CC BY
15
Вестник ТГАСУ № 4, 2008
119
3. Способ прогноза термообработки грунтов СВЧ-энергией / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, Ю.М. Егоров [и др.] // Труды материалов конференции по механике и фундамен-тостроению. - СПб., 1995. - Т. 2. - С. 230-236.
4. Методика исследований миграции влаги в глинистом грунте при его сушке в СВЧ-поле
/ Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, Ю.М. Егоров [и др.] // Повышение надежности транспортных сооружений в условиях Сибири. - Томск : Изд-во ТГАСУ. - С. 21-28.
5. Новые методы и геотехнологии преобразования грунтов энергией плазмы и СВЧ-поля.
Ч. 2 / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, Ю.М. Егоров [и др.]. - Томск, 2003. - С. 103-237.
6. Корреляционная зависимость диэлектрических свойств глинистых грунтов от влажно-
сти в электромагнитном поле на частоте 2450 МГц / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, Ю.М. Егоров [и др.] // Вестник ТГАСУ. - № 2. - 2006. - С. 187-199.
7. Грунтоведение. - М. : Изд-во МГУ и Наука, 2005. - С. 131-157.
8. Грунтоведение / под ред. Е.М. Сергеева. - М. : Изд-во МГУ, 1973. - 388 с.
L.V. GONCHAROVA, V.I. BARANOVA, V.I. DIVISILOVA, YU. M. EGOROV, V.M. FEDOROV
METHOD OF DIFINITION OF IELECTRIC PERMEABILITY OF CLAY GROUND AT OHF HEATING
The calculated method of dielectric permeability definition ^ n=o) of clay grounds with using of correlation analyses results g, „=o from moisture (W, %) at 20 °C and from temperature (T, °C) with registration phases of water migration in process of dehydration loam, kaolinite and montmoillonite clays at powers OHF emanation 265, 500 and 830 Wt with 2450 MHz are proposed.
УДК 624.131.431.3:621.385.6
Л.В. ГОНЧАРОВА, канд. геол.-мин. наук,
В.И. БАРАНОВА, канд. геол.-мин. наук,
В.И. ДИВИСИЛОВА, канд. геол.-мин. наук,
Ю.М. ЕГОРОВ,
Б. В. НЕЧИПОРЕНКО,
В.М. ФЕДОРОВ МГУ, Москва
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ МИГРАЦИИ ВЛАГИ В ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТАХ ПРИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ НАГРЕВЕ В ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ СВЧ-ПОЛЕ НА ЧАСТОТЕ 2450 МГЦ
Разработанная методика исследований миграции влаги в дисперсных грунтах при их диэлектрическом нагреве и контроль изменений веса влажного образца, падающей, прошедшей и отраженной СВЧ-мощностей позволили получить синхронное изменение расчетных характеристик диэлектрических потерь (є''пш = 0), влажности ^, %), температуры (Т, °С) и скорости нагрева (Т, °С/т, с) грунтов. Представлены данные расчета коэффициентов парных корреляций для зависимостей (є '' пш = 0 - W, є'' ш = 0 - Т, °С и є'' ш = 0 - Т, °С/т, с с учетом стадийности миграции влаги в процессе дегидратации полиминерального суглинка, каолинитовой и монтмориллонитовой глин при мощностях СВЧ-излучения 265, 500
© Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, В.И. Дивисилова, Ю.М. Егоров, В.М. Федоров, 2008
и 830 Вт на частоте 2450 МГц. Полученные результаты могут быть использованы при моделировании режимов СВЧ-термообработки грунтов и для создания контрольного оборудования в процессах термоупрочнения дисперсных грунтов.
Воздействие СВЧ-электромагнитного излучения на водонасыщенные дисперсные грунты вызывает их нагрев за счет поглощения части энергии в виде диэлектрических потерь (в ' ' па = 0), переходящих в тепло (рис. 1). Исследованиями процессов дегидратации и миграции влаги в глинистых грунтах при СВЧ-термообработке установлена стадийность этих процессов, обусловленная минеральным составом, дисперсностью и влажностью грунта, а также мощностью СВЧ-излучения (скоростью нагрева) [1-5].
Рис. 1. Изменение начальных диэлектрических потерь и переход их в тепло в 5-секундный период вхождения СВЧ-волны в глинистые грунты:
а - монтмориллонитовая глина (ePgoвl1, Узбекистан); б - каолинитовая глина (ePg2, Украина); в - полиминеральный суглинок (а-іі Q4, Башкортостан)
Разработанная методика исследований миграции влаги [2, 5] позволила установить три стадии: I - миграция влаги в поровом пространстве без изменения веса, влажности и объема образцов дисперсного грунта с выделением начального 5-секундного интервала «вхождения СВЧ-волны» во влажный грунт; II - миграция влаги из образца грунта при его диэлектрическом нагреве с выделением температурного интервала до 100 °С (кипение воды); III - стабилизация веса и объема образца грунта.
Начальная влажность образцов исследованных глинистых грунтов, близкая к верхнему пределу пластичности (по конусу Васильева) или к нижней границе текучести (по Аттербергу), достигалась предварительным замачиванием и последующей их дегидратацией на воздухе от состояния текучести. В день приготовления шарообразных образцов для эксперимента влажность определялась высушиванием пластичной массы грунта в термостате при 105 °С. В процессе эксперимента влажность рассчитывалась по изменению начальной массы образца грунта (г), фиксируемой датчиком веса, модернизированного по принципу «индуктивность - частота». Начальные диэлектрические потери при соответствующей влажности образца грунта определялись в диэлькометре на частоте 2450 МГц при 20 °С [5, 6]. Разработанная методика определения диэлектрических свойств позволяет определять плотность жидкой фазы и получать диэлектрические потери для двухфазной дисперсной системы (в''па = 0) в процессе дегидратации, исключая часть объема пор, занятых воздухом [7]. Характеристики влажности и диэлектрических потерь при 20 °С перед СВЧ-нагревом исследованных глинистых грунтов приводятся в табл. 1.
Модернизация датчика веса позволила детализировать процесс дегидратации глинистых грунтов. Блок синхронной записи датчиков контроля мощностей и веса, сопряженный с компьютером, позволил получить изменения значений массы образца грунта (г) и мощностей (Вт). В процессе диэлектрического нагрева в волноводе с генератором «Хурма» при мощностях 265, 500 и 830 Вт диэлектрические потери (в '' па = 0) рассчитывались по формуле, включающей соответствующие параметры экспериментальной установки:
в ' ' = Руд / 0,555-10-12 • ^ • Е2, где Руд - удельная мощность потерь, Вт/см3; ^ - частота СВЧ-излучения, 2450 МГц; Е - напряженность СВЧ-поля, В/см.
При СВЧ-мощности 265 Вт скорость нагрева дисперсных грунтов сопоставима со скоростями нагрева в термических методах исследований грунтов. Скорости нагрева образцов влажного дисперсного грунта и дистиллированной воды при выходной мощности генератора «Хурма» 500 Вт имеют один и тот же порядок (п-10 °С/с). Это послужило основанием для расчета температур образцов грунта (Т, °С) в процессе СВЧ-нагрева по удельной теплоемкости воды (4,19 Дж/г-°С). Температура рассчитывалась по формуле
Т = to + А^,
где t0 - начальная температура, принимаемая равной 20 °С;
А^- = Qi погл/^г- обр • 4,19;
Qi погл - СВЧ-энергия, поглощенная образцом за время Атг-, Дж; обр - масса
образца в момент времени т , г.
