Комплектация лабораторий. Поставка лабораторного, геодезического,оборудования.

комплексное оснащение научных, медицинских, нефтяных, грунтовых, производственных, строительных и дорожных лабораторий и расходных материалов;

ПРИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ НА МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ соответствие ГОСТ 28622-2012

морозное пучение; испытания грунтов на морозное пучение; прибор для испытаний на морозное пучение;

в статье описаны установки для испытаний образцов грунта на морозное пучение в соответствии с российским, американским и британским стандартами. Рассмотрено устройство нового прибора, разработанного в ООО «НПП “Геотек”». Указаны его основные возможности и преимущества. Рассмотрены основные этапы работы на этой установке.

Одним из параметров, который ис- пользуется при проектировании фундаментов и других сооружений, заглубленных в грунты, является степень пучинистости, характеризуемая величи- ной относительной деформации морозного пучения: εfh = hf /di ,где hf — абсолютная вертикальная де- формация образца грунта в конце испытания, мм; di — фактическая толщина промерзшего слоя образца грунта, мм. В таблице 1 приведено сравнение классификаций грунтов по степени пучинистости из различных стандартов. Деформация пучения является следствием процесса морозного пучения, под которым понимается внутриобъемное деформирование промерзающего влажного грунта, приводящее к увеличению его объема вследствие кри- сталлизации поровой и мигрирующей воды с образованием кристаллов и линз льда. Согласно ГОСТ 28622-2012 [4] деформация морозного пучения должна определяться путем испытаний грунта в специальных установках, обеспечивающих промораживание образца в заданных температурном и влажностном режимах с измерением перемещений на его верхнем торце. Образцы грунта, предназначенные для испытаний, должны иметь цилиндрическую форму, диаметр не менее 100 мм и высоту не менее 150 мм. В состав установки для определения относительной деформации морозного пучения должны входить устройства, показанные на рис. 1. Конструкция прибора должна обеспечивать:

• промораживание образца грунта при температуре на его верхнем торце минус 4±0,2 °С и монотонном пони- жении температуры на нижнем торце от плюс 1 до 0 °С, что обеспечивается автоматическим поддержани- ем температуры нижней термостатированной плиты на уровне плюс 2±0,2 °С;

• возможность вертикального нагружения образца давлением, равным давлению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца, или равным предполагаемому давлению от постоянных нагрузок на заданной глубине, но не превышающим 0,05 МПа. Измерительные устройства должны обеспечивать измерение вертикальной деформации образца грунта с погрешностью не более 0,1 мм и его температуры с погрешностью не более 0,2 °С В отличие от ГОСТ 28622 [4] стандартах США (ASTM D 5918 [9]) и Великобритании (BS 812-124 [11]) предусматриваются испытания не только на морозное пучение, но и на оттаивание, причем эти нормативные документы предназначены для классификации грунтов по степени пучинистости в основаниях насыпей. Следует отметить, что в ГОСТ 28622 нет указаний области применения этого документа. Косвенно можно судить, что его основное назначение заключается в классификации грунтов по степени пучинистости для заглубленных в грунт зданий и сооружений. Это следует из температуры испытаний: в ГОСТ 28622 — до минус 4 оС, в ASTM D5918 и BS 812-124 —до минус 18 оС при промерзании и до плюс 15 оС при оттаивании. В указанных иностранных стандартах рекомендуется проводить испытания одновременно нескольких образцов: в ASTM D 5918 — четырех, в BS 812-124 — девяти, так же как и в работах [1–3]. Схема установки для испытаний по стандартам США и Великобритании показана на рис. 2, 3. Измерение температуры внутри образцов грунта в BS 812-124, как и в ГОСТ 28622, не предусмотрено. За прошедшие десятилетия предложено множество устройств для исследований свойств грунтов в области отрицательных температур. В работе [10] приведен достаточно полный обзор методов испытаний мерзлых грунтов по состоянию на 1981 год. С развитием новых технологий измерений и автоматизированных систем управления были разработаны новые типы приборов, описания ко- торых можно найти в работах [1–3, 5–7, 10, 12, 13].На рисунке 2 приведена схема установки для испытаний грунтов в соответствии с требованиями ASTM D 5918 [9]. В отличие от ГОСТ 28622 и BS 812-124 в этом стандарте процесс промерзания грунта контролируется датчиками температуры на нескольких уровнях по высоте образца. Еще одной из отличительных особенностей стандарта США от ГОСТ 28622 и BS 812- 124 является наличие методики определения температуры начала замерзания поровой воды. Температура начала замерзания поровой воды обычно ниже 0 °С и зависит от размера частиц, минералогического состава грунта и химического состава самой воды. Обычно эта температура снижается с увеличением размера мелкозернистых частиц, а также при добавлении соли. В руководстве [8] рекомендуется температуру начала замерзания опре- делять по кривой зависимости количества незамерзшей воды от отрицательной температуры, которую строят по результатам калориметрических опытов (рис. 4). Реализация этого метода является достаточно трудоемкой и длительной. Поэтому ASTM D 5918 рекомендует применять более простую процедуру. Температура начала замерзания поровой воды может быть определена путем размещения датчика температуры в навеске грунта и наблюдений за изменениями температуры при его замерзании. Грунт с есте- ственными плотностью и влажностью помещается в пробирку (рис. 5, а). В морозильной камере, в которую устанавливается эта пробирка, должна поддерживаться температура минус 3 °С для инициирования процесса замерзания грунта. Процедура определения начала замерзания поровой воды состоит из следующих этапов:

