Способ определения времени кристаллизации влаги в грунтах Советский патент 1982 года по МПК G01N25/04 

Изобретение относится к области определения фазового состава вода) в дисперсных материалах при отрицатель ных температурах, а более.конкретно к области определения времени криста лизации влаги в грунтах, и может быт испольэоваио при проектировании, стр ительстве и эксплуатации инженерных сооружений в области распространения многолетнемерзлых пород. Известен способ изучения кинетики изотермической кристаллизации переохлажденных капель воды, позволЛснций определить время..кристаллизации, основанный на фотографировании в поляризованном свете изменения агрегатного сос1ояния капель воды flj. Недостатком этого способа является необходимость нанесения эмульсии типа вода-масло на предметное стекло для наблюдения через микроскоп, что не позволяет применить этот, способ для определения времени кристаллизации влаги в грунте. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения времени кристаллизации влаги в грунтах. Использование этого способа предполагает наличие нескольких одинаковых образцов-близнецов влажного грунта. которые помещают в среду с отрицательной температурой и измеряют их температуру. Далее образцы-близнецы поочередно с интервалом в несколько часов извлекаются Из cp&j с отрицательной температурой, при этом измеряется количество незамерзшей в них воды 2 . Недостатками этого способа являются большая погрвиность, связанная с использованием нескольких образцовблизнецов вместо одного образца грунта и большая длительность эксперимента, связанная с необходимостью измереиия содержания незамерзшей воды в нескольких образцах. Цель изобретения - увеличение точности и ускорение процесса измерения. Поставленная цель достигается тем, что в способе определения времени кристаллизации влаги в грунтах, включающем измерение температуры образца , помещенного в среду с отрицательной тететературой, определяют время кристаллизации влаги в грунтах на одном образце путем регистрации , теплового потока, пронизывающего нетеплоизолированную часть поверх,ности образца при изотермической кристаллизации, и количество тепла, выделившегося из образца грунта за счет кристаллизации за определенный промежуток вреГ|ени с последующей обработкой результатов этих измерений по формуле -где f - время кристаллизации; AQ - количество тепла, выделившегося из образца грунта за счет кристаллизации влаги за определенный промежуток времени; uq - изменение теплового noiOKa, пронизывающего нетеплоизолированную поверхность грун та за тот же промежуток времени. Таким образом, измеряя скрытую теплоту фазового перехода, можно путем соответствующей обработки определить динаг/шку замерзания влаги.; в грунте и величину времени кристаллизации. На ч.ертеже изображено устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит образец 1 грунта, помещенный в камеру 2, снабженную теплоизоляционным кожухом 3, датчиками 4 и 5 температуЕИ и теплового потока. Образец грунта охлаждается с помощью устройства б и криостата 7. Способ определения времени криста Ливадии осуществляют следуюиим образом. Образец 1 помещают в камеру 2 и затем в теплоизоляционный кожух 3. Включают криост&т 7, образец охлаждают с помощью хладагента, подкачива емого через устройство б охлаждения регистрир5тат температуру образца. После некоторого начального переохл дения начинается кристаллизация вла ги, и температура образца, замеряемая датчиком 4, в течение определен ного интервала времени, зависящего от температуры хладагента и влажнос ти грунта, за счет выделения скрыто теплоты фазового перехода держится постоянной, равной температуре начала кристаллизации влаги. Часть теп ла, выделяемая во время фазового перехода, которая отводится из образца 1 грунта через нетеплоизолирован ную поверхность, непрерывно замеряю с помощью датчика 5 теплового поток Таким образом,, получают данные об изменении теплового потока во време ни, в течение которого температура образца грунта остается неизменной (равной тег/тература начала кристалли зации влаги). Так как кристаллизация в рассма т риваемый интервал времени происходи ри постоянной температуре образца регистрируя величины q и Q в два азличные момента времени t и t, оставляющих интервал обработки )/ вычисляем время кристаллиации по следующей фор&1уле , де (t2.)- - количество тепла, -Q(t ) выделяющегося из 96разца за время обработки At; (t)- - изменение теплового -q(t) потока, пронизывающего поверхность образца грунта, за этот же промежуток времени. Таким образом, измерение теплового потока, пронизывающего поверхность образца, в процессе кристаллизации при постоянной температуре позволя- . ет путем соответствующей обработки данных, полученных на одном образце, определить время кристаллизации влаги в грунте. Существующие способы определения времени кристаллизации из-за проведения замеров На образцах-близнецах дают погрешность 30-50% и занимают время порядка 24 час. Проведение замеров по предлагаемо-; му способу позволяет получить значения времени кристаллизации в течение 15-20 мин с погрешностью 3-5 %. Формула изобретения Способ определения времени кристаллизации влаги в грунтах, включающий измерение температу жл образца грунта, покрещенного в среду с отрицательной температурой, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и ускорения про цесса измерения, определяют время кристаллизации влаги в грунтах на одном образце путем регистрации теплового потока, пронизывающего нетеплоизолированную часть поверхности образца при изотермической кристаллизации, и количество тепла, выделившегося из образца грунта за счет кристаллизации за определенный промежуток времени, с последующей обработкой результатов этих по форглулеU - , , ДЧ где Т - время кристаллизации; b.Q количество тепла, вьщелИвшегося из образца грунта за счет кристаллизации влаги за определенный промежуток времени; дд - изменение теплового потока, . пронизывающего нетеплоизолированную поверхность грунта за тот же промежуток времени. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Козлова Г.а., Равделя А.А. КиГеГео ГнГх ГаГе / в ПГЛГ- 5 «исперснук, фаз. Э343 34 %ГТГ о;; °«« «« журнал T.j, W б,,1971, с. 847-853. ,г,: «имова ю.п. Формирование &-. лах Ln° °« в мерзлых nojo i f. -«- У. - : Lf°«°«- . степенГ

Л 9 eKmpoy3 ffltrmejt tf