Таблица 1
Диэлектрические потери и характеристические влажности исследованных дисперсных грунтов
перед дегидратацией в СВЧ-поле
Исследованный грунт Геологический возраст Плотность т.ф., г/ см5 е" ь па = 0 при We Начальная влажность, % Характеристические влажности
Гд Гв Щ. ^ ММБ
Полиминералъный суглинок* (У фа) a-d Q4 2,74 0,898 38,09 >40 35-40 19-22 8,7-9,28
Каолишгговая глина (Глуховец) ePg2 2,62 1,377 29,31 74,19 57,78 33,14 28
Монтмориллониговая глина (Огланлы) ePg 2,63 1,3855 195,25 124,14 107,79 66,07 57,44
- влажность нижнего предела текучести по Аттербергу;
РГв - влажность верхнего предела текучести по конусу Васильева;:
Щ, - влажность нижнего предела пластичности по раскатыванию в шнур;
FFmmb - влажность максимальной молекулярной влагоемкости по Лебедеву.
* Минеральный состав суглинка; в песчано-пылеватой фракции кварц 40-46 %, микроклин, кальцит и нллит в гшшистой фракции монтмориллонит (54-60 %), гидрослюда 34 %, каолинит 4-6 %, хлорит 6-8 %.
122 Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, В.И. Дивисилова и др.
Установленные закономерности стадийности процесса дегидратации имеют научно-методическое и практическое значение при выборе режимов термообработки дисперсных грунтов СВЧ-энергией. Синхронность изменений расчетных характеристик влажности (Ж, %), диэлектрических потерь (в п = 0), температуры (Т, °С) и скорости нагрева (Т/т, °С/с) влажных образцов глинистых грунтов различного минерального состава послужила обоснованием для проведения корреляционного анализа при их диэлектрическом нагреве с учетом стадийности миграции влаги при дегидратации дисперсных грунтов.
Корреляционный анализ включал:
1) расчеты коэффициентов парных корреляций по известной методике для зависимостей между в '' п = 0 - Ж, %; в '' п = 0 - Т, °С (диэлектрический нагрев), Ж, % - Т, °С (дегидратация) и в ''п = 0 - Т/т °С/с (скорость диэлектрического нагрева);
2) графический анализ (тренд-анализ) рассматриваемых зависимостей при высокой тесноте связей, характеризующихся значениями коэффициентов парных корреляций 1-0,9, для получения уравнений с высокой достоверностью аппроксимации (В2).
В табл. 2-4 приводятся результаты расчета коэффициентов парных корреляций (г) между диэлектрическими потерями, влажностью и температурой для тяжелого полиминерального суглинка (Башкортостан), каолиновой (Украина) и монтмориллонитовой глины (Узбекистан) при мощностях СВЧ-излучения 265, 500 и 830 Вт.
Результаты расчета коэффициентов парных корреляций до нагрева в зависимости в '' п = 0 = / (Ж, %) по исследованиям в диэлькометре на частоте 2450 МГц при 20 °С выявили влияние дисперсности глинистых грунтов на характер этой зависимости. Для исследованных моно- и полиминеральных глин при влажностях, больше максимальной гигроскопичности, между их диэлектрическими потерями и влажностью существует обратная зависимость: чем больше влажность грунта, тем меньше его диэлектрические потери. Для суглинков и лессов (Душанбе) наблюдается прямая зависимость: чем больше влажность, тем больше диэлектрические потери. Процессы дегидратации и диэлектрический нагрев дисперсных грунтов способствуют уплотнению их структуры, коагуляции и агрегированию глинистых частиц, что приводит к уменьшению дисперсности. Следовательно, на различных стадиях миграции влаги при диэлектрическом нагреве глин возможно изменение обратной зависимости в '' п = 0 = /(Ж, %) на прямую зависимость.
Результаты корреляционного анализа диэлектрического нагрева при СВЧ-мощностях 265, 500 и 830 Вт позволили установить следующее.
1. В период вхождения электромагнитной волны (5 с) значения коэффициентов парных корреляций (г = 0) при всех исследованных СВЧ-мощностях свидетельствуют об отсутствии связей между диэлектрическими потерями, температурой и влажностью у всех исследованных грунтов. Различие изменений диэлектрических потерь в зависимости от СВЧ-мощности свидетельствует о влиянии скорости и механическом воздействии мощности при вхождении электромагнитной волны.
