Способ определения количества незамерзшей влаги в капиллярно-пористых материалах

Способ определения количества незамерзшей влаги в капиллярно-пористых материалах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования фазового превращения влаги в капиллярно-пористых или дисперсных материалах. Согласно способу количество незамерзшей влаги определяют при помощи закладных датчиков, измеряющих электрический параметр, например емкость, в локальном объеме образца материала. По результату измерения и по полученной предварительно градуировочной зависимости определяют количество незамерзшей влаги в образце. С целью повышения точности определяют поправку на температуру к градуировочной зависимости, которую находят путем исследования зависимости электрического параметра от температуры при переохлажденном состоянии влаги в образце материала. Введение определенной таким образом поправки позволяет повысить точность определения до 40%. Кроме того, повышается достоверность результатов, так для цементно-песчаного раствора получено, что количество незамерзшей воды не зависит от начальной влажности образца (когда первая меньше второй), а в способе-прототипе получен противоположный вывод. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4322436/29-25 (22) 29.09.87 (46) 30.04.89. Бюл. № 16 (7i ) Научно-исследовательский институт строительной физики (72) В. Г. Гагарин, В. С. Ройфе и В. P. Хлевчук (53) 551.508.7 (088.8) (56) Нерсесова 3. А. Инструктивные указания по определению количества незамерзшей воды и льда в мерзлых грунтах.

В кн.: Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М.: Изд-во

АН СССР, 1954, вып. 2, с. 55 — 77.

Авторское свидетельство СССР № 197233, кл. G 01 N 25/02, 1966. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВЛАГИ В КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛАХ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для исследования фазового превращения влаги в капиллярно-пористых или дисперсных материаИзобретение относится к измерительной технике и может быть применено при исследовании фазового превращения влаги в капиллярно-пористых или дисперсных материалах, преимущественно для определения количества незамерзшей влаги в строительных материалах, кроме того, при исследовании почв и грунтов, а также в лабораториях химической и пищевой промышленности.

Цель изобретения — повышение точности определения количества незамерзшей влаги в капиллярно-пористых материалах.

Согласно способу одновременно измеряют температуру и электрический параметр, например емкость, в локальном объеме образца при помощи закладных датчиков, определяют при положительной температуре

ÄÄSUÄÄ 1476368 А1 (51) 4 G 01 N 27/22 л ах. Согласно способу кол ичество неза мерзшей влаги определяют при помоши закладных датчиков, измеряющих электрический параметр, например емкость, в локальном объеме образца материала. По результату измерения и по полученной предварительно градуировочной зависимости определяют количество незамерзшей влаги в образце.

С целью повышения точности определяют поправку на температуру к градуировочной зависимости, которую находят путем исследования зависимости электрического параметра от температуры при переохлажденном состоянии влаги в образце материала. Введение определенной таким образом поправки позволяет повысить точность определения до

40%. Кроме того, повышается достоверность результатов, так, для цементно-песчаного раствора получено, что количество незамерзшей воды «е зависит от начальной влажности образца (когда первая меньше второй), а в способе-прототипе получен противоположный вывод. 5 ил., табл. градуировочную зависимость, по полученным результатам определяют количество незамерзшей влаги, после определения градуировочной зависимости плавно понижают температуру образца и при переохлажденном состоянии влаги в порах материала регистрируют значения электрического параметра вплоть до момента его резкого изменения, а по полученным данным находят температурную поправку, с учетом которой по градуировочной зависимости определяют количество незамерзшей влаги.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения количества незамерзшей воды в материале. Повышение точности определения обеспечивается тем, что учитывается влияние температуры, в том числе отрицательной, на градуировочную зависи1476368

30

45 (12) 50

55 масть. При замерзании части влаги, содержащейся в материале, изменяется измеряемый электрический параметр, по величине которого можно определить, сколько влаги в материале осталось незамерзшей. При этом величина электрического параметра изменяется не только вследствие фазового превращения влаги, но и вследствие влияния температуры на незамерзшую влагу в материале. Предлагаемый способ позволяет также разделить влияние этих факторов и этим повысить точность определения содержания в материале количества незамерзшей воды.

На фиг. 1 изображена градуировочная зависимость емкости закладного датчика от влажности образцов цементно-песчаного раствора (1:3 в/ц=0,66), полученная прн температуре 20+-1 С, где 1 — график уравнения линейной регрессии С по а, 2— график уравнения линейной регрессии а по

С>, на фиг. 2 и 3 — изменения во времени электрической емкости закладного датчика и температуры при охлаждении образца цементно-песчаного раствора, где

3 и 4 — кривые, соответствующие быстрому охлаждению, 5 — кривые плавного охлаждения; на фиг. 4 — зависимость емкости закладного датчика от температуры образца, полученная при плавном охлаждении образца, где 6 — кривая при влажности образца 9,9о, 7 — при влажности образца 5,4Я; па фиг. 5 — содержание незамерзшей воды в цементно-песчаном растворе, определенное различными способами, где кривая 8 получена калориметрическим методом, 9 предлагаемым способом, 1Π— известным способом при влажности материала 9,9ог ; 11 — то же, при влажности материала 5,4%.

При.rrep. Производят определейие диэлькометрическим методом количества незамерзшей воды в цементно-песчаном растворе (1:3, в/ц=0,66) .

При температуре 20+1 С определена градуировочная зависимость электрического параметра (емкость закладных датчиков Cp) от влажности (ь) материала (фиг. 1). Эта зависимость аппроксимирована уравнениями прямой регрессии Со по н и ю по Ср.

