ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ГРУНТЫ
МЕТОД
ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
ГОСТ 26263-84
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ СТРОИТЕЛЬСТВА
Москва
РАЗРАБОТАН
Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова (НИИОСП) Госстроя СССР
Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР
Министерством монтажных и специальных строительных работ СССР
Министерством высшего образования СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ
Д. И. Федорович, канд. геол.-минер. наук (руководитель темы); Е. Н. Барковская, канд. геол.-минер. наук (ответственный исполнитель); И. В. Шейкин, канд. техн. наук; И. А. Комаров, канд. техн. наук; В. Г. Чеверев, канд. геол.-минер. наук; М. А. Минкин, канд. геол.-минер. наук; В. Е. Борозинец, канд. геол.-минер. наук; С. В. Тимофеев, канд. техн. наук; О. Н. Сильницкая
ВНЕСЕН Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова (НИИОСП) Госстроя СССР
Зам. директора А.В. Садовский
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 4 июля 1984 года № 104
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
ГРУНТЫ Метод лабораторного определения Scils. Laboratory method for determining thermal conductivity of frozen soils |
ГОСТ |
Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 4 июля 1984 г. № 104 срок введения
с 01.07.85
Настоящий стандарт распространяется на песчаные, пылевато-глинистые, биогенные, а также крупнообломочные (только гравийные) грунты в мерзлом состоянии при температуре грунта до минус 20 °С и устанавливает метод лабораторного определения их теплопроводности при исследованиях грунтов для строительства.
Стандарт не распространяется на грунты с включениями частиц размером более 10 мм.
Допускается также определение теплопроводности талых грунтов в воздушно-сухом или полностью водонасыщенном состоянии.
Основные термины, применяемые в настоящем стандарте, и их определения приведены в справочном приложении 1.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Теплопроводность мерзлого грунта определяют методом стационарного теплового режима.
1.2. Теплопроводность грунтов определяют на образцах ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью при естественных или расчетных температурах, значения которых устанавливаются программой испытаний.
Допускается проводить определение теплопроводности на искусственно приготовленных образцах.
1.3. Результаты определения теплопроводности грунтов должны сопровождаться данными о месте отбора образца, наименовании грунта, типе его криогенной текстуры, льдистости, влажности, плотности, а также о температурных условиях опыта. Эти характеристики записывают в журнале, форма которого приведена в рекомендуемом приложении 2.
2. ОТБОР И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ
2.1. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение монолитов мерзлого грунта должны производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 12071-72.
2.2. Для определения теплопроводности из отобранных монолитов грунта вырезают цилиндрические образцы диаметром от 100 до 230 мм и высотой 30 мм в количестве не менее двух для каждой исследуемой разновидности грунта. Торцевые поверхности образцов должны быть плоскими и параллельными между собой и иметь ориентацию относительно дневной поверхности.
2.3. Образцы сыпучемерзлых грунтов следует приготавливать в обоймах из органического стекла с металлическим дном.
2.4. Все операции по подготовке образцов грунта к испытаниям следует выполнять при отрицательной температуре с целью сохранения мерзлого состояния грунта и его природного сложения.
3. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ
3.1. Для определения теплопроводности грунтов следует применять:
измеритель теплового потока (тепломер), обеспечивающий погрешность измерения не более 1 % (см. рекомендуемое приложение 2);
датчики температуры (например, термопары) - не менее 4 шт.;
многопредельный потенциометр с пределами измерения 0,1 и 100 мВ по ГОСТ 9245-79;
полый термостатируемый диск диаметром 250 мм и высотой 100 мм из медного (латунного) листа толщиной 2 - 3 мм - 2 шт.;
жидкостный ультратермостат УТ-15 (ТУ 64-1-2622-80) - 2 шт. или термоэлектрическую батарею С-1 (ТУ 25.11.942-78) - 2 шт. с источником питания ВСП-33 (ТУ 25.11.983-74);
прижимное устройство, обеспечивающее равномерное обжатие образца до 0,05 МПа (0,5 кгс/см)2;
щеточный переключатель типа МГП;
обоймы из органического стекла диаметром от 120 до 250 мм, высотой 30 мм при толщине стенок 10 мм - 1 шт. на образец;
теплоизоляционный кожух (деревянный);
сосуд Дьюара емкостью 1,5 - 2,0 л;
резиновую прокладку толщиной не более 1 мм по размеру торцевой поверхности образца - 2 шт. на образец;
листовой поролон.
3.2. Схема установки для определения теплопроводности дана на чертеже.
3.3. Поверка тепломера производится не реже двух раз в год согласно требованиям рекомендуемого приложения 3.
Схема измерительной установки
1 - образец грунта; 2 - тепломер; 3 - датчики температуры; 4 - верхняя термостатированная плита; 5 - нижняя термостатированная плита; 6 - обойма из органического стекла; 7 - переключатель; 8 - сосуд Дьюара; 9 - спай сравнения; 10 - потенциометр; 11 - прижимное устройство; 12 - теплоизоляционный кожух; 13 - поролон
4. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ
4.1. Образец в обойме следует выдержать при отрицательной температуре, соответствующей температуре испытаний, не менее 6 ч для песчаных и гравийных и 12 ч для остальных грунтов.
4.2. Образец грунта с термопарами (не менее двух с каждой стороны) должен быть помещен на тепломер, уложенный на нижнюю термостатированную плиту. Термопары должны быть расположены на расстоянии 10 и 40 мм от центра образца.
Сверху на образец следует установить верхнюю термостатированную плиту и прижать с помощью прижимного устройства под давлением 0,02 - 0,05 МПа (0,2 - 0,5 кгс/см2).
Образец должен полностью перекрывать рабочую часть тепломера. Если размеры образца меньше размера термостатированных плит, оставшаяся часть пространства заполняется теплоизоляционным материалом (поролон).
4.3. С обеих сторон образца необходимо проложить резиновые прокладки или нанести консистентную смазку (например, солидол).
4.4. Собранную установку закрывают кожухом.
4.5. Термопары и тепломер подключают через переключатель к потенциометру.
4.6. Спай сравнения погружают в сосуд Дьюара с тающим льдом.
4.7. Термостатируемые плиты подключают к ультратермостатам (термоэлектрическим батареям).
5. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
5.2. Измерения показаний тепломера начинают не менее чем через 2 ч после включения ультратермостатов и выполняют на протяжении испытания через каждые 20 мин.
5.3. Окончание испытания определяется моментом, когда показание тепломера отличается от предыдущего показания не более чем на 5 %. При этом измеряют температуру верхней и нижней поверхностей образца.
6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ
6.1. Теплопроводность грунта , Вт/(м·°С) [ккал/(м·ч·°С)], определяют по формуле
,
где - измеренная э.д.с., мВ (последнее показание тепломера);
- градуировочный коэффициент, определяемый согласно обязательному приложению 3, Вт/(м2·мВ) [ккал/(м2·ч·мВ)];
h - высота исследуемого образца грунта, м;
Тв и Tн - средние значения температур соответственно верхней и нижней поверхностей образца при установившемся тепловом потоке, °С.
Значения теплопроводности вычисляют с точностью до 0,01 Вт/(м·°С) [0,01 ккал/(м·ч·°С)].
6.2. Теплопроводность определяют не менее чем для двух параллельных образцов исследуемого грунта.
6.3. Для теплотехнических расчетов значение теплопроводности принимают равным среднему арифметическому значению теплопроводностей, определенных для параллельных образцов грунта.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
ТЕРМИНЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Теплопроводность грунта - теплофизическая характеристика грунта, определяющая его способность проводить тепло и численно равная плотности теплового потока в нем при градиенте температур равном единице. Единица измерения - Вт/(м·°С), [ккал/(м·ч·°С)].
Метод стационарного теплового режима - метод определения теплопроводности грунта по измеренному при испытании установившемуся (неизменному во времени) тепловому потоку через исследуемый образец при постоянных температурах и его противоположных поверхностях.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемое
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ТЕПЛОМЕРА
Тепломер представляет собой термобатарею, смонтированную на пластине из органического стекла диаметром 250 мм и толщиной 4 мм (см. чертеж). Термобатарея может быть изготовлена из отрезков хромелевых и копелевых проволок диаметром 0,2 мм, спаянных последовательно. Термобатарею размещают в средней части пластины диаметром 100 мм, имеющей 130 отверстий диаметром 0,6 мм на расстоянии 8 мм друг от друга. Спаи термобатареи располагают поочередно с одной и другой сторон пластины. К концам термобатареи приваривают (припаивают) две копелевые проволоки диаметром 0,5 мм. С обеих сторон тепломера клеем БФ-2 наклеивают слой лакоткани.
Определяют градуировочный коэффициент изготовленного тепломера в соответствии с требованиями рекомендуемого приложения 3. Тепломер должен иметь чувствительность к тепловому потоку по э.д.с. не менее 0,12 мВ·Вт·м-2(0,10 мВ·ккал·м-2 × ч).
Допускается измерять тепловой поток другими приборами, если их точность удовлетворяет предъявленным требованиям.
Схема тепломера
1 - пластина из органического стекла; 2 - термоспай; 3 - лакоткань
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемое
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАДУИРОВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОМЕРА
Градуировочный коэффициент тепломера , Вт/(м2·мВ) [ккал/(м2·ч·× мВ)], определяют по формуле
,
где - теплопроводность эталонного образца, Вт/(м·°С) [ккал/(м·ч·°С)]; Тн и Тв - средние температуры соответственно верхней и нижней поверхностей эталонного образца при установившемся тепловом потоке, °С;
- измеренная э.д.с. тепломера, мВ;
hэ - высота эталонного образца, м.
Эталонный образец должен быть изготовлен из материала с известной теплопроводностью в пределах от 0,2 до 1,0 Вт/(м·°С) [0,17 - 0,86 ккал/(м·ч·°С)] (например, органическое стекло). Размеры эталонного образца должны соответствовать размерам исследуемых образцов.
Измерения , Тн, Тв, проводят в соответствии с пп. 5.1 - 5.4 с тем отличием, что вместо образца исследуемого грунта в установку должен быть помещен эталонный образец.
За градуировочный коэффициент тепломера принимают среднее значение результатов двух испытаний эталонного образца при разных температурах (отличающихся не менее чем на 5 °С) в интервале температур исследования образцов грунта.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рекомендуемое
ЖУРНАЛ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГРУНТА
Образец № …, диаметр d = … м, высота h = … м.
Градуировочный коэффициент тепломера = … Вт/(м2×мВ)[ккал/м2×ч×мВ]
Номер опыта |
Время испытаний, ч, мин |
Показания тепломера, мВ |
Показания термопар, мВ |
Температура, °С |
Теплопроводность, Вт/(м×°С)[ккал/(м×ч×°С] |
Примечания |
||||||
верхние |
нижние |
Тв |
Тн |
|||||||||
1 |
2 |
средние |
1 |
2 |
средние |
|
|
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЖУРНАЛ ХАРАКТЕРИСТИК ИССЛЕДУЕМОГО ГРУНТА
Номер образца |
Глубина отбора образца, м |
Наименование грунта |
Тип криогенной текстуры и краткое описание ее особенностей |
Льдистость весовая в долях единицы |
Плотность, т/м3 |
Влажность в долях единицы |
Температура испытаний, °С |
Теплопроводность, Вт/(м×°С) [ккал/(м×ч×°С] |
|
суммарная |
за счет ледяных включений |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Руководитель лаборатории ____________________________
подпись, инициалы, фамилия
Ответственный исполнитель ___________________________________
должность, подпись, инициалы, фамилия
СОДЕРЖАНИЕ