ГОСТ 26263-84

ГОСТ 26263-84 Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов

ГОСТ 26263-84 УДК 624.131.37:006.354 Группа Ж 39 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ГРУНТЫ Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов Scils. Laboratory method for determining thermal conductivity of frozen soils ОКСТУ 0011 Дата введения 1985-07-01 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ 1. 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 2. ВНЕСЕН Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова НИИОСП Госстроя СССР Зам. директора А.В.Садовский 3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 4 июля 1984 года N 104 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 ; 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/см . 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 5.1. Температуру ультратермостатов устанавливают таким образом чтобы средняя температура термостатируемых плит соответствовала температуре испытания образца грунта. Разница между температурами плит при испытании мерзлого грунта должна быть не меньше 1°С. При испытании талого грунта разница температур плит должна быть в пределах от 0 1 до 3°С. 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. 5.4. Показания тепломера и термопар записывают в журнал форма которого приведена в рекомендуемом приложении 4. 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/ м· мВ [ккал/ м· ч · мВ ]; - высота исследуемого образца грунта м; и - 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. Схема тепломера 1 - пластина из органического стекла; 2 - термоспай; 3 - лакоткань 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 0 10 мВ·ккал·м· ч . Допускается измерять тепловой поток другими приборами если их точность удовлетворяет предъявленным требованиям. ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Рекомендуемое ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАДУИРОВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОМЕРА Градуировочный коэффициент тепломера Вт/ м· мВ [ккал/ м· ч · мВ ] определяют по формуле где - теплопроводность эталонного образца Вт/ м·°С [ккал/ м·ч·°С ]; и - средние температуры соответственно верхней и нижней поверхностей эталонного образца при установившемся тепловом потоке °С; - измеренная э.д.с. тепломера мВ; - 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 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 N диаметр d = м высота h = м. Градуировочный коэффициент тепломера = Вт/ м· мВ [ккал/ м· ч · мВ ] Номер опыта Время испытания Показания тепломера мВ Показания термопар мВ Температура °С Теплопроводность Вт/ м·°С [ккал/ м· ч·°С ] Примечания верхние нижние 1 2 среднее 1 2 среднее 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 особеностей Льдистость весовая в долях единицы Плотность т/м Влажность в долях единицы Температура испытаний °С Теплопроводность Вт/ м·°С [ккал/ м· ч·°С ] суммарная за счет ледяных включений 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Руководитель лаборатории подпись инициалы фамилия Ответственный исполнитель должность подпись инициалы фамилия 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 2. ОТБОР И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ 3. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ Схема измерительной установки 4. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ 5. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ 6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 справочное . ТЕРМИНЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 2 рекомендуемое . РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ ТЕПЛОМЕРА Схема тепломера ПРИЛОЖЕНИЕ 3 рекомендуемое . ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАДУИРОВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОМЕРА ПРИЛОЖЕНИЕ 4 рекомендуемое . ЖУРНАЛ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГРУНТА