Авторы

Расчетно-экспериментальный способ определения удельной теплоемкости дисперсного грунта и связанной воды

DOI: 10.17586/1606-4313-2019-18-4-92-97
УДК 556.113

Расчетно-экспериментальный способ определения удельной теплоемкости дисперсного грунта и связанной воды

Тимофеев А. М., Кравцова О.Н., Таппырова Н.И., Иванов В.А., Протодьяконова Н.А.

Ссылка для цитирования: Тимофеев А.М., Кравцова О.Н., Таппырова Н.И., Иванов В.А., Протодьяконова Н.А. Расчетно-экспериментальный способ определения удельной теплоемкости дисперсного грунта и связанной воды // Вестник Международной академии холода. 2019. № 4. С. 92-97

Аннотация
При расчете температурного режима грунтов, применяемых в качестве оснований зданий и инженерных сооружений необходимо учитывать удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость грунтов является величиной аддитивной и определяется не только теплоемкостью скелета грунта, но и теплоемкостью воды. Связанная вода в дисперсном грунте значительно влияет как на многие свойства этих грунтов, так и на процессы тепломассопереноса, происходящие в них. Это влияние наиболее сильно проявляется у дисперсных грунтов, таких как глинистые. Поэтому, исследование свойств связанной воды остается актуальным и на сегодняшний день. В статье приведены экспериментальные данные по определению сорбционной влажности, нижнего и верхнего пределов пластичности и удельной теплоемкости глинистого грунта. Образцы грунта взяты из карьера Амгинского месторождения Республики Саха (Якутия). Измерения удельной теплоемкости проводили на двух видах образцов глинистого грунта: взятых из карьера и образцах этого же грунта, но предварительно очищенного от примесей методом отмучивания. Значения удельной теплоемкости глинистого грунта получены на дифференциальном сканирующем калориметре Sensys Evo TG-DSC. На основании этих данных сделан расчет удельной теплоемкости связанной воды в глинистом грунте. Приведены графики изменения удельной теплоемкости глинистого грунта и связанной воды от влажности для двух видов грунта. Сделаны выводы о том, что для глинистого грунта зависимость удельной теплоемкости от влажности носит не монотонный характер, также как и удельная теплоемкость связанной воды.

Ключевые слова: глинистый грунт, удельная теплоемкость, связанная вода, дифференциально-сканирующий калориметр, сорбционная влажность, нижний и верхний пределы пластичности.

Список литературы

1. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Овчаренко Ф.Д. и др.Вода в дисперсных системах. – М.: Химия, 1989. 288 с.

2. Etzler F.M., Conners J.J. Temperature dependence of the heat capacity of water in small pores // IPST techn. pap. ser. 1990. No. 348. p. 28.

3. Старостин Е.Г., Лебедев М.П. Свойства связанной воды в дисперсных породах. Часть 1. Вязкость, диэлектрическая проницаемость, плотность, теплоемкость, поверхностное натяжение // Криосфера Земли. 2014. т. XVIII, № 3. С. 46-54.

4. Злочевская Р.И. Связанная вода в глинистых грунтах. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1969. 176 с.

5. Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998. 280 с.

6. Походун А.И., Шарков А.В. Экспериментальные методы исследований. Измерения теплофизических величин. – СПб: СПб ГУ ИТМО, 2006. 87 с.

7. Каркашадзе Г.Г., Шергин Д.В., Луняков В.А., Банников Д.О. Методика определения удельной теплоемкости и коэффициента температуропроводности горных пород методом импульсного нагрева в лабораторных условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 9. С. 137-140.

8. ГОСТ 25493-82. Метод определения удельной теплоемкости и коэффициента температуропроводности. – М., 1982.

9. Bowers S.A., Hanks R.J. Specific heat capacity of soils and minerals as determined with a radiation calorimetr // Soil Science. 1962. Vol. 94. No. 6. p. 392-396.

10. Емелина А.Л. Дифференциальная сканирующая калориметрия. – М.: МГУ, 2009. 42 с.

11. Kucerik J., Siewert C. Practical application of thermogravimetry in soil science. Part 2: Modeling and prediction of soil respiration using thermal mass losses // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2014. Vol. 116. No2, p. 563-570.

12. Старостин Е.Г., Тимофеев А.М., Кравцова О.Н., Таппырова Н.И. Удельная теплоемкость связанной воды в глинистых грунтах в пределах сорбционной влажности // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 11(53). Ч. 4 С. 112-116.

13. ГОСТ 24816-81. Материалы строительные. Метод Определения сорбционной влажности. Переиздание. – М.: Изд-во стандартов, 1988.

14. ГОСТ 5180-2015. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. Переиздание. – М.: Стандартинформ, 2019.

15. Wanga Y., Lua Y., Hortonb R., Ren T. Specific heat capacity of soil solids: Influences of clay content, organic matter, and tightly bound water // Science Society of America Journal. 2019. Vol. 83. No 4. р. 1062-1066.

16. Wang Y., Lu S., Ren T., Li B. Bound water content of air-dry soils measured by thermal analysis // Soil Science Society of America Journal. 2011. Vol. 75. No 2. р. 481-487.

Читать статью полностью