Таблица 2
Изменение коэффициентов парных корреляций между диэлектрическими потерями, влажностью и температурой на различных стадиях дегидратации дисперсных грунтов в СВЧ-поле при выходной мощности генератора «Хурма» 265 Вт
Грунты Стадия* Время, с є' ' - Ж, %; г - 3т є' ' - Т, °С; г - 3т Ж, % - Т, °С г - 3т
5 0 0 0-0,02
18,4 0,15 -0,22 -0,09
20,98 0,07 -0,27 -0,25
Суглинок по- 23,62 0 -0,25 -0,66
110,84 -0,79 0,98 -0,71
лиминераль- 110,86 -0,99 0,98 -0,99
II 110,95 -0,97 0,95 -0,99
136,82 -0,28 0,58 -0,94
138,22 -0,62 0,68 -0,58
139,84 -0,77 0,86 -0,54
т 5 0 0 0
Глина каоли- 23,93 0,14 0,94 -0,12
новая ТТ 109,83 0,18 0,15 -0,99
128,12 -0,76 0,79 -0,99
Глина монт- мориллонито- вая I 5 18,54 0 0,04 0 0,02 0 0
II 106,35 457,33 -0,7 -0,62 0,75 0,68 -0,97 -1
Таблица 3
Изменение коэффициентов парных корреляций между диэлектрическими потерями, влажностью и температурой на различных стадиях дегидратации в СВЧ-поле при выходной мощности генератора «Хурма» 500 Вт
Грунты Стадия* Время, с є'' - Ж, %; г - 3т є ' ' - Т, °С; г - 3т Ж, % - Т, °С г - 3т
5 0- 0,4 0 0
I 10,9 0,38 -0,65 -0,8
11,64 0,06 -0,33 0
16,09 0 -0,45 -0,33
Суглинок 70,22 -0,7 0,67 -0,87
73,81 -0,66 0,69 -0,88
II 75,68 -0,27 0,27 -0,86
277,46 0,73 -0,59 -0,14
298,44 0,64 -0,24 -0,58
326,81 0,51 -0,61 -0,94
Окончание табл. 3
Грунты Стадия* Время, с є” - Ж, %; г - 3т є ' ' - Т, °С; г - 3т Ж, % - Т, °С г - 3т
Каолинит I 5 0 0 -0,68
23,98 0 0 0
II 109,66 -0,48 0,33 -0,94
128,01 0,51 0 0
Монтмо- риллонит I 5 0 0 0
11,8 0 0 0
II 85,63 -0,83 0,85 -1
388,48 0,67 -0,33 -0,91
Таблица 4
Изменение коэффициентов парных корреляций между диэлектрическими потерями, влажностью и температурой на различных стадиях дегидратации в СВЧ-поле при выходной мощности генератора 830 Вт
Грунты Стадия Время, с є ' ' - Ж, %; г - 3т є ' ' - Т, °С; г - 3т Ж, % - Т, °С г - 3т
Суглинок тяжелый, полимине- ральный (Башкорто- стан) I 5 0 -0,11 -0,11
5 0 0 0
5,93 -0,37 -0,46 0
6,92 0 -0,18 0
II 45,69 -0,51 -0,56 -0,86
47,96 -0,18 0,2 -0,92
82,73 0/59 0,34 0,54
89,15 -0,78 -0,3 -0,64
Глина као-линитовая (Г луховец) I 5 0 -0,35 0
15,66 0 0 0,92
II 39,69 0,76 0,19 0,22
41,67 0,99 0,43 0,82
Глина монт-мориллони-товая (Ог-ланлы) I 5 0 0,22 0
9,.3 0 0 0
II 37,72 0,92 0,86 -0,98
141,9 0,84 -0,36 -0,78
2. На I стадии миграции влаги в поровом пространстве образцов поли-минерального суглинка и монтмориллонитовой глины возникают слабые корреляционные связи в зависимостях в '' п = 0 = /(Ж, %) и в '' п = 0 = /(Т, °С) при всех
исследованных СВЧ-мощностях. Коэффициенты парных корреляций в зависимости в '' п = 0 = /(Т, °С) отрицательные (г от -0,27 до 0). Это свидетельствует об отсутствии диэлектрического нагрева: чем больше диэлектрические потери, тем меньше температура.
Диэлектрический нагрев на I стадии миграции влаги в поровом пространстве происходит только у каолиновой глины при СВЧ-мощности 265 Вт: чем больше диэлектрические потери, тем выше температура каолиновой глины (для зависимости в '' п = 0 = / (Т, °С) г = 0,94). Механизм диэлектрического нагрева каолинита, вероятно, связан с особенностями доменного строения его нераздвижной кристаллической решетки, структурой воды и прочностью ее связи во влажной каолиновой глине на поверхности частиц каолинита.
3. Дегидратация глинистых грунтов на II стадии характеризуется миграцией влаги из образцов (изменение их массы). При нагреве до 100 °С по-лиминерального суглинка и монтмориллонитовой глины при СВЧ-мощности 265 Вт происходит диэлектрический нагрев: чем больше диэлектрические потери (в '' п = 0), тем выше температура и меньше влажность грунтов. Значения коэффициентов парных корреляций характеризуют тесную связь для зависимостей в '' п = 0 = / (Т, °С) (г от 0,75 у монтмориллонитовой глины до 0,95-0,98 у полиминерального суглинка), в '' п = 0 = / (Ж, %) (г от -0,70 до -0,99) и Ж, % = / (Т, °С) (г от -0,71 до -0,99). У полиминерального суглинка значения коэффициентов парных корреляций в этих зависимостях уменьшаются, а у монтмориллонитовой глины увеличиваются с ростом СВЧ-мощности. Это обусловлено скоростью процесса дегидратации при увеличении СВЧ-мощности и его механизмами в глинистых грунтах различного минерального состава и дисперсности, а также структурой самой воды и составом жидкой фазы при нагреве в СВЧ-поле. Исследования показали, что у каолинита передвижение влаги связано преимущественно с капиллярноосмотическим механизмом, а у монтмориллонита - с пленочным течением.
4. На II стадии миграции влаги при нагреве более 100 °С механизм диэлектрического нагрева при мощности 500 Вт у всех исследованных грунтов изменяется. Для зависимости в '' п = 0 = /(Ж, %) получены положительные значения коэффициентов парных корреляций (г от 0,51 до 0,73): чем больше диэлектрические потери, тем больше влажность глинистых грунтов. В это же время снижаются значения коэффициентов парных корреляций в зависимости Ж, % = / (Т, °С): чем больше влажность, тем ниже температура грунта. Это обусловлено выходом связанной воды из глинистых грунтов при нагреве более 100 °С.
На рис. 2 представлены графики линейной зависимости влажности от температуры нагрева исследованных дисперсных грунтов на II стадии миграции в них влаги при СВЧ-мощности 265 Вт с достоверностью аппроксимации В2 = 0,95-0,99. Тренд-анализ зависимости Ж, % = /(Т, °С) позволил получить линейные уравнения для определения влажности глинистых грунтов по температуре при нагреве для всех исследованных СВЧ-мощностей со значениями коэффициентов парных корреляций более 0,9 (табл. 5).
