формальдегидны х (к арбамидны х) смол, выпускаемых отечественной промы шл енн остью. Кроме смолы, в состав БТП должны входить поверхностно-активные вещества (ПАВ), катализатор отвер ждения (крепитель) и вода. Для изготовления пенольда необходимы ПАВ и вода.

2 . 2. Стоимость и свойства различных типов смолы весьма близки (прилож ение 1 настоящих «М етодических рекоме ндаций»), поэтому при строительстве можно использовать их любые марки. Но если есть возмож ност ь выбора, предпочтение следует отдавать смолам, имеющим больший срок хранения и меньшую токсичность (М -48, М19 -62, К-2).

2.3. Для отверждения БТП следует использовать быстродействующие катализаторы. Наибольшее распространение из них получили соляная, щавелевая и ортофосфорная кислоты. Поскольку каждый тип смолы реагирует с одной или двумя кислотами, катализатор приобретают только после его проверки на реактивность с имеющейся смолой (с м. п риложение 1) .

2.4. Для вспенивания БТП можно применять с амые различные типы ПАВ, но наиболее удобны жидкие пожарны е пенообразователи (приложение 2).

Выбор типа пенообразователя диктуется возможностью приобретения, отпускной стоимостью, дальностью возки и т.д.

2.5. Оптимальный состав БТП ( % ) следующий.

М очевино-формальдегидная смола ................................................................................. 35

Слабоконцентрированная кислота (4 – 5 %) ................................................................... 16

Жидкий пенообра з ователь ............................................................................................ 2 - 4

Вода ..................................................................................................................................... 45

Например, для изготовления 100 м³ БТ П кратностью 20 требуется 1700 кг смолы М1 9-62, 40 кг сухой щавелевой кислоты, 200 л пенообразователя ПО-1А и 4800 л воды.

Обычно смолу используют в пено г енераторе в виде эмульсии с в одой и пенообразователем, а кислоту - в виде слабого 4 - 5 % -ного раствора.

2.6. Для отепления небольших грунтовых площадо к и карьеров можно использ овать наиболее дешевые пено пласт ы фабричного изготовления, основные характеристики которых приведены в табл. 2.1. Более экономи чно оте плять грунт отходами различных пен опл астов (обычно стоимостью 8 - 9 р уб./м³,), равномерно рас пределенными по поверхности грунта и облитыми БТП, чтобы закрепить их и тем самым предохранить от раз дувания ветром.

Таблица 2.1

Основные характеристики фабричного пенопласта	Полистирольный пенопласт		Фторопластовый пенопласт ФРП-1, ФРП-2	Карбамидный пенопласт МФП
Основные характеристики фабричного пенопласта	ПСБ	ПСБС	Фторопластовый пенопласт ФРП-1, ФРП-2	Карбамидный пенопласт МФП
Плотность, кг/м ³ ............................................................	20 - 30	25 - 30	30 - 100	10 - 25
К оэффиц иент теплопроводности, кк ал /м · ч · град.	0,030 - 0,034	0,030 - 0,034	0 ,0 30 - 0,045	0 ,0 24 - 0,030
Удельная теп лопроводност ь, ккал/ кг · г рад. ............	0,32	0,35	0,35	0,30
Себестоимость 1 м ³ , р уб. ............................................	20.67	20,67	39,73	8,10

2.7. Для изготовления пе н ольд а пожарные пенообразователи П О-1 и ПО-3 непригодны. Наиболее устойчив ый пенолед дают следующие составы воздуш ных пен:

а) 0,2 % -ны й водный раствор средства « Волгонат» (М РТУ 6-01″39- 65) с добавкой 0,05 к арбок си лметилцеллюлозы (КМЦ);

б) 0,2 %-ный водный раствор эмульгатора Е -3 0 (производство ГДР) с добавкой 0,05 КМ Ц или хозяйственного мыла.

3. Средства механизации

3.1. Стандартные п еногенераторы , предназначенные для изготовления пенопластов в полевых усло виях, о течественной промышленностью не выпускаются. Следует использовать либо наиболее удачные модели, разработанн ые отдельными организациями, либо приспособить для изготовления синтетической пены механизмы, имеющиеся в дорожно- строитель ны х организациях.

3.2. Для подготовки к зиме обычных и крупных дорожных карьеров можно применять модернизированную установ ку для отепления грунта бы стротвердеющ ей пеной*⁾ (рис. 3.1) .

*⁾ Установка разработана СибНИИГиМ ом, г. К расноярск.

Основные характеристики машины.

