Отчет СИБСТРИН по исследованию работы термоматов «ФлексиХИТ» и определение времени оттаивания и отогрева мерзлого грунта

нанограмма прогрева грунта

Отчет НГАСУ «СИБСТРИН» по исследованию работы тэрмоэлектроматов (ТЭМС) «ФлексиХИТ» и составление номограммы для определения ориентировочной продолжительности оттаивания и отогрева мерзлых грунтовых оснований нормальной влажности.

Термоматы для прогрева бетона и грунта любого размера
Термоматы для прогрева бетона и грунта, бетонных конструкций, каменной кладки

В соответствии с Рекомендациями грунтовое или искусственное основание, как правило, необходимо отогреть на всю глубину промерзания до температуры 5–10 °С. При большой толщине мерзлого грунтового основания необходимо оттаять его не менее чем на ¾ глубины промерзания и не менее чем на 500мм для связных и 300мм для несвязных грунтов. Размеры участков отогретого основания должны выступать за внешний обрез бетонируемых конструкций по всему периметру на двойную глубину оттаивания, но не менее чем на 1 м.

Напомню, что несвязные грунты – это рыхлые породы, у которых отсутствуют связи между частицами (к таким грунтам относят песок, гравий и др.). Грунты, характеризующиеся наличием сил сцепления между частицами, носят название связных (супеси, суглинки и глины).

Методы отогрева и прогрева грунтового основания:

  • оттаивание грунта в тепляках;
  • оттаивание при помощи твердого и жидкого топлива;
  • оттаивание грунта паровыми, водяными и электрическими иглами;
  • оттаивание грунта электродами и нагревателями;
  • использование трубчатых электронагревателей (ТЭН) и коаксиальных нагревателей.

Преимущества прогрева грунта термоматами

Допустим, что нам необходимо забетонировать ступенчатый фундамент. При этом на строительной площадке уже установлена опалубка и арматурные каркасы, необходимо осуществлять бетонирование фундамента, но грунтовое основание промерзло, и тепла внесенного в бетонную смесь не будет хватать для достижения бетона подошвы фундамента критической прочности. В таком случае, перед бетонированием, грунтовое основание необходимо оттаять.

Каким же способом, в данной ситуации, можно оттаять грунт и достичь требований представленных в рекомендациях?

Эти требования можно осуществить при помощи метода, разработанного компанией ООО «Импульс», термоэлектроматами (ТЭМС).

Этот метод не требует больших дополнительных затрат времени, средств и ресурсов. ТЭМС представляет собой гибкое электрическое изделие, поэтому его достаточно просто разместить между арматурным каркасом и промерзшим грунтовым основанием. Благодаря тому, что ТЭМС обеспечивает однородное распределение тепла по его поверхности, отогрев и прогрев грунтового массива происходит равномерно по всему объему отогреваемого грунтового основания, без зон локального перегрева, или недогрева.

Распределение тепла в грунте при прогреве

Как же осуществляется распространение тепла в грунтовом массиве? Этот процесс происходит по закону Фурье. Количество тепла , переносимого через единицу площади в единицу времени, прямо пропорционально теплопроводности почвы и градиенту температуры . Закон Фурье связывает тепловой поток с градиентом температуры через коэффициент пропорциональности – теплопроводность, [Вт2/(м град.)].

(1) 

Коэффициент теплопроводности равен количеству тепла прошедшего в единицу времени через единичное сечение почвы при единичной толщине слоя почвы (1 см или 1м) и при разнице температур в 10 °С (или 1К).

Для того что бы определить время прогрева грунтового основания и его оптимальную температуру необходимо решить уравнение теплопроводности.

Основное уравнение теплопроводности – уравнение, связывающее изменения температуры во времени с изменением температуры по расстоянию. Для динамики температуры это уравнение имеет вид

(2) 

Величина  носит название «коэффициента температуропроводности» материала, обозначается буквой а [м2/ч], характеризует способность среды выравнивать свою температуру.

Решение уравнения теплопроводности без учета фазовых переходов вода-лед, лед-вода (для несвязных грунтов, таких как песок) может осуществляться при помощи метода разделения переменных [2], при этом методе искомую функцию t представляют в виде произведения переменных T(τ) и X(x), из которых первая зависит только от времени, а вторая – только от координаты:

(3) 

Для решения уравнения теплопроводности с учетом фазовых переходов вода-лед, лед-вода (для связных грунтов, таких как супесь, суглинок и грлина) можно осуществить при помощи комбинированного сеточного метода.

Задача отогрева и прогрева грунта с плоским источником тепла находящимся на поверхности имеет вид:

– уравнение теплопроводности в талой зоне

(4) 

– уравнение теплопроводности в мерзлой зоне

(5) 

– начальные условия

(6) 

– граничные условия

(7) 

(8) 

– условия на фазовой границе

(9)

(10) 

Здесь , это скрытая теплота фазовых переходов по рассматриваемой оси, – удельная теплота плавления льда (334 кДж/кг).

Суть комбинированного метода заключается в следующем. В узлах расчетной области, не смежных с фронтом фазового перехода, температура определяется из явной разностной схемы, а для точек смежных узлов – из неявной разностной схемы.

Решение этой задачи дает возможным построить номограммы для определения ориентировочной продолжительности оттаивания и отогрева мерзлых грунтовых оснований нормальной влажности представленной на рисунке №1.

нанограмма времени оттаивания грунта

Рис. №1. Номограмма для определения ориентировочной продолжительности оттаивания и отогрева мерзлых грунтовых оснований нормальной влажности.

Допустим, глубина промерзания основания равна 1 метру, средняя температура воздуха -15°С, основание суглинистое и средняя температура обогрева +50°С, тогда продолжительность обогрева составит примерно 11 часов.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Прогрев бетона до R28 за 24 часа
Маты для прогрева промёрзшего грунта c -20°С до 0°С за 12 часов

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *