Конкурс. Бесплатная публикация

Недостатки содержания плит пенополистирола в условиях эксплуатации на железной дороге

"Научный аспект №6-2024" - Технологии производ.

УДК 625.122

Сабельников Константин Ильич – студент Красноярского института железнодорожного транспорта.

Туманов Дмитрий Олегович – аспирант кафедры путь и путевое хозяйство Иркутского государственного университета путей сообщения.

Аннотация: Статья посвящена основным недостаткам содержания плит пенополистирола, на железной дороге. Будут представлены показатели, которые стоит учесть во время проведения ремонта и строительства железных дорог с применением пенополистирольных плит, а также альтернативные решения по их замене.

Ключевые слова: плиты пенополистирола; строительство; капитальный ремонт; производственный брак; синтетические материалы; композитный материал; асбестовый балласт; теплоизоляция; деформация пути; термостойкость; машина DUOMATIC; железная дорога.

Введение

Пенополистирольные плиты широко используются в качестве утеплителя на железных дорогах для предотвращения промерзания грунта под путями и обеспечения стабильной работы железнодорожной инфраструктуры. Хоть они и популярны, у них много изъянов. В данной работе представлены основные недостатки в содержании плит пенополистирола, которые влияют на их эффективность, актуальность и безопасность при использовании.

Основная часть

В результате увеличения объемов грузоперевозок между Юго-Восточной Азией и Европой, которые осуществляются через Красноярскую железнодорожную сеть, наблюдается повышенная нагрузка на инфраструктуру. Это обстоятельство оказывает давление на все службы железной дороги, в частности, на службу пути. Основная часть Транссибирской магистрали, протяженностью 9289 км, проходит через Красноярский регион, где примерно 3100 км (или 33,3%) путей проложены на глинистых грунтах с высоким уровнем пучинистости и водонасыщенности.

С целью адаптации к возросшим скоростям движения пассажирских поездов, которые теперь достигают 140 км/ч, на Транссибирской магистрали были сформированы новые технологии усиленного капитального ремонта железнодорожного пути. Эти изменения способствуют повышению безопасности и эффективности железнодорожного сообщения.

Переход на бесстыковой путь и ввод усиленного капитального ремонта с заменого асбестового балласта на щебеночный, а также использование новых синтетических материалов в качестве разделительных слоев, значительно повышают надежность и долговечность железнодорожного полотна. Особенно это касается применения геотекстиля, который обеспечивает хорошую фильтрацию и дренаж, и экструдированного пенополистирола, который служит эффективной противопучинной теплоизоляцией. Эти инновации способствуют улучшению эксплуатационных характеристик пути и безопасности движения поездов [1].

На протяжении более чем 820 километров Красноярской железнодорожной магистрали были проведены ремонтные работы с использованием плит из экструдированного пенополистирола. Исследования, проведенные Научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (НИИЖТ), показали, что при текущей грузооборотности, превышающей 100 миллионов тонн в год, применение только геотекстиля для укрепления основания пути способствует снижению скорости грузовых потоков на 16%. Это связано с тем, что геотекстиль не устраняет пучение грунта, что в свою очередь требует введения ограничений скорости на участках с деформацией пути. В то же время, укрепление пути с помощью экструдированного пенополистирола не приводит к снижению скорости движения. Экономические расчеты, выполненные НИИЖТ, демонстрируют, что использование экструдированного пенополистирола позволяет сократить расходы на текущее содержание пути и уменьшить потери, связанные с ограничениями скорости из-за продолжительных предупреждений, выставляемых в связи с деформациями пути.

Действительно, несмотря на значительные преимущества использования пенополистирольных плит в железнодорожном строительстве, существуют и определенные ограничения. Основной недостаток пенополистирола (ППС) заключается в его относительно низкой механической прочности. ППС может быть подвержен разрушению под воздействием высоких нагрузок, что особенно актуально при проезде тяжелых грузовых составов. Это приводит к деформации плит и, как следствие, к повреждению железнодорожного полотна и созданию потенциально опасных условий для движения поездов.

К тому же, пенополистирол обладает низкой устойчивостью к влажности. Впитывание влаги приводит к ухудшению изоляционных свойств материала и его последующему разрушению. Эти факторы требуют дополнительного внимания при выборе материалов для строительства и ремонта железнодорожных путей, а также при разработке технологий их укладки и эксплуатации.