C> — — 12,4 re — 9,6; (1) а=0,076Со+1,0. (2)

Коэффициент корреляции равен 0,971.

Погрешность коэффициента корреляции равна 0,0087, что указывает на высокую надежность корреляционной зависимости.

При влажности образца исследуемого материала 9.9о, по массе проводят постепенное охлаждение образца, при этом регистрируют температуру образца и электрическую емкость закладного датчика (фиг. 2 н 3). Кривые 3 и 4 соответствуют быстрому охлаждению образца, при этом переохлаждения воды в порах материала об4 разца не было. Кривая 5 соответствует плавному охлаждению образца, при этом достигнуто переохлаждение воды в его порах.

По результатам измерений, представленных на кривой 5, построен график зависимости электрической емкости закладного датчика от температуры исследуемого образца (фиг. 4, кривая 6). Участок этого графика при температуре от 0 до — 5,6 С соответствует переохлажденному состоянию воды в порах образца. Аналогичные исследования были выполнены при влажности образца 5,4о, соответствующая кривая 7 приведена на фиг. 4. Участок кривой 6 (при влажности образца 9,9о), соответствующий положительной температуре (О(/( (20 С), аппроксимируется уравнением

С =0,4t+119. (3)

Участок этой же кривой, соответствуюгций переохлажденному состоянию воды в порах материала при температуре от 0 ду — 5,6 С, аппроксимируется уравнением

Са =1,2/+ 119. (4)

Кривая 5 (при влажности материала образца 5,4Я) аппроксимируется уравнением

Со =0,6t+52 (5)

Уравнения (3) — (5) можно представить в виде

Са Cjyp =Qt (6) где Cpr. — емкость датчика во влажном образце при t C,;

Cpp — емкость датчика во влажном образце при 0 С.

Коэффициент а в (6) зависит от влажности образца. В предположении о линейности этой зависимости получается: а = — 0,05со+0,84 п ри t)0; (7) а=0,13ю — 0,13 и ри t(0. (8)

Из (6) следует (при t(0) что

Сам — Са с=(Са о — Сэо)+(Сао — Car) =

=а+20 — а t. (9)

Отсюда

С о=С +а 20 — а t. (10)

Для расчета количества незамерзшей воды в порах исследуемого материала по величине емкости датчика Cpi следует приравнять правые части уравнений (1) и (10), заменяя 0) на о ., при этом получается

1,24оо- — 9,6=Се +(— 0,05<о:. +0,84)20— — (0,13ю . — 0,13)/ (11)

Отсюда сл ед ует, что

Са +0,13/+26,4 наТаким образом, согласно предлагаемому способу количество незамерзшей воды в образцах рассчитывают по уравнению (12) в отличие от известного способа, в котором расчет ведется по уравнению (2).

В таблице приведены данные сопоставления результатов определения количества незамерзшей воды в образце цементно-песчаного раствора (1:3, в/ц=0,66), вы1476368

Температура образца, VC

Количество незамерзшей воды ь0 в, 7. к массе сухого материала, по способу

Погрешность определения по известному способу предлагаемому известному

Влажность образца 9,97 к массе сухого материала

-1,4

-4,6

-6,6

-10, 2 — 13,2

-20,7

Влажность

8,8

7,0

6,8

6,4

6,2

6,1 образца 7 07

7,8

6,0

5,6

5,0

4,7

4,2 к массе сухого

11

14

18

22

24

31 материала

-4,0

-7,3

-15, 7

Влажност ь — 2,5

-8,1

-15, 2 — 20,2 — 22,1

7,0

6,7

6,0 образца 5,47

5,4

5,4

5,4

5,4

5,4

5,9

5,4

4,3 к массе сухого

5,0

4,8

4,3

4,0

3,0

16

19

28 материала

11

26

44 полненных по предлагаемому и известному способам.

Для проверки предлагаемого способа используют калориметрический способ, принятый за эталонный. Как следует из фиг. 5, количество незамерзшей воды, определенное предлагаемым способом (кривая 9), отличается менее, чем íà 10% от определенного калориметрическим способом (кривая

8), в то время как известный способ да ет погрешность до 30% (кривая 10). другое преимущество предлагаемого способа перед известным, полученное в этом примере, заключается в том, что он позволил установить, что при влажном образце 6,4% влага в нем не замерзает (при температуре от 0 до — 22 С), в то время как известный способ привел к противоположному факту (кривая 11).

Таким образом, предлагаемый способ обладает более высокой точностью и позволяет получать более достоверные данные о содержании незамерзшей воды в капиллярно-пористых материалах.

Формула изобретения

Способ определения количества незамерзшей влаги в капиллярно-пористых материалах, заключающийся в том, что одновременно измеряют температуру и электрический параметр в локальном объеме образца при помощи закладных датчиков, 10 определяют при положительной температуре градуировочную зависимость и по полученным результатам определяют количество незамерзшей влаги, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после определения градуировочной зависимости плавно понижают температуру образца и при переохлажденном состоянии влаги в порах материала регистрируют значения электрического параметра вплоть до момента его резкого изменения, а по полученным данным находят температурную поправку, с учетом

20 которой по градуировочной зависимости определяют количество незамерзшей влаги.

1476368

cg бел

100

1476368

Составитель А. Платова

Редактор М. Петрова Техред И. Верес Корректор С. Черни

Заказ 2! 18/44 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 101