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T0184-2007冻结温度试验

关键字: T0184-2007冻结温度试验日期: 2021-2-15 15:34:18 点击 12037 次

JTG 3430—2020《公路土工试验规程》----32 冻土试验

T0184-2007冻结温度试验

1 目的和适用范围
本试验适用于原状和扰动的黏质土和砂质土。
2 仪器设备
仪器设备包括零温瓶、低温瓶、测温设备及试样杯等，如图T 0184-1 所示。
2.1 零温瓶：容积为3.57L，内盛冰水混合物（其温度应为0+0.1 ℃）。
2.2 低温瓶：容积为3.57L，内盛低融冰晶混合物，其温度宜为-7.6 ℃。
2.3 测温设备：由热电偶和数字电压表组成。热电偶宜用0.2mm 的铜和康铜线材制成。数字电压表：量程2mV，分度值为1uV。
2.4 试样杯：用黄铜制成，直径3.5cm，高5cm，带有杯盖。
2.5 其他：用于配制低融冰晶混合物的氯化钠、氯化钙，硬质聚氯乙烯管（直径5cm，长25cm），切土刀等。
图T 0184-1 冻结温度试验装置示意图
1-数字电压表；2-热电偶；3-零温瓶；4-低温瓶；5-塑料管；6-试样杯；7-干砂
3 试验步骤
3.1 原状土试验
3.1.1 土样应按自然沉积方向放置。剥去蜡封和胶带，开启土样筒取出土样。
3.1.2 试样杯内壁涂一薄层凡士林，杯口向下放在土样上。将试样杯垂直下压，并用切土刀沿杯外壁切削土样。边压边削至土样达到试样杯高度，用钢丝锯整平杯口，擦净外壁，盖上杯盖，并取余土测定含水率。
3.1.3 将热电偶的测温端插入试样中心，杯盖周侧用硝基漆密封。
3.1.4 零温瓶内装入用纯水制成的冰块，冰块直径应小于2cm，再倒入纯水，使水面与冰块面相平，然后插入热电偶零温端。
3.1.5 低温瓶内装入用浓度2mo1/L 氯化钠等溶液制成的盐冰块，其直径应小于2cm，再倒入相同浓度的氯化物溶液，使之与冰块面相平。
3.1.6 将封好底且内装5cm 高干砂的塑料管插入低温瓶内，再把试样杯放入塑料管内。然后，塑料管口和低温瓶口分别用橡皮塞和瓶盖密封。
3.1.7 将热电偶测定端与数字电压表相连，每分钟测量一次热电势，当电势值突然减少并连续3次稳定在某一数值（相应的温度即为冻结温度），试验结束。
3.2 扰动冻土试验
3.2.1 称取风干土样，平铺于搪瓷盘内，按所需的加水量将纯水均匀喷洒在土样上，充分拌匀后装入盛土器内盖紧，润湿24h（砂质土的润湿时间可酌减）。
3.2.2 将制配好的土样装入试样杯中，以装实装满为止。杯口加盖。将热电偶测温端插入试样中心。杯盖周侧用硝基漆密封。
3.2.3 按本试验3.1.4～3.1.7 的规定进行试验。
4 结果整理
4.1 按下式计算冻结温度：
      V
Tf=----------               （T 0184-1）
      K
式中：Tf——冻结温度，计算至0.1℃；
V——热电势跳跃后的电压稳定值（uV）；
K——热电偶的标定系数（uV/℃）。
4.2 绘制温度和时间过程曲线，如图T 0184-2。
图T0184-2 土的冻结过程曲线
4.3 本试验记录格式如表T0184-1。
表 T 0184-1 冻结温度试验记录表
工程名称                  试验者
钻孔编号                   计算者
试验日期                   校核者
热点偶编号：热点偶系数K（uV/℃）
序号历时（min）电压表示值（μV）实际温度（℃）（1）（2）（3）备注— — （2）K5 22.12410 17.32615 11.72720 8.61525 6.51530 5.09535 4.12940 3.46745 3.01250
5 报告
5.1 冻土的性状描述。
5.2 冻土的冻结温度Tf值。

条文说明

1 土的冻结是以土中孔隙水结晶为表征。冰结温度是判别土是否处于冻结状态的指标。纯水的结冰温度为0℃，土中水分由于受到土颗粒表面能的束缚且含有化学物质，其冻结温度均低于0℃。土的冻结温度主要取决于土颗粒的分散度、土中水的化学成分和外加载荷。
2 本试验采用热电偶测温法，因此需要零温瓶和低温瓶。若采用贝克曼温度计（分辨度为0.05℃、量程为-10～+20℃）测温，则可省略温瓶、数字表和热电偶。
3 土中的液态水变成固态的冰这一结晶过程大致要经历三个阶段：先形成很小的分子集团，称为结晶中心或称生长点（germs）；再由这种分子集团生长变成稍大一些团粒，称为晶核（nuclei）；最后由这些小团粒结合或生长，产生冰晶（icecrystal）。从冻结过程的温度曲线上，可以看出：第一阶段，土体开始冷却和过冷，此时土中尚未冻结成冰，其持续时间取决于土中的水量和冷却速度；第二阶段，土中冰晶已形成，由于水结晶而放出大量的潜热，使土体温度剧烈上升；第三阶段，孔隙水结冰阶段，这阶段中土体的稳定温度就是土中水的冻结温度。所以，土中水冰结的时间过程一般须经历过冷、跳跃、恒定及降低阶段，见本试验图T 0184-2。当出现跳跃时，热电势会突然减小，接着稳定在某一数值，此即为开始冻结。因而规程中规定：“当电热值突然减小并连续三次稳定在某一数值（该稳定温度即为冻结温度），试验结束”。

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