Работники, отвечающие за ремонт и текущее содержание железнодорожного пути, регистрируют множество недостатков в использовании пенополистирольных плит:

Рисунок 1. Механическое воздействие на плиты

• Пенополистирол, используемый в железнодорожных конструкциях так, как он является достаточно мягким материалом может быть поврежден балластными камнями. Они оставляют вмятины, которые вследствие способны давать трещины и приводить материал в непригодное состояние (рис 1.)
• Термостойкость со временем ухудшается, это обусловлено диффузией в порах материала, также механическому повреждению плит и впитыванию влаги
• При воздействии ультрафиолетовых лучей на пенополистирол без надлежащей защиты происходит его ускоренное термоокислительное разрушение, в результате чего он преимущественно превращается в стирол — вещество с высокой токсичностью. Это может серьезно загрязнить окружающую среду и представлять опасность для здоровья человека
• Мягкая текстура пенополистирола делает его уязвимым для насекомых и грызунов, которые могут без труда создавать в нём туннели и убежища. Для защиты от них необходимо применять средства и методы противодействия.
• В течение 7-10 лет использования, наблюдается увеличение коэффициентов теплопередачи пенополистирола в два-три раза. Обычно это является следствием отклонений от установленных технологических стандартов во время строительного процесса [2].
• Качество пенополистирольных теплоизоляционных плит не совсем стабильно, так как фабричным материалам необходима выдержка в течение определенного периода времени, прежде чем их можно будет использовать. Если же этот момент будет упущен, то это приведет к усадке пены и растрескиванию плиты.
• Плитам из пенополистирола характерна низкая несущая способность.
• Пенополистирольные плиты не разлагаются, что создает проблему с утилизацией отходов [3].
• Машина DUOMATIC при использовании, во время уплотнения балласта под шпалами и у торцов шпал, пробивает пенополистирольные плиты.
• Плиты из пенополистирола не могут воспринимать горизонтальные нагрузки.
• Производственный брак (случаются проблемные партии) (рис. 2)

Рисунок 2. Брак на производстве плит ППС привел к деградации за малый срок службы

Ряд недостатков содержания плит пенополистирола на железной дороге может привести к разрушению и ухудшению условий эксплуатации. Однако, существуют возможные решения, которые могут помочь облегчить эту проблему.

Первым возможным решением является улучшение качества плит пенополистирола. Разработка новых формул, которые обладают большей прочностью, устойчивостью к вибрации и долговечностью, может значительно снизить негативное воздействие на железнодорожные конструкции.

Вторым важным решением является улучшение методов монтажа и крепления плит. Использование специальных клеев и крепежных элементов, предназначенных для железнодорожной инфраструктуры, может повысить надежность и долговечность плит и предотвратить их разрушение в условиях эксплуатации на железной дороге.

Вывод

Несмотря на то, что пенополистирольные плиты часто используются благодаря своим положительным характеристикам, они обладают серьезными недочетами, которые стимулируют поиск или создание новых материалов, лишенных этих недостатков, но сохраняющих необходимые качества. При выборе строительных материалов для железнодорожной инфраструктуры важно учитывать множество факторов, чтобы гарантировать безопасность и продолжительность службы. Среди существующих альтернатив, пеностекло выделяется как потенциальная замена пенополистиролу благодаря своей пористой структуре, обеспечивающей теплоизоляцию и водонепроницаемость, а также высокой устойчивостью к сжатию, что предотвращает деформацию. Несмотря на преимущества пеностекла, следует отметить его недостатки: высокую стоимость, большой вес и относительно низкую ударную прочность. В дополнение, ведутся исследования по созданию композитного теплоизоляционного материала на основе золошлаковых отходов, который может быть достойной заменой пенополистирольным плитам, минимизируя их недостатки [4].

Список литературы

1. Технические указания "технические указания на применение пенополистирола и геотекстиля при усилении основной площадки земляного полотна без снятия рельсошпальной решетки" от 29 июня 1998 г. // министерство путей сообщения российской федерации департамент пути и сооружений. - 1999
2. Эксплуатационные свойства пенополистирола вызывают опасения // новые строительные технологии url: 3. https://www.poliuretan.ru/o-kompanii/biblioteka/expluatatsionnye-svoystva-penopolistirola-vyzyvayut-opaseniya/ (дата обращения: 23.03.2024)
3. Пенополистирол // профиль-центр url: 2. https://profsib.ru/articles/item/266-vred-penopolistirol (дата обращения: 23.03.2024).
4. Эксплуатационные свойства пенополистирола вызывают опасения // новые строительные технологии url: 3. https://www.poliuretan.ru/o-kompanii/biblioteka/expluatatsionnye-svoystva-penopolistirola-vyzyvayut-opaseniya/ (дата обращения: 23.03.2024)
5. Ковенькин, Д. А., Туманов, Д. О., & Шаванов, Н. Д. (2023). Оценка эффективности теплоизоляционных материалов с помощью проведения тепловых прогнозных расчетов. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование.