Термическая стабилизация грунта – это метод улучшения грунта. Рассматриваются концепция, метод и применение термической стабилизации грунта.
Было замечено, что нагревание или охлаждение приводит к определенным заметным изменениям свойств грунта. В связи с этим было проведено множество исследований и получено много впечатляющих результатов, которые оказались полезными для стабилизации грунта.
Нагревание и охлаждение широко используются в качестве методов улучшения почвы. Какой бы способ термостабилизации мы ни выбрали, он должен удовлетворять следующим требованиям:
- Тепловая оценка теплового потока
- Необходимо спроектировать систему отопления или охлаждения
- Необходимо провести анализ прочности и напряженно-деформированных свойств почвы.
На рисунке ниже представлена предельная прочность трех грунтов в зависимости от температуры.
Рис.1.Прочность на сжатие трех грунтов в зависимости от температуры (по Sayles, 1966)
Концепция термической стабилизации почвы
Подобно анализу просачивания или консолидации грунта, можно также провести анализ теплового потока. Перенос тепла в почве происходит путем проводимости, конвекции (свободной, принудительной, при оттаивании) и излучения.
Наиболее распространенным механизмом передачи тепла является теплопроводность, которая происходит в трех составляющих почвы – твердых частицах почвы, воде (которая может быть в виде жидкости, льда или пара) и поровом воздухе. На явление теплопроводности влияют тепловые свойства почвы, а именно: теплопроводность, скрытая теплота плавления, теплота парообразования почвенной воды и теплоемкость почвы.
Поведение теплового потока в почве в основном регулируется скрытой теплотой плавления воды при замерзании и теплотой испарения воды при нагревании выше 1000C. Скрытую теплоту плавления можно определить как количество тепла, которое необходимо добавить к единице массы вещества, чтобы превратить его из жидкости в твердое тело или из твердого тела в жидкость без изменения температуры.
Теплота парообразования определяется как теплота, необходимая для перехода вещества из жидкого состояния в парообразное.
Скрытая теплота плавления (L) при превращении превращения воды в лед = 333 x 103 Дж/кг (143,3 BTU/фунт).
Теплота парообразования (V) воды = 2260 x 103 Дж/кг
Латентная теплота замерзания или оттаивания для почвенной воды, Ls
Теплота парообразования почвенной воды Vs
Где “w” – содержание воды и 
сухая плотность (кг/м3). Теплоемкости льда, воды и почвенных минералов могут быть представлены следующим образом
Ci = 2098 (Дж/кг)/K
Cw = 4286 (Дж/кг)/K
Cm = 710 (Дж/кг)/K
Теплоемкости незамерзшей (Cu) и замерзшей почвы (Cf) определяются как
Теплопроводность почв может быть определена несколькими методами, некоторые из которых – эмпирические уравнения Кернстена, метод Йохансена и др.
Термическая стабилизация почвы от нагревания
Отмечается, что чем выше теплоприток на массу почвы (которая подлежит обработке), тем больше будет эффект. Небольшое повышение температуры вызовет увеличение прочности мелкозернистых грунтов из-за уменьшения электрического отталкивания между частицами, потока поровой воды из-за изменения теплового градиента и из-за уменьшения содержания влаги из-за увеличения скорости испарения.
Таким образом, установлено, что стабилизация мелкозернистых почв путем нагрева технически осуществима. Ниже приведена температура и соответствующее возможное изменение свойств почвы.
В ходе экспериментов было установлено, что тепло способно изменить расширяющуюся глину в практически не расширяющийся материал. При сжигании жидкостей или газового топлива в скважинах или нагнетании горячего воздуха в отверстия диаметром от 0,15 до 0,20 м образовались стабилизированные зоны диаметром от 1,3 до 2,5 м после непрерывной обработки в течение 10 дней.
Таким образом, нагревание вызывает необратимые изменения в почве, делая ее более твердой и прочной. Таким образом, обработка приведет к общему снижению
Эти эффекты происходят при температуре от 300OC до более 10000C. Почва плавится при температуре от 1250 до 17500C. Температура плавления почвы может быть снижена путем добавления флюсующих агентов, таких как Na2CO3.
Количество энергии топлива, которое необходимо генерировать для получения высоких температур, является очень дорогостоящим. Ingles и Metcalf (1973) предложили уравнение для оценки затрат на термостабилизацию путем нагрева в виде
Где w= содержание влаги в процентах, T = температура горения, Cf = удельная теплоемкость топлива, где 35% для открытого горения и 70% для закрытого горения и F= топливо, используемое на единицу объема почвы.
Таблица.1: Минимальная потребность в тепле при различных видах применения стабилизации путем нагрева
Области применения термической стабилизации почвы
Использование нагрева в качестве способа термической стабилизации почвы в основном применяется в США и Восточной Европе. Он используется в
Ссылка:
Читать далее:
Методы улучшения грунта для стабилизации почвы для различных целей
Техника замораживания грунта для стабилизации почвы – применение, преимущества
Метод вибростабилизации для улучшения грунта
Методы улучшения грунта для стабилизации грунтовых оснований
Читайте далее:- Методы улучшения грунта для стабилизации почвы в различных целях.
- Свойства строительных материалов и их значение в строительстве.
- Электрокинетическая стабилизация грунта с применением и преимуществами.
- Что такое тепловая масса в пассивном солнечном здании?.
- Методы стабилизации грунта с помощью различных материалов.
- Как выбрать метод улучшения почвы в зависимости от типа почвы?.
- Исследование грунта и типы фундаментов на основе свойств грунта.