Лед давно используется в качестве конструкционного материала при строительстве северных дорог и переправ через реки. Для большей прочности его укрепляли с помощью хвои и опилок. Однако натуральные армирующие наполнители уже не соответствует современным потребностям освоения Арктики. Ввиду отсутствия сухопутных дорог большая часть грузов на север отправляется по воздуху. Логистические возможности полярников ограничиваются характеристиками ледовых взлетно-посадочных полос, прочность которых не позволяет совершать на них посадку тяжелым самолетам.

Увеличить полезную нагрузку воздушных судов полярной авиации предложили российские ученые. Они разработали новые материалы для армирования льда, способные повысить его несущую способность в три раза.

— Мы используем сетки на основе базальта и стекловолокна, а также специальные нити, изготавливаемые как из натуральных компонентов (в частности, льна), так и из синтетических арамидных полимеров, — рассказал советник генерального директора Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов, академик РАН Вячеслав Бузник. — При этом конечный выбор используемого решения зависит от конкретных задач строительства и стоимости сооружения.

По словам ученого, армирующие материалы были подобраны таким образом, чтобы максимально укрепить лед. При этом выбор осуществлялся из 600 первоначальных вариантов, что потребовало большой экспериментальной работы, а также применения методов математического моделирования.

Разработчики позаботились и об удобстве использования материала для строителей.

— Армирующие сетки и георешетки уже нашли широкое применение в дорожном строительстве и могут оказаться высокоэффективными при упрочнении льда, — отметил первый проректор Новосибирского государственного университета Сергей Голушко. — К тому же данные конструкции очень компактны, что делает их удобными при перевозке на дальние расстояния.

После доставки материала в район строительства его достаточно закрепить на льду, растянув по всей поверхности ВПП, а затем залить водой. Несущая способность полосы будет увеличена сразу после ее застывания. Кроме того, возможна установка материала в несколько слоев, что позволит создавать объемные конструкции с заданной прочностью. Она будет зависеть от количества пластов и их пространственной ориентации.

Но есть у технологии и ограничения — в частности, требуется пресная вода. Дело в том, что при замораживании соленого состава в ледовом массиве образуются области с рассолом, которые замерзают только при минус 50ºC, что значительно ухудшает прочностные характеристики. С другой стороны, доступ к пресной воде в арктических условиях, как правило, имеется — для ее получения можно растопить поверхностный слой снега или воспользоваться близостью рек, если работы ведутся в прибрежной зоне.

Помимо повышения прочности льда армирующие элементы способны изменить характер его разрушения, если нагрузки превысят максимально возможные значения.

— При проезде по льду тяжелой техники образовавшиеся в нем трещины могут моментально разрушить весь массив, что не раз приводило к потере оборудования и человеческим жертвам, — пояснил Сергей Голушко. — Применение армирования может в корне изменить эту ситуацию, повысив безопасность функционирования арктических объектов.

По словам ученого, применение армированного льда может оказаться эффективным не только в ходе строительства взлетно-посадочных полос, но и при создании таких объектов инфраструктуры, как ледовые причалы, дрейфующие платформы для добычи полезных ископаемых и арктические дороги.

— При этом новые армирующие конструкции являются многоразовыми, и поэтому их можно использовать несколько сезонов подряд — например, в тех местах, где нужно провезти тяжелый груз по относительно тонкому слою льда, — рассказал технический директор компании «Арктик Шельф Консалтинг» Николай Кубышкин. — Такие ситуации могут возникать достаточно часто, что делает новые разработки востребованными на практике.

Исследовательский этап работы, включающий лабораторные испытания, планируется закончить в следующем году, после чего специалисты приступят к тестированию материалов на полигонах.