Емкость бака для эмульсии .......................................................................................... 12 0 л

Емкость бака для кислоты ............................................................................................ 20 0 л

Давление воздуха для вспенивания

эмульсии ............................................................................................................... 5 - 7 к г/см²

Давление воздуха в ба к е для кислоты ............................................................... 2 - 3 кг/см²

Расход сжатого воздуха ........................................................................................... 5 м³ /мин

Пр оиз водительность по пене ......................................................................... 70 - 80 м³/час

Машину заправляют полностью рабочими р астворами за 30 - 35 мин насосами, смонтированными на раме автомобиля. Все узлы пеногенератора вместе с пу льт ом у пр авления закреплены на платформе, которая установлена на автомобиле ЗИЛ-157К. Силов ой установкой машины служит двигатель ав томобиля и пр ицепной компрессор ЗИФ-55. Пеногенератор позволяет пол уч ат ь к омпрессор пену кратностью от 10 до 40 - 60 и более.

Рис . 3 .1. Схе ма пеногенерирую щей установки СибНИИГ иМ а:

1 - компресс ор; 2 - указатели уровня; 3 - ре дук тор; 4 - бак для эмульсии; 5 - бак для кислоты; 6 - расход омеры ; 7 - о братны е клапаны; 8 - насосы ; 9 - тара с кислотой; 10 - с меситель; 11 - тара со смолой (п ен ообразователем); 1 2 - перепу ск ной клапан; ⋈ - вентили; - краны ; ? - с чет чи ки-ли тро меры

3.3 Синтетическую пену в небольших объемах можно изготовлять портативными эжекционными пеногенераторами*⁾. Подобные аппараты собирают по двум основным схемам (р ис. 3.2).

*⁾ Пеногенератор разработан во ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, г. Ленинград.

Схема А. Раст в ор смолы и пенообразователя подают насосом в смеситель, где о пр ыскивают кислотой. Здесь происходит предварительное вспенивание рабочей смеси, а окончательно структура пены формируется в воздухосмесителе.

Схема Б. Все растворы подают сжатым воздухом с помощью компрессора или баллона в смесители, где рабочую смесь вспенивают, а пену опрыскивают в конце системы, на выходе. Преимущество описанной схемы в том, что не происходит преждевременного схватывания смеси, благодаря чему уменьшается опасность закупорки напорной линии и штуцеров затвердевшими кусками пены. Это способствует более качественному формированию структуры и получению пены высокой кратности.

Пеногенераторы для удобства пользования следует монтировать на прицепных к автомобилям или тракторам колесных тележках.

3.4. Основным элементом пеногенераторов подобного типа является пеносмеситель эжекционного действия. Наиболее простая модель предложена ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. Оптимальные параметры пеносмесителя приведены в табл. 3.1.

Выходную часть насадки и входную диффузора при изготовлении п ен осмесителя раззенковы вают под углом 45°, а внутреннюю камеру полируют. Оси насадк и и диффузора должны строго совпадать. Во избежание быстрой коррозии пеносмеситель рекомендуется изготовл ять из нержавеющей стали.

Таблица 3.1

Основные параметры пеносмесителя	Величины параметров
Пр оизводительность по пене, м³/мин .................................	1 - 1,5	5	10
Диаметр отверстия насадки d , мм ......................................	5,5	9	15
Уг ол конусности насадки L_к ..............................................	13	13	13
Диаметр горловины диффузора d_г , мм ...............................	5, 8	11	18
Угол конусности диффузора L_к .........................................	6	6	6
Длина горловины l , мм .....................................................	30	50	90

3.5. Воздухосмеситель может быть з аимствован из противопожарных устройств либо изготовлен по аналогии, например, с воздухосмеси телем 3 (см. рис. 3.2), где смесь вспенивается в конусной камере ( L_к = 8,5 °), воздух в которую подается из отверстий, просверленных в стенках диффузора под углом 45° к его оси.

3.6. Остальные элементы пено г енерирующей установки выбирают в соответствии с параметрами изготовленного пеносмесителя. Для того чтобы обеспечить производительность пеног енератора по пене 1 - 2 м³ /мин, необходимы компрессоры с рас ходом воздуха 1, 5 - 3 м³ /мин и давлением более 6 кг/см², гидравлические насосы со скоростью подачи жидкости бо лее 2 - 3 м³ /час и т.д. Кроме кранов, манометров, ресиве ров , желательно снабдить пеног ене раторы д вумя доз аторами- расход оме рами, поддерживающими оптимальную дозировку компонентов в смесителе. Бак для кислоты по объему должен быть в 5 - 6 раз меньше большого бака и иметь внутреннюю футеровку, защищ ающую металл от коррозии.

Рис . 3 .2. Основные схемы ( А, Б) эжекционн ых пеногенерато ров:

1 - ги дравлический насос; 2 - п енос мес ит ель; 3 - возд ухо смеситель; 4 - компрес сор (баллон); 5 - бак с раствором смолы и ПО; 6 - бак с кислотой; 7 - к ран с манометром (и реси вером); 8 - о братный клапан, d₁ , d₂ - д иаметры насадки и горловины (см. т абл. 3.1)

3.7. При сборке пеногенератора все соед и нения необходимо тщательно подгонять, а герметичность системы проверять специальными гидравлическими испытаниями под давлением, на 30 - 50 % превышающим рабочее давлени е напорной линии пеногенератора.

3.8. Для приготовления водовоздушной пены можно использовать пожарные пенообразу ющ ие устройства малой производительности: стволы ручные воздушно-пенные (типа СВП и СВП Э), пеног енера торы (типа ПС), автоцистерны, автополивщ ики с пеноген ерирующими насадками и т.д. Для получения водовоздушны х пен пригодны также любые генераторы БТП. В последнем случае в большой бак заливают воду с ПО, а кислотн ую линию отключают.

4. Технология работ

4.1. Перед выездом на объект на базе отрабатывают оптимальный режим работы пеногенератора снач а ла на воде, затем на всех компонентах. При испыта ниях проверяют правильност ь эжекции (пен ообразования) с контролем кратности выходящей пены (н е меньше 20 - 30), скорости отверждения пены (20 - 30 мин), степени усадки пены (не более 10 - 15 % толщины слоя).

В процессе рабо т производят необходимую подрегулировку расходомеров и уточняют величины рабо чих давлений в основных узлах пеногенератора. В первом приближении их принимают

в линии подачи эмульсии - 5 - 6 кг/см²;

в линии подачи кислоты - 2 - 3 кг/см².

4.2. Баки пеногенератора н аправляют рабочими компонентами и вместе с компрессором перемещают к месту отепления грунта. Здесь к п еног енератору подключают насосы, компрессор и начинают изготовлять пену. Порядок работ при этом следующий: после включения силовой установки открывают впускные вентили и давление в баках доводят до расчетного. Затем открываю т входны е краны, в результате чего растворы попадают через дозаторы в смеситель (реактор) и образуется пена. По выходу работ допускается нек оторая подрегул ировка приборов, обеспечивающая поддержание расчетных давлений и оптимальное дозировани е компонентов в смесителях. С помощью шланга пену наносят на отепляемую поверхность.

4.3. Во время работы необходимо периодически очищать выводной рукав пено г енератора от кусков налипшей и затвердевшей пены. Для этого рукав отсоединяют от пеносмесителя и продувают сжатым воздухом от компрессора. В конц е смены и при остановке работ по той или иной прич ине баки пеноген ератора освобождают от растворов, а всю систему промывают горячей водой.

4.4. Расчетну ю толщину пенопокры ти я контролируют высотными шаблонами, которые следует устанавливать на поверхности карьера до начала работ. Пену наносят на отепляемую поверхность слоями толщиной 5 - 6 см. Розли в очередного слоя допускается только после затвердения нижнего слоя пены, т.е. через 30 - 40 мин после его укладки.

4.5. Розлив пены рекомендуется вести при ясной и тихой погоде. При скорости ветра свыше 7 - 10 м/ сек пену следует укладывать плотно, для чего струю пены направляют под углом 45 - 60° к отепляемой поверхности грунта. В случае выпадения атмосферных осадк ов и при скорости ветра более 12 - 15 м/сек работы по из готовлению БТП з апрещаются.

4.6. Гидроизоляция синтетической пены достигается либо розливом по ее поверхности карбами д ной смолы слоем 3 - 5 см, отверждаемой обычным способом, н о без в спенивания, либо набры згом битумной эмульсии или другими способами. Во всех случаях перед нанесением изоляции пену высушивают на воздухе до возд ушно- сухого состояния.

4.7. Водовоздуш ную пену рекомендуется нанос ить на отепляемую поверхность слоями толщиной 5 - 6 см при температуре воздуха от -7 до -15 °С и толщиной 8 - 10 см при температуре ниже -15 °С. Укладка очередного слоя допускается только после замерзания предыдущего. Кратность водовоздушной пены необходимо поддерживать в пределах 20 - 40. Во избежание раздувания пены при скорости ветра более 6 - 7 м/сек намораживание пенольда следует прекратить. Растаявший пенолед можно впоследствии восстанавливать вторичны м намораживанием пены при понижении температуры воздуха до -7 ° С.

4.8. Очищать поверхность карьера от отепляющих слоев в о избежание промерзания грунта следует лишь на площади , которая может быть раз работана экскаваторным звеном за 1 - 2 смены.

5. Расчет толщины теплоизолирующих слоев

5.1. Необходимая толщина теплоизолирующего слоя зависит от закономерности изменения температуры во з духа за расчетный зимний период, начального распределения температуры по глубине отепляемого грунта, температуры слоя БТП в момент его нанесения, а также теплофизически х характеристик материала слоя и грунта. Поэтому для ра счета толщины защитного слоя БТП необходи мо знать:

климатическую характеристику места стро и тельств а, включающую ход изменения температуры воздуха по месяцам в течение года;

вид и состояние грунта и его теплофизичес к ие свойства;

распределение температуры в грунте по глубине в момент его отепления;

тепл офизические характеристики отепляющего слоя;

график ра з работки карьера во времени.

5.2. Толщину теплоизолирующего слоя рассчитывают по результатам теоретического решения операционным методом нестационарной задачи о двухслой ном полупространстве, представляющем собой слой теплоизол яции конечной толщи ны, уложенный на грунтов ое полупространство (с м. п риложение 3 и рис. 5.1, А ). При постановке задачи принято, что в системе преобладает перенос тепла за счет теплопроводности; ми грация влаги в грунте и наличие снегового покрова на глу бину промерзания не влияют.

5.3. Начальную температуру теплоизолир ующего слоя t₁ принимают постоянной по его толщине и равной температуре воздуха в момент устройства слоя БТП (рис. 5.1 , Б ).

5.4. Годовой ход температуры воздуха по месяцам принимается на основе многолетних статистических данных (табл. 1 СНиП II -А .6- 72) и предполагается из меняющимся по следующему закону (рис. 5.2):

, (5.1)

где t_ср - среднегодовая температура воздуха , °С;

T - период изменения температуры воздуха за год, час; Т = 8760 час;

τ - расчетное время с момента нанесения слоя БТП до начала разработки грунта в к арь ере, час;

Δτ - время, отсчитываемое от момента п ере хода кривой температуры воздуха через 0 ° С до момента, с оответствующего началу отепле ния грунта, ч ас; Δτ берется со знаком (+ ) при поло жительной t_ср и со знаком ( -) - при отрицательной t_ср ;

t_m = 0,5 (t⁺_max + t^-_max), (5.2)

гд е t⁺_max - максимальное значен и е средн емесяч ной поло жи тельной темпе ратуры;

t⁺_max - максимал ьное значени е среднемесячн ой от рицатель но й те мпера ту ры, прини маемо й по та бл. СНи П II -А.6 - 72.

5. 5 . Распредел ени е те мпера тур ы в грунте в момент нанесения слоя БТП принимается по форму ле (см. рис. 5.1, Б):

Р ис . 5.1. Ис ходная модель для ра счета теплоизолирующего слоя :

А - грунтовое полупространство с отепляющим слоем БТП; Б - начальное распр е делен ие температур в гру нте под БТП

t_zp ( Z ) = t_zp_∞ - ( t_zp_∞ - t_zp₀ ) e^-^μZ , (5.3)

где t_zp_∞ - равновесная температура на глуб и не 3 - 6 м, ° С;

t_zp₀ - температура на поверхности груза в момент укладки БТП, ° С;

μ - постоянный коэффициент; μ ≥ 0;

Z - глубина , м.

Коэффициент μ подбирают по данным распределени я температуры грунта по глубине.

Рис . 5 . 2. Кривая изменения температуры воздуха (г. Волгоград)

5.6. За момент нанесения слоя БТП на поверх н ость грунта в карьере рекомендуется принимать момент, соответствующ ий переходу кривой температуры воздуха через 0 °С.

5.7. Тол щ ина теплоизолирующего слоя должна обеспечивать полную защиту грунта от промерзания, в свя зи с чем температура грунта на контакте с теплоизолятором [ t _к ] д опускается:

для песка о т - 0, 3 до -0,6 °С;

для суглинка от -0,9 до - 1, 4 °С;

для глины от - 1, 8 до - 2,0 °С.

З дес ь [ t_к ] - температура ль д ообразования в грунте.

5.8. При назначении толщины теплоизолирую щ его сл оя и спользуют расчетн ые зн ачения сле дующих т еплофиз ич еских характеристик БТП и грунта:

ко э ффициенты те плопроводности и тем перату ропроводности;

удельную теплоемкость .

Значения те пл офизи ческих характеристик БТП и грунтов след ует определять экспериментальным путем, например, по методике, пре длагаемой в « Методических рекомендац иях по п роек тированию и ус тройству теплоизолирующих слоев на пу чиноопасны х участках автомобильных дорог» (С оюздо рнии. М ., 1976 ).

При от су тствии требуемой ап парату ры теплоф изические показатели материалов можно назн ачать по данным табл. 5.1 и рис. 5.3.

Рис. 5.3. Завис и мость коэ ффи циента теплоп роводности от объ емной массы БТП

Ко э ффициен т температуропроводности следуе т оп ре делять по формуле

, (5.4)

гд е λ - ко э ффиц ие нт т епл оп роводности , ;

c - удель н ая теплоемкость, ;

γ - объемная масса, кг/м³ .

Удельная теплоемкость БТП при и з менени и плотн ости материал а от 20 до 60 кг/м³ прини мается 0,3 2 - 0,35 .

Таб ли ца 5.1

Вид грунта	Основные характеристики влажного грунта
Вид грунта	Влажность, %	Объемная масса, кг/м³	Удельная теплоемкость,	Коэффициент теплопроводности,	Коэффициент температуропроводности, м²/час
Песок	10	1 700	0, 253	1,75	0 ,00407
	20	1900	0, 336	1,9	0,0029 8
	30	2171	0, 419	2,05	0,00225
	40	2533	0, 50 2	2,22	0 ,00 175
Суглино к	1 0	1711	0,258	1,4	0, 00317
	20	1925	0,340	1,65	0, 00252
	30	2200	0,422	1,96	0,00211
	40	2567	0,505	2,31	0, 00178
Гли на	10	1 622	0,262	1,10	0,0025 9
	20	1 825	0,344	1,39	0, 00211
	30	2086	0,426	1,88	0,00196
	40	2416	0,508	2,40

5.9. Окончатель н ый расчет толщи ны теп лоизоли рую ще го слоя из БТП ведется по формуле, при веденной в п рил ожении 3 настоящих «Методических рекомендаций» . В ви ду трудоемкости расчета его рекомендуется производи ть на ЭВМ*⁾.

*⁾ В Ленинградском филиале С оюзд орни и разработана программа расчета на Э ВМ «Н аи ри-2». Она м ож ет бы ть в ыслана заи нтересованным организациям по за просу.

Р ис . 5.4. Определение н еобход имой толщи ны БТП, о бе спечив ающе й полн ую защ иту песчан ого (супе счаного) грунта от промерзан ия при разли чн ой норм ативной глубине промерзани я грунта h₀ : 2,4 м (1 ); 1,9 м (2) ; 1 ,6 м (3) ; 1,4 м (4); 1, 2 м (5); 0 ,9 м (6)

5 . 10. При отеплении карьера, сл оженного из песчаного или супесчаного грунта, толщину защ итного слоя БТП можно опред елять по номограмме рис. 5.4 в соответствии с нормативной глубиной промерзания грунта, ука занной в приложении 4. Номограмма построена для БТП с объемной массой 60 кг/м³ . Для БТП с 30 к г/м³ расчетную толщину отепляющего слоя уменьшают в д ва раза. Влияние снегового покрова не учитывается.

5. 11 . При использовании пенол ьда для усилени я действия БТП толщина последней может быть несколько снижена. В этом слу чае необходимую толщину слоя БТП при нимают, исходя не и з нормативной глуб ины промерзания грунта, а из глубины проме рзания грунта под снегом в соответствии с нормативной толщ иной снегового покрова ( рис. 5.5). Суммарная толщин а пенольда и снега дол жна превыша ть нормативную тол щину снегового покрова в декабре - январе.

Р ис . 5.5. Глуби на промерзани я грун та без утепления (1 ) и под снегом или пенольдом при толщин е слоя 0, 2 м (2 ); 0,2 - 0 ,4 м (3) ; 0,4 - 0 ,6 м (4); более 0,6 м (5 )

5.12. Для сокра щ ения ра схода отепляющего материала толщи ну БТП следует рас считывать в соответст вии со сроком разработки грунта в карьере. При эксплу атации к арьера в тече ние всего зимне го периода на основании расчетов ст роится л иней ный график отепления (рис. 5.6), в соответствии с которым и производят разбивку терри тории и розлив пены по поверхности карьера (см. п . 4.4).

Р ис . 5.6. Лин ейный графи к отепл ени я грун та с помощ ью БТП (1) ; БТП и снега и ли пенольд а (2); динамика нарастания снегового покрова (3)

Необходимую толщину БТП н аход ят по нижней части н омограммы (см. р ис. 5.4) для каждого месяц а по ве личине нормативной глуби ны промерзания грунта h₀ .

6. Стоимость работ

6.1. Стоимость отеплени я грунта определяется: отп ускн ой це ной исходных продуктов и дальностью дост авки к месту работ, степенью технологичности и механизаци и, плотностью (кратностью) пены, толщ иной за щит ных слоев и площадью отепляемого карьера.

6.2. При расчете ориентировочной стоимости синтетической пены, изготовленной с помощью передвижных пен ог енераторов из смол кла сса мочевино-фо рмальд егидны х, можно принимать, что по отношению к общей себестоимости пенопласта стоимость материалов составл яет от 70 до 83 %, расходы на механизацию и оплату труда - от 5 до 15 %, прочие расходы (транспорт, п еребазировка и амортизация механизмов) - 2 - 6 %.

6.3. Прим е рная калькуляция себе стоимости 1 м³ пенопласта объ емной массой 30 - 40 кг/м³, изготовленно го на основе смолы М19 -62 с помощью пеног енерато ра СибНИИГиМ а, приведена в табл. 6.1 .

Таб лиц а 6.1

Статья затрат	Расход, кг	Отпускная, цена 1 кг, руб.	Суммарная стоимость, руб.
Смола М1 9- 62	17	0,18	3,06
Щавелевая кислота (сухая)	0,4	1 , 60	0,64
Пенообразователь ПО- 1А	2	0,35	0 , 70
Механизация и зарплата	-	-	0,60
Транспортировка компонентов и перебаз и ровка машин	-	-	0,15
Итого:			5,15

6.4. Себ е стоимость пен опласта можн о значительно снизить путем повышения кратности БТП (рис. 6.1) . Однако не рекомендуется бесконечно повышать кратность пены, так как при этом резко падает прочность и растет усадка БТП. Для рай онов Севе ро- За пада СССР оптимальная кратность пены не более 30 - 40.

Ри с. 6.1. Зависи мость стоимости пенопласта от толщ ин ы слоя и кратн ости пены (цифры на кривых - кратность пены)

6 . 5. Э кономическую эффективность отепл ения грунта синтетиче ской пеной и пенольд ом можно определить по номограмме рис. 6.2. Здесь приведена стоимо сть как отепления, та к и рыхления мерзлого грунта механи че ским способом в случае свободного п ромерзания грунта в карьере. Стоимость работ дана в зависимо сти от нормативной глубины промерзания грунта.

Рис. 6 . 2. Экономическое сравнение стоимости отепле ния и рыхления мерзл ого грунта:

1 - отепление промышленным пенопластом (мипо ро й); 2 - от епл ение с помощью БТП (γ = 80 - 90 кг/м³); 3 - ры хле ние шар- молотом или с помощ ью взрыва и последующ его дробления и уплотнения мерз лых комьев; 4 - от епле ние БТП (γ = 50 - 60 кг/ м³ ); 5 - рыхление навесным рыхлител ем с послед ующ им дроблением и уплотнением мерзлых комьев; 6 - засолени е хлористым натрием; 7 - отепле ние с помощью БТП (γ = 20 - 30 кг/м³ ); 8 - о тепл ен ие пенольд ом

6.6. Полную стоимость отепления карьеров в к аждом конкретном случае определяют, умножая себестоимость пенопласта (см. п . 6.3) на потребн ое количест во материала, подсчитанное по графику отепл ения карьера в зависимости от запланированного времени разработки грунта (см. р ис. 5.6).

7. Техника безопасности

7.1. Разрешение на укладк у БТП д ается п осле проверки крепл ения всех узлов пеног енерат ора и проведения гидравлических испытаний под давлением. Б аки для растворов эмульсии, смол ы и кислоты не обходимо испытывать в соответствии с правилами кот ло над зо ра. Все дозирующие и контролирующие давление при бо ры должны быть исправны и соответствовать паспортным данным.

7.2. При работе с к и сл отами следует собл юдать особую осторожность, рабочие должны иметь защитную одежду (резиновые перчатки, фартуки, сапоги, очки).

7.3. В связи с возможностью выделени я при розливе пены свободного фо рмальдегида место работ необходимо ограждать, а рабочих снабжать противогазами или защитными масками.

7.4. Ре м онтировать и закреплять отд ельные элементы и узлы п еног енератора можно только после полной остановки машины и снижения д авления в баках до 0.

7.5. Транспо рт ировка материалов и приготовлен ие рабочих растворов должны осуществляться в соответст вии с требованиями технических условий и ГОСТов на эти материалы.

ПР ИЛОЖЕН ИЯ

Приложение 1

Тип карбамидных смол	Основные свойства смол
	Концентрация, %, не менее	Преломление	Вязкость, сек		Содержание свободного формальдегида, %, не более	Кислотное число pH	Срок хранения, месяцы	Катализатор (кислота)
	Концентрация, %, не менее	Преломление	по В3-1	по В3-4	Содержание свободного формальдегида, %, не более	Кислотное число pH	Срок хранения, месяцы	Катализатор (кислота)
М Ф (МР ТУ 605-1006- 66) ..................	65	1,440 - 1,450	-	35 - 10 0	3	7,0 - 8,5	2	Соляная
М - 48 (ВТУ 560-58) .............................	48 - 50	1,417 - 1, 425	-	13 - 20	0 , 9 - 1, 2	-	12	Соляная
М Ф-17*⁾ (МРТУ 6-05-10 06-66) ........	70	1, 475 - 1,500	40 - 100	-	3	7,0 - 8,5	4	Соляная, щавелевая
УКС *⁾ (МРТУ 6-05-1006-66) .............	70	-	40 - 100	-	1,2	7,5 - 9,0	2	Фосфорная
М 19-6 2*⁾ (МРТУ 13-06- 4-67) ............	60 - 70	1, 456 - 1, 480	-	20 - 300	0,016	7,2 - 8,0	3	Ф осфорная, щавел евая
Кре п итель К-2*⁾ (ТУ 84-166-70) ......	50 - 55	-	-	12 - 30	0,5	7,0 - 8,0	4	Со ляная

*⁾ У казанные смолы испол ьзовал и д ля получения БТП для отепления грунтов. Отпускн ая це на смол - 180 - 220 р уб./т .

К о нт рольные испытания смолы

М очев ино-фо рмальд егидные смолы представляю т собой маловязкие жид кости белого или желтоватог о цвета; х орошо растворяются в воде.

Перед употреблением смол сле д ует определять:

ре а ктив ность (10 м л водного раствора смолы помещают в пробирку, куда добавляют несколько капе ль метилоранжа и встряхивают пробирку для полу чения равномерн ой окраски. В раствор вливают 2 мл концент рированной кислоты и, перем ешивая его, определяют момент выпадения геля . Это время в секундах и является реактивностью. Оно не должно превышать 10 сек);

плотность проверяют ареометром; она должна соответствовать паспортной (1,15 - 1,20 г/см³) ;

кислотное число pH , т.е. содержание свобод но го форм альд егида, определяют специальным испы танием (титрованием); pH должно быть не более 7,0 - 8, 5 %.

Хранить смолу с л едует в прохладных помещени ях. При температуре воздуха выше 20 °С она быстро густеет, теряет способность растворяться в воде, постепенно полимеризуется.

Приложение 2

Тип пенообразователя	Основные характеристики пенообразователя
Тип пенообразователя	Плотность, кг/м³	Содержание активного вещества, %	Оптимальная концентрация раствора, %	Кратность	Стойкость пены, мин	Отпускная цена, руб./т
ПО-1 А «Прогресс» (СТУ 49-18 75-6 4)	1100	Более 20	4	6	4	300 - 360
ПО-3 А «Т ипол» (ТУ 38-10917-73)	1100	25 - 30	2 - 3	6	4	400
« Волго нат» (МРТ У 6-0139- 65)	11 50	70	0,1	8	4	900 - 1000

Примечание . ПО-1А и ПО-3А - ж идк ости, «Во лгонат» - паста.

Контрольные испытания пенообразователей

При контрольных испытаниях пенообразователей определяют:

плотность - ареометром при температуре 20 °С ;

вязкость (по Энглеру) - по метод и ке ГОСТ 6 258- 52;

кратность пены - путем в з балтываний вод ного раствора пенообразователя оптимальной концентрации (100 с м³) в сосуде емкостью 1000 с м³ либо сбиванием его крыльчаткой в приб оре «и змельчитель тканей». Отношение объ ема пены к объему раствора считается кратностью пены;

стойкость пены - по секундомеру ; это время, в течение которого происходит разрушение пены на 1/ 5 своего объема.

Приложение 3

Для назначения толщины слоя БТП h при соот ве тствую щем времени отепления грунта τ предлагается формула :

г д е ; ; (β1 ≠ 0); β₂ = 0,5(1 + β₁); β₃ = 1 - β₁, erfcx = 1 - erfc;

erfx - функция ошибок Гаусса.

Остальные обозначения приведены в тексте раз д . 5.

Задаваясь толщиной слоя БТП h и временем отеплени я τ , р ассчитыва ют зн ачение [ t_к ] , которое для соответствующег о грунта должно находиться в пределах, указанных в п. 5.7.

Поскольку в формулу н е включен член, учитыва ющ ий переходные процессы, удовлетворительные зн ачения [ t_к ] соответствуют начальному врем е ни от епл е ния τ ≥ 2 50 час, к оторое и следует прин имать в к ачеств е исход ного.

Чис л о членов ряд ов n определяют исходя из условия βⁿ₁ ≤ A , где A - любое з аданное малое число, например A = 0,01 .

В приложени и 4 приведен ы необходимые при расчетах данные по отдельным городам СССР.

Приложение 4

Город	Среднегодовая температура воздуха t_ср, °С	Амплитудное значение температуры, отсчитываемое от среднегодовой t_m, °С	Время от момента перехода кривой температуры воздуха через 0 °С до начала отепления грунта Δτ, час	Разновесная температура грунта на глубине 3 - 5 м t_φ = 0 ° C	Коэффициент, характеризующий начальное распределение температуры в грунте n	Нормативная глубина промерзания n_o, см	Сумма зимних градусо-дней Σ - t_зим	Средняя толщина снегового покрова n_сн, см	Толщина БТП h, м Время с момента отепления до начала разработки грунта τ, час
Архангельск	0,8	14 ,05	120	5,5	1,5	160	1525	66	0,05 600	0,075 8 00	0,10 1 000	0,15 1400	0,2 0 1750	0,25 2250	0,275 2500	0,30 3000
Волгоград	7,6	1 6,7	72 0	1 5,0	1,75	110	781	-	0,025 500	0,05 1 000	0,0 75 1 700	0,085 2000	-	-	-	-
Вологда	2,4	14,4	288	5,5	0,75	1 50	1 256	48	0,0 5 500	0,07 5 750	0,10 950	0,15 1200	0,20 1 750	0,225 2000	0,25 2250	0,275 2750
Горький	3,1	1 5,0	324	8,75	2,0	155	950	5 9	0,05 700	0,075 1 000	0,1 0 13 00	0,1 25 1500	0,15 1 875	0,1 75 23 75	-	-
Ленинград	4,3	1 2,8	724	8,0	0,5	1 20	81 0	32	0,10 1 000	0,125 1 375	0,15 1 875	-	-	-	-	-
Москва	4,8	14,3	600	7,0	1 ,5	140	986	48	0,05 600	0,075 875	0,10 12 00	0,125 1500	0,1 5 2000	-	-	-
Омск	0	1 8,75	0	7,5	1 ,5	220	2000	24	0,025 250	0,05 62 5	0,10 1150	0,12 5 14 00	0,15 1600	0,1 75 1 800	0,2 0 2000	0,225 2250
Омск	0	1 8,75	0	7,5	1 ,5	220	2000					0,25 2750	0,2 75 32 50
Оренбург	3,9	1 8,35	360	9,5	1 ,5	180	1 597	57	0, 025 350	0,05 62 5	0,075 900	0,1 1 200	0,15 1700	0,1 75 2125	0,2 2 500	-
Псков	4, 6	1 2,5	600	7,0	1,75	110	691	21	0,05 650	0,075 1 000	0,10 1400	0,125 1900	-	-	-	-
Рига	5,6	11,05	81 6	7,0	2,0	90	460	23	0,025 450	0,05 850	0,075 1300	0,09 1 750	-	-	-	-
Ростов-на- Дону	8 ,7	14,3	1 008	1 0,0	2,0	85	360	13	0,025 400	0, 05 900	0,055 1150	0,06 12 50	0,065 1500	0,07 1 600	-	-
Сыктывкар	0 ,3	1 5, 9	96	7,5	1 ,5	190	2737	54	0,10 1100	0,125 12 50	0,15 14 50	0,1 75 1 750	0,20 1900	0,225 2200	0,25 2500	-
Таллин	5,0	11 ,0 5	816	7 ,2	2,25	100	610	28	0,05 750	0,075 1 250	0,08 14 00	0,085 1 500	0,09 1750	0,095 1 900	0,10 1950	0,105 2050
Томск	0,6	1 8,6	0	7,5	1, 0	240	2215	60	0,075 750	0,10 950	0,15 1300	0,20 1 650	0,25 2 000	0,30 2 40 0	0,35 2700	-

Примечание . Толщина слоя БТП рассчитана для отепления песчаных и супесчаных грунтов ( w = 10 ÷ 15 %) с использованием пены плотностью 50 - 60 кг/м³ (λ₁ = 0,075 ккал/м · час · град; c = 0,32 ккал/кг · град) .

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1 Общие положения . 1

2. Исходные материалы и состав пен . 2

3. Средства механизации . 3

4. Технология работ . 6

5. Расчет толщины теплоизолирующих слоев . 7

6. Стоимость работ . 11

7. Техника безопасности . 13

Приложения . 13

Приложение 1 . 13

Приложение 2 . 14

Приложение 3 . 15

Приложение 4 . 16

Методические рекомендации Методические рекомендации по технологии отепления грунта пенистыми материалами при его зимней разработке