Determination of the calculated thickness of thermal insulation made of ash and slag waste

Authors

  • Dmitrii Alexandrovich Koven’kin Irkutsk State Transport University
  • Dmitrii Olegovich Tumanov Irkutsk State Transport University
  • Yurii Anatol'evich Khodyrev Irkutsk State Transport University

Keywords:

expanded polystyrene, frost heaving, thermal insulation, ash and slag waste, thermal calculations, thermal insulation thickness

Abstract

The roadbed of a railway track is often subject to deformations, this is due to changes in its thermophysical, physical and mechanical and physicochemical characteristics. The development of deformations due to the settlement of thawing soils and the swelling of freezing soils is a complex multifactorial process. To combat the swelling of freezing soils and the settlement of thawing soils, a heat-insulating layer of extruded polystyrene foam boards is currently used. However, as operating experience shows, this material has a number of disadvantages that directly affect the stability of the roadbed. One of the possible substitute materials for roadbed thermal insulation can be considered a new material based on ash and slag waste. According to the results of laboratory studies, this material has heat capacity and thermal conductivity indicators that are slightly worse than those of extruded polystyrene foam, but the strength under uniaxial compression is significantly higher. The article provides their qualitative and quantitative characteristics. This article presents the results of calculations carried out in the Frost 3D Universal software package to determine the optimal thickness of a heat-insulating layer based on ash and slag waste. In order to establish the dependence of the thickness of the new material on the sum of degree-days of negative temperatures per year, the calculations were carried out under different climatic conditions. Based on the calculation results, it was found that the new material can be used as a protective heat-insulating layer in the body of the embankment of the roadbed to prevent swelling of the soils located below the heat-insulating layer. A trend line was found, expressed by a functional dependence, to determine the thickness of the heat insulation under different climatic conditions.

Author Biographies

Dmitrii Alexandrovich Koven’kin, Irkutsk State Transport University

Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor, Head of the Department of Track and Track Facilities

Dmitrii Olegovich Tumanov, Irkutsk State Transport University

Ph.D. Student of the Department of Track and Track Facilities

Yurii Anatol'evich Khodyrev, Irkutsk State Transport University

Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Track and Track Facilities

References

Об утверждении Транспортной стратегии Российской Федерации до 2030 года с прогнозом на период до 2035 года : распоряжение Правительства Рос. Федерации от 27.11.2021 г. № 3363-р. (ред. 06.11.2024). Доступ из справ.-прав. системы «Консуль-тантПлюс».

Мнения и оценки. Композиты приходят на железную дорогу // Гудок : сайт. URL : https://gudok.ru/content/infrastructure/1571044/ (Дата обращения 18.08.2025).

Экспериментальная технология в геотехнике / С.Я. Луцкий, В.А. Шмелев, А.Ю. Бурукин и др. // Путь и путевое хозяйство. 2012. № 11. С. 17–20.

Кирпичников К.А., Дашинимаев З.Б., Баклаженко А.Г. Способ стабилизации земляного полотна в районах распространения вечной мерзлоты с применением инновационных материалов // Образование – Наука – Производство : материалы Всерос. науч.-практ. конф. Чита, 2018. Т. 1. С. 92–96.

Валиев Н.А., Кондратьев В.Г. Эксперименты по стабилизации земляного полотна на центральном участке Байкало-Амурской магистрали с помощью солнцеосадкозащитных навесов // Инженерная геология. 2015. № 4. С. 56–63.

Валиев Н.А., Кондратьев В.Г. Результаты опытно-экспериментальных работ по охлаждению многолетнемерзлых грунтов в основании железнодорожного пути на центральном участке БАМ // Материалы Пятой конференции геокриологов России. МГУ им. М.В. Ломоносова. М, 2016. Т. 1. С. 168–175.

Валиев Н.А. Термокомплекс, защита от деградации оснований земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах // Транспортная инфраструктура Сибирского региона : материалы десятой Междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2019. Т. 1. С. 538–541.

Использование синтетических теплоизоляторов для сохранения мерзлотных условий в основании железнодорожной насыпи / Е.С. Ашпиз, Л.Н. Хрусталев, Л.В. Емельянова и др. // Криосфера земли. 2008. Т. 12. № 2. С. 84–89.

Сабельников К.И., Туманов Д.О. Недостатки содержания плит пенополистирола в условиях эксплуатации на железной дороге // Научный аспект. 2024. Т. 51. № 6. С. 6493–6499.

Утилизация паровозных шлаков в составах композиционных материалов для усиления земляного полотна железнодорожного пути / Н.Д. Шаванов, П.П. Панков, Д.В. Бесполитов и др. // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2024. № 1 (91). С. 63–73.

Туманов Д.О., Ковенькин Д.А. Анализ возможности применения материала на основе золошлаковых отходов для усиления основания земляного полотна // Железнодорожный транспорт и технологии (RTT-2023) : сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Екатеринбург, 2023. Вып. 1 (256). С. 160–163.

Шаванов Н.Д. Технико-экономическое обоснование вовлечения золошлаковых отходов в дорожное строительство // Развитие малого предпринимательства в Байкальском регионе : материалы V междунар. науч.-практ. конф. Иркутск, 2022. С. 247–252.

Коновалова Н.А., Мелешин Э.Е., Шаванов Н.Д. Изучение свойств золошлаковых смесей для утилизации в составах дорожно-строительных материалов // Биологические и географические аспекты экологии человека : материалы Всерос. науч. конф. Сыктывкар, 2022. С. 60–64.

Иванов Е.В., Исаков А.Л., Сиротюк В.В. Экспериментальное исследование и математическое моделирование промерзания земляного полотна из золошлаковой смеси // Вестн. Сибир. гос. автомобил.-дорож. акад. 2013. № 3 (31). С. 71–76.

Frost 3D Universal Инженерные расчеты при проектировании на многолетнемерзлых грунтах // Научно-технический центр «Симмэйкерс» : сайт. URL : https://simmakers.ru/wp-content/uploads/2014/03/teplotechnicheskie-rashoti-v-stroitelstve1.pdf (Дата обращения: 26.08.2025).

СП 447.1325800.2019 Железные дороги в районах вечной мерзлоты. Основные положения проектирования : утв. приказом Минстроя РФ № 82/пр от 04.02.2019 (ред. 09.02.2023). Введ. 2019–08–05. М. : Минстрой России, 2019. 58 с.

СП 498.1325800.2020 Основания и фундаменты зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Требования к инженерной подготовке территории : утв. приказом Минстроя РФ № 910/пр от 30.12.2020. Введ. 2021–07–01. М. : Минстрой Рос-сии, 2021. 42 с.

СП 119.13330.2024 Железные дороги колеи 1520 мм : утв. приказом Минстроя РФ № 432/пр от 01.07.2024. Введ. 2024–08–02. М. : Минстрой России, 2024. 228 с.

Published

2026-01-25

How to Cite

Ковенькин, Д. А., Туманов, Д. О., & Ходырев, Ю. А. (2026). Determination of the calculated thickness of thermal insulation made of ash and slag waste. Modern Technologies. System Analysis. Modeling, (3(87), 53-63. Retrieved from http://ojs.irgups.ru/index.php/stsam/article/view/2422

Most read articles by the same author(s)