IV, %
Рис. 2. Линейные зависимости влажности глинистых грунтов от температуры в процессе их дегидратации при СВЧ-мощности 265 Вт на частоте 2450 МГц
Таблица 5
Линейные уравнения графического корреляционного анализа дегидратации глинистых грунтов на II стадии миграции влаги при различных мощностях нагрева в СВЧ-поле
Грунты Мощность, Вт Температура Т, °С Уравнение для расчета влажности по температуре Ж = -а (Т, °С) + Ь Достоверность ап-проксима-ции
Тяжелый суглинок (Башкортостан) 265 до 100 Ж = -0,1882Т + 46,49 0,98-0,99
>100 Ж = -0,1612Т + 44,01 0,90-1,00
500 до 100 Ж = -0,2225 Т + 45,36 0,79-0,84
>100 Ж = -0,3180Т + 50,34 0,95-0,97
830 до 100 Ж = -0,2197Т + 44,96 0,81-0,88
>100 Ж = -0,3126Т + 49,63 0,63-0,34
Глина каолиновая (Г луховец) 265 70 тах Ж = -0,2767Т + 35,68 0,89
500 70 тах Ж = -0,2755Т + 35,65 0,90
830 70 тах Ж = -0,2122Т + 33,90 0,96
Глина монтмо-риллонитовая (бентонит, Огланлы) 265 до 100 Ж = -0,159Т + 202,72 0,98
>100 Ж = -0,306Т + 223,45 0,98
500 до 100 Ж = -0,336Т + 209,73 0,99
>100 Ж = -0,738Т + 252,81 0,73
830 до 100 Ж = -0,225 Т + 204,21 0,98
>100 Ж = -0,698Т + 225,01 0,65
Анализ графиков изменения диэлектрических потерь и скорости нагрева исследованных грунтов от температуры при мощности 265 Вт (рис. 3) показывает, что конфигурация кривых скорости нагрева грунтов и диэлектрических потерь одинаковая. Это свидетельствует о том, что коэффициенты парных корреляций (г) на всех стадиях миграции влаги для зависимости
е"и = о = / (Т/т, °С/с) близки к 1,0, а диэлектрические потери при термообработке грунтов СВЧ-энергией тесно связаны со скоростью нагрева, которая обусловлена влажностью, минеральным составом дисперсных грунтов и их теплофизическими свойствами. Так, у монтмориллонитовой глины с наибольшей влажностью по изменению скорости нагрева отмечается 3 температурных пика: 210, 345 и 420 °С, которые, вероятно, соответствуют удалению связанной, гидроксильной и кристаллогидратной воды из глины.
а
б
в
Рис. 3. Изменение скорости диэлектрического нагрева и диэлектрических потерь глинистых грунтов в процессе их дегидратации при СВЧ-мощности 265 Вт на частоте 2450 МГц:
а - монтмориллонитовая глина; б - каолинитовая глина; в - полиминеральный тяжелый суглинок
В табл. 6 приводятся рассчитанные коэффициенты пропорциональности между скоростью нагрева и диэлектрическими потерями полиминерального суглинка, каолиновой и монтмориллонитовой глин при различных СВЧ-мощностях на всех стадиях миграции влаги во влажных глинистых грунтах.
монтмориллонит 265 Вт
її
■> Скорої ть нагрев
Й й а > «...
V
ґ' ** п и Г І
1 V, 1,
1 V
30 Ч чп ■» , 130 И0 СО 4И ЮО 5Т0
Дня потери ел*-0 —ОТ/О! Т.*С
каолинит 265 Вт
[ • -------ВТ/011 Т. *С
полиминеральный суглинок 265 Вт 1.4 ----------------------------------------------------------
Таблица 6
Результаты расчета коэффициента пропорциональности между скоростью диэлектрического нагрева и диэлектрическими потерями полиминерального суглинка, каолиновой и монтмориллониговой глин на исследованных стадиях дегидратации в СВЧ-поле различной мощности
Стадии дегидгатации Коэфс иишслты пропорциональности при СВЧ-мощностях
265 Вт 500 Вт 830 Вт
Кол-во точек Кїбі с щ, Кол-во точек К}оо а Що Кол-во точек Квзо о та
Полиминеральный суглинок (Башкортостан)
I 95 1,779 1,23'10"1 2,14-10“3 98 2,95 5,01-10-4 8,72-10~5 66 5,576 1,27-10“3 2.21-1'Г1
I 406 1,775 3,74' 1СГ4' 2,41- КГ5 252 2,958 6,45-10'' 7,70-10“* 83 5,576 1,39-10 3 2,23-Ю '
II - 100 °С 1836 1,748 5.82-1 о * 2,37-10^ 1183 2,953 9,27-10“2 4,53-10 3 530 5,435 8,52-10“2 5,14-10“3
II 2024 1,951 1,6 МО“3 4,97- КГ5 5621 3,048 .2,49-10-1 5,50-10“3 2032 5.257 9,50-10 2 2,92-10“3
Каолинит(Глуховец)
I 35 0,742 0,3137 0,053 35 4,43 .2,65-10“1 4,48-10“2 35 7,134 5,16-10“1 8,73-КГ2
I 168 -0,417 0,7038 0,054 168 4,407 2.31-І с ' 1,78-10“3 67 388,184 55274,08 6752,801
II - 100 ' С 729 5,074 9,8602 0,365 720 4,184 1,0775 4.1)2-ЮГ2 580 4942,469 34346,11 1426,145
II 2484 1,139 6,063 0,122 2409 3,814 1,066 2,42-10“2 1153 2961,261 25695,9 756,74
Монтмо риллонит (Огланлы)
I 35 1,04 5,68-10-4 9,52-10“5 35 4,6.15 7,45-10-4 1,25-10-4 36 6,606 729-10“1 1,22-10“1
I 131 1,04 4,68-10 5 4,09-10^ 121 4,559 4,6-10“2 4,19-10“3 64 6,686 1,04-10“1 1,3110 2
II- ІІК) Г- 613 1,011 8,64-10^: 3,49-10“5 528 4,432 1,46-10“1 6,33-10"3 201 6,534 1,94-10“1 1,37-10“2
II 2677 0,955 9,83-10“2 1,9-10“3 2646 3,908 7,5-10“1 1,46-10“2 1234 6,156 2,27-10“4 6,36-1045
Примечание, о - среднее квадратичное отклонение; Шд-ошиока среднего квадратичного отклонения.
Определение диэлектрической проницаемости 129
Полученные коэффициенты пропорциональности для исследованных СВЧ-мощностей К265; К500 и К830 в зависимости г"„ = 0 = / (Г/х, °С/с) являются индивидуальными для каждого минерального состава грунта и для каждой исследованной СВЧ-мощности. Эти коэффициенты могут быть использованы при выборе режимов СВЧ-термообработки грунтов (времени или температуры) и в прогнозном моделировании процессов термоупрочнения грунтовой толщи с учетом начальных диэлектрических потерь и влажности глинистых грунтов до нагрева при 20 °С. Определение температуры нагрева при известных диэлектрических потерях для каждой мощности можно рассчитывать по формулам:
Т265 = К265 ' • 8 ' п = 0 • Т,
Т500 = К500 ■ • 8 ' п = 0 • Т,
Т830 = К830 ' 8 п = 0 • Т.
Полученные результаты корреляционного анализа диэлектрического нагрева глинистых грунтов и прогнозное моделирование СВЧ-термо-обработки грунтовых толщ могут быть использованы при выборе режимов термообработки и для создания контрольного оборудования процессов упрочнения (термодатчики, таймеры и др.). В частности, полученные результаты корреляционного анализа использованы нами для расчета диэлектрической проницаемости дисперсных грунтов в процессе дегидратации при нагреве их в СВЧ-поле.
Библиографический список
1. Диэлектрические свойства породообразующих минералов и дисперсных грунтов
в СВЧ-диапазоне электромагнитного поля / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, Ю.М. Егоров [и др.] // Инженерная геология. - № 6. - 1991. - С. 18-31.
2. Методика исследований миграции влаги в дисперсных грунтах при СВЧ-сушке /
Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, В.А. Головачев [и др.] // Современные проблемы применения СВЧ-энергии : тезисы докладов. - Саратов : Изд-во СГГУ, 1993. - С. 11-12.
3. Способ определения диэлектрических свойств дисперсных минералов и горных пород / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, Ю.М. Егоров [и др.] // Обеспечение надежности материалов. - Томск : Изд-во ТГАСУ, 1993. - С. 39-44.
4. Способ прогноза термообработки грунтов СВЧ-энергией / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, В.А. Головачев [и др.] // Труды материалов конференции по механике и фунда-ментостроению. - СПб., 1995. - Т. 2. - С. 230-236.
5. Методика исследований миграции влаги в глинистом грунте при его сушке в СВЧ-
поле / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, В.А. Головачев [и др.] // Повышение надежности транспортных сооружений в условиях Сибири. - Томск : Изд-во ТГАСУ, 1996. -С. 21-28.
6. Дегидратация дисперсных грунтов в СВЧ-поле / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова,
Ю.М. Егоров [и др.] // Сергеевские чтения. Вып. 2 : материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Март 2000 г. - М. : ГЕОС, 2000. - С. 15-20.
7. Новые методы и геотехнологии преобразования грунтов энергией плазмы и СВЧ-поля.
Ч. 2 / Л.В. Гончарова, В.И. Баранова, Ю.М. Егоров [и др.]. - Томск, 2003. - С. 203-237.
8. Грунтоведение / под ред. Е.М. Сергеева. - М. : Изд-во МГУ, 1973. - 388 с.
Вестник ТГАСУ № 4, 2008
131
L.V. GONCHAROVA, V.I. BARANOVA, V.I. DIVISILOVA, YU.M. EGOROV, B.V. NECHIPORENKO, V.M. FEDOROV
CORRELATIVE ANALYSIS OF MOISTURE MIGRATION IN DISPERSE GROUNDS DURING THEIR DIELECTRIC HEATING IN ELECTROMAGNETIC FIELD WITH 2450 MHZ FREQUENCY
Developed method of research of water migration in disperse grounds at dielectric heating and control of changes of weight of moisture clays and powers OHF emanation (dropped, passed, reflected) allowed to receive synchronic changes of calculated characteristics of dielectric loss (s”n = o), moisture (W, %), temperature (T, °C), and speed of heating (T/t, °C/s) of grounds. The data of calculation of couple correlation coefficients for dependence’s: (g”n = o - W, %; s”n = o - T, °C, W, % - T, °C and g”n = o - T/t °C/s with registration of water migration phases in dehydrate process of loam, kaolinite and montmoillonite clays at powers OHF emanation 265, 500 and 830 VT with 2450 MHz frequency are presented. Obtained results may be used in modeling the regimes of OHF thermoform of grounds and for control equipment creation in the process of thermo-strengthening of disperse grounds.
УДК 666.964.3:691.327+539.386:54-171
И.Н. ТРОФИМОВ, аспирант,
А.И. КУДЯКОВ, докт. техн. наук, профессор,
ТГАСУ, Томск
СДВИГОУСТОЙЧИВОСТЬ АСФАЛЬТОБЕТОНА
Предложен метод для определения сдвигоустойчивости асфальтобетонных материалов под воздействием кратковременных изменяющихся нагрузок, а также определено влияние форм зерен крупного заполнителя на сдвигоустойчивость асфальтобетона.
На асфальтобетонных покрытиях автомобильных дорог Сибири наблюдаются пластические деформации, проявляющиеся в виде колееобразования. Основными причинами пластических деформаций являются значительный рост интенсивности движения и увеличение осевых нагрузок автомобилей, а также недостаточная сдвигоустойчивость асфальтобетонных покрытий при нагреве от солнечных лучей.
Ранее проведенные исследования показывают, что величина и динамика развития деформаций асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог колеблются в широких пределах на различных участках дорог в зависимости от влияния дорожных условий на режим движения автомобилей: частота торможения и особенно скорость движения, обусловливающая продолжительность приложения транспортной нагрузки [1]. В действующих нормативно-технических документах требования к сдвигоустойчивости асфальтобетона не предусматривают их дифференциации с учетом конкретных условий эксплуатации дорог.
Для резко-континентального климата Сибири характерны высокие положительные температуры в весенний, летний и осенний периоды года. Поэтому климатические условия в сочетании с нагрузками от транспорта оказы-
© И.Н. Трофимов, А.И. Кудяков, 2008
