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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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