Стандарт «ASTM D5334-22 Стандартный метод испытаний для определения теплопроводности грунта и горных пород с помощью термоигольчатого зонда», опубликованный Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), описывает метод испытаний для определения теплопроводности грунта и горных пород с использованием метода переходного тепла. Данный метод испытаний применим как к образцам неповрежденной почвы и горных пород, так и к образцам восстановленной почвы и эффективен в лабораторных и полевых условиях. Этот метод испытаний наиболее подходит для однородных материалов, но может также дать репрезентативное среднее значение для неоднородных материалов.
Данный метод испытаний можно применять к сухим, ненасыщенным или насыщенным материалам, в которых можно разместить отверстие для датчика. Термоигольчатый зонд действителен при температурах от 0 до 100 градусов, в зависимости от пригодности его конструкции к экстремальным температурам. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать серьезных ошибок, возникающих в результате:
Все наблюдаемые и рассчитанные значения должны соответствовать значащим цифрам и инструкциям по округлению, указанным в ASTM D6026. Процедуры, используемые в настоящем стандарте для определения того, как собираются, регистрируются или рассчитываются данные, считаются отраслевыми стандартами. Обычно он также представляет собой значимые цифры, которые необходимо сохранить. Применяемые процедуры не учитывают никаких существенных изменений, цели, для которых были получены данные, специальных исследований или каких-либо соображений, связанных с целями пользователя, и общепринятой практикой является увеличение или уменьшение значащих цифр сообщаемых данных в соответствии с этими соображениями. Рассмотрение значащих цифр, используемых в аналитических методах инженерного проектирования, выходит за рамки настоящего стандарта.
Данный метод испытаний также применим и широко используется для определения теплопроводности различных инженерных пористых материалов геологического происхождения, включая бетон, псевдоожиженную термическую засыпку и термический раствор.
Для целей настоящего стандарта, в дополнение к терминам и определениям, приведенным в ASTM D653, применяются следующие определения:
Теплопроводность определяется с помощью вариации метода испытания линейного источника с использованием игольчатого зонда с большим отношением длины к диаметру для имитации условий бесконечно длинного и бесконечно тонкого источника тепла. Зонд состоит из нагревательного элемента и элемента измерения температуры и помещается в образец. На нагревательный элемент зонда в течение определенного периода времени подается известный ток и напряжение, и регистрируется повышение температуры. В анализ также можно включить падение температуры с течением времени после прекращения нагрева. Теплопроводность определяется путем анализа временных рядов данных температуры во время цикла нагрева и, при необходимости, цикла охлаждения путем сравнения их с теоретической кривой с использованием нелинейного метода наименьших квадратов.
Теплопроводность образцов неповрежденной почвы, восстановленных образцов почвы и образцов горных пород используется для анализа и проектирования таких систем, как подземные линии электропередачи, нефте- и газопроводы, захоронение радиоактивных отходов, геотермальные установки и хранилища солнечной энергии. Измерения можно проводить на месте или тестировать образцы в лабораторных условиях.
При проведении испытания массу образца корректируют с точностью до 0,01 грамма и регистрируют. Длина и диаметр образца устанавливаются на уровне 0,1 мм и регистрируются. Проводится не менее трех измерений длины с интервалом в 120 градусов и не менее трех измерений диаметра в четвертых точках высоты. Определяются средняя длина и диаметр образца. Термоигольчатый зонд помещают вдоль оси образца, вдавливая зонд в образец. Если образец плотный, игла вводится в предварительно просверленное отверстие на глубину, равную длине зонда. Необходимо убедиться, что стержень термозонда полностью погружен в образец и не остается частично открытым.
Если в образце необходимо сделать отверстие, то это делается после измерения массы. Диаметр отверстия должен быть равен диаметру игольчатого зонда для обеспечения плотного прилегания. Для обеспечения лучшего теплового контакта между образцом и зондом зонд можно покрыть тонким слоем термопасты. Для сверления отверстия и размещения зонда по прямой линии можно использовать такое устройство, как сверлильный станок, что увеличит контакт между образцом и зондом и уменьшит зазоры. Образец фиксируется при выбранной температуре испытания, и зонду дают возможность прийти в равновесие внутри образца. Стабильность и равновесие можно оценить, наблюдая за температурой в течение определенного периода времени. Нагревательный провод термозонда подключен к источнику постоянного тока.
Концы элемента измерения температуры подключены к считывающему устройству. К нагревательному проводу подается известный постоянный ток. Ток и напряжение на нагревателе регистрируются по мере необходимости для расчета мощности. В период нагревания показания извести и температуры регистрируются не менее чем на 20–30 этапах. Источник постоянного тока выключен. Если в анализ необходимо включить данные охлаждения, показания времени и температуры регистрируются не менее чем за 20–30 шагов в течение периода, эквивалентного циклу нагрева. Для определения теплопроводности используется подходящий метод. Начальное гравиметрическое содержание воды определяется и регистрируется в соответствии со стандартным методом испытаний ASTM D2216, а затем рассчитывается сухая плотность (или удельный вес) репрезентативного образца образца.
Теоретически, если к нагревателю с нулевой массой в течение определенного периода времени подается постоянное количество тепла, температурная реакция рассчитывается по формуле, приведенной в стандарте. После прекращения подачи тепла изменение температуры рассчитывается по формуле, приведенной в стандарте.
Наша организация, которая на протяжении многих лет стремится оказывать поддержку предприятиям всех секторов посредством широкого спектра испытаний, измерений, анализа и оценочных исследований, имеет сильный штат сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В этом контексте предприятиям также предоставляются услуги по испытаниям в соответствии со стандартом «ASTM D5334-22 Стандартный метод испытаний для определения теплопроводности грунта и горных пород с помощью термоигольчатого зонда».
Вы можете попросить нас заполнить нашу форму, чтобы записаться на прием, получить более подробную информацию или запросить оценку.