• Помещают навеску грунта высотой 20 мм в чистую стеклянную пробирку.

• Датчик температуры погружают в грунт на глубину 10 мм по центру пробирки (см. рис. 5, а). Предвари- тельно можно сделать лидерную скважину с диаметром, несколько меньшим, чем диаметр датчика.

• Подключают датчик температуры к регистратору.

• Помещают пробирку с грунтом в воду со смесью льда до снижения температуры до 0 оС.

• Устанавливают пробирку с грунтом в емкость со смесью воды и глице- рина в морозильной камере. Темпе- ратура в камере должна быть минус 3,0 °С.

• Наблюдают во времени и записывают показания датчика температуры.

• Определяют температуру начала замерзания грунта, используя результаты измерений, показанные на рис. 5, б. Начало кристаллизации воды характеризуется повышением температуры грунта. Затем она остается постоянной какое-то определенное время, пока вода вокруг датчика замерзает. Эта температура и является температурой начала замерзания. Затем по мере образования льда она опять начинает уменьшаться. Полученное значение температуры используется для контроля положения фронта промерзания по высоте образца грунта. Учитывая опыт предыдущих исследований, в ООО «НПП “Геотек”» с целью повышения точности контроля положения фронта промерзания и автоматического регулирования температуры на верхнем и нижнем торцах образца грунта разработана новая конструкция прибора для испытаний на мороз- ное пучение (рис. 6):

• для создания отрицательной и положительной температуры на торцах промораживаемого образца ис- пользуются два одинаковых термоэлектрических модуля (элементы Пельтье, http://peltier.narod.ru/), а регулирование ее значений контролируется направлением подаваемого на указанные модули тока под управлением компьютера через блок управления;

• для повышения точности регулиро- вания и поддержания заданного значения температуры имеются два радиатора и два вентилятора;

• приложение вертикальной нагрузки выполняется с использованием пневмоцилиндра,

а ее контроль — с применением датчика силы (см. рис. 6, б) (возможно использование для этой цели стандартного устройства силового нагружения конструкции ООО «НПП “Геотек”» (см. рис. 6, а), которое входит в состав приборов для испытаний грунтов в условиях компрессионного сжатия, одноплоскостного среза и трехосного сжатия);

• контроль постоянства заданной величины давления выполняется с использованием прецизионного регу- лятора давления (см. рис. 6, б) или шагового двигателя (см. рис. 6, а);

• регулирование температуры, измерение давления и деформаций выполняются автоматически под уп - равлением компьютера;

• определение глубины промерзания грунта выполняется датчиком температуры, который находится на глубине 100 мм от верхнего штампа (возможна установка дополнительных датчиков температуры по высоте образца);

• нормальная эксплуатация пневмооборудования при низких температурах в климатической камере обес- печивается системой подготовки воздуха.