Новая технология оценки замерзания воды в грунтах повысит безопасность строительства в холодных регионах
Ученые из Сколтеха и Научно-исследовательского центра «Строительство» продемонстрировали практическую ценность ранее запатентованного ими метода определения температуры замерзания грунта и содержания незамерзшей воды в нем. Мониторинг этих двух параметров необходим при строительстве и эксплуатации дорог, мостов, жилых домов и промышленных объектов в районах распространения вечной мерзлоты, причем он особенно актуален в условиях глобального потепления, из-за которого грунт может оттаивать и становиться нестабильным. Достоинства развиваемого российским коллективом водно-потенциометрического метода — точность, быстродействие, сравнительная бюджетность, применимость к разным типам грунтов.
Результаты испытаний опубликованы в журнале Cold Regions Science and Technology. «Когда речь заходит о строительстве на вечной мерзлоте в арктическом регионе, нужно понимать, при какой температуре замерзает — или оттаивает — тот или иной грунт и каково остаточное содержание жидкой воды в нем.
Эти параметры влияют на механические свойства грунта и нужны для рассчетов, которыми в конечном итоге обеспечена стабильность строений жилищного фонда, транспортной инфраструктуры и промышленных объектов: газопроводов, нефтяных скважин и прочего, — комментирует исследование его первый автор, ведущий научный сотрудник Сколтеха Евгений Чувилин. — Их мониторинг особенно актуален в случае с излучающими тепло объектами, такими как ТЭЦ, и в контексте глобального потепления, поскольку из-за него мерзлый грунт оттаивает».
Необходимые измерения можно провести при помощи спектроскопии ядерного магнитного резонанса или контактным методом, но первая процедура стоит так дорого, что доступна лишь крупным организациям, а вторая требует много времени и опять же немалых затрат — в связи с тем, что нужно много образцов грунта, которые должны охлаждаться дорогостоящим оборудованием.
Чувилин и его коллеги из Сколтеха — главный научный сотрудник Владимир Истомин и научный сотрудник Борис Буханов — предложили альтернативный подход. Запатентованный ими в 2018 году водно-потенциометрический метод использует сравнительно недорогое оборудование, работает быстро и не требует заморозки грунта. Для анализа образцы ступенчато высушиваются, при этом регистрируется, как меняются энергия связи воды в порах с частицами грунта и давление пара над влажным образцом — по этим величинам можно вычислить температуру замерзания и содержание незамерзшей воды. Научный коллектив продемонстрировал эффективность метода путем его валидации в сравнении с другими методами.
«Мы показали, что наш метод применим к грунтам с разным размером частиц, минеральным составом, содержанием органического материала и солей, — рассказывает Чувилин. — Результаты хорошо согласуются с прямыми измерениями, в том числе спектроскопией ядерного магнитного резонанса, поэтому мы можем говорить о достижении необходимой точности и рекомендовать свой метод для определения точки замерзания и содержания незамерзшей воды в грунтах разных типов».
Освещенное в этой статье исследование — последняя в серии работ, представляющих и совершенствующих водно-потенциометрический метод. Проведя его валидацию в сравнении с привычными методами и подтвердив расширенный перечень доступных для анализа грунтов, ученые посылают сигнал инженерам из строительной отрасли, которые теперь могут воспользоваться преимуществами нового подхода.
«Метод могут уже сейчас брать на вооружение специалисты, которым интересна не столько тонкая физика процесса, сколько решение конкретных задач. Наша работа даёт ответы на вопросы, которые могли у них возникнуть. Будет ли метод работать на грунте определенного типа? Какова его точность? В каком температурном диапазоне он апробирован? — говорит Чувилин. — Мы обозначили преимущества и показали конечному пользователю, что наш метод — это проверенное и конкурентоспособное решение его проблемы».
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина предложили подход к отбору малодебетных нефтегазовых месторождений, которые составляют около 88% нераспределенного фонда нефтяных участков. Модель расчета поможет вовлечь в экономический оборот от 400 до 600 миллионов тонн ранее нерентабельных запасов.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно