ИЗМЕРЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НЕЗАМЕРЗШЕЙ ВОДЫ В ПЕНОСТЕКЛЕ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

С. В. Цыренжапов, А. А. Гурулев, А. О. Орлов

Цыренжапов С. В. и др. Измерение содержания незамерзшей воды в пеностекле при отрицательных температурах // Известия УГГУ. 2018. Вып. 3(51). С. 83-88. DOI 10.21440/2307-2091-2018-3-83-88

Актуальность работы обусловлена активным использованием пеностекла как утеплителя в строительстве и, как следствие, требованием исследования его физических свойств в широком интервале температур.
Методика исследования. Выполнено определение количества воды в жидком состоянии в пеностекле при отрицательных температурах методом СВЧ-влагометрии. Данный метод основан на измерении мощности электромагнитного излучения в микроволновом диапазоне, прошедшего через исследуемый образец пеностекла при изменении его температуры. Измерения выполнялись на частоте 10 ГГц.
Цель работы: изучить возможности метода для определения количества влаги в пеностекле в температурном интервале 0…–100 °C.
Результаты. Приведены экспериментальные данные по измерению количества незамерзшей воды в мелкопористом пеностекле в зависимости от температуры. Вода в переохлажденном состоянии имеет ряд аномальных свойств, что необходимо учитывать при использовании увлажненных сред при отрицательных температурах. При расчетах количества воды в образце необходимо учитывать действительную и мнимую части относительной комплексной диэлектрической проницаемости переохлажденной воды в микроволновом диапазоне. Авторы использовали при расчетах количества переохлажденной воды в мелкопористом пеностекле эмпирическую зависимость электромагнитных параметров воды при отрицательных температурах, предложенную соавтором данной статьи А. О. Орловым. В результате эксперимента показано, что некоторое количество воды в исследуемом материале остается в жидком состоянии до температуры –80 °C.
Выводы. Установлено, что основная часть жидкой воды в крупнопористом пеностекле переходит в твердую фазу – лед при температуре, близкой к 0 °C, в мелкопористом этот переход растягивается до –30 °C. Также в цикле охлаждения-нагревания пеностекла был обнаружен гистерезис электромагнитных потерь. Предложенный метод определения переохлажденной воды будет полезен инженерам-строителям при тепловых расчетах зданий и сооружений при использовании пеностекла в качестве утеплительного материала.

Ключевые слова: пеностекло, переохлажденная вода, микроволновый диапазон, область отрицательных температур, СВЧ-влагометрия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кетов А. А., Толмачев А. В. Пеностекло – технологические реалии и рынок // Строительные материалы. 2015. № 1. С. 17–23.
2. Минько Н. И., Пучка О. В., Евтушенко Е. И., Нарцев В. М., Сергеев С. В. Пеностекло – современный эффективный неорганический теплоизоляционный материал // Фундаментальные исследования. 2013. № 6/4. С. 849–854.
3. Сапачева Л. В., Горегляд С. Ю. Пеностекло для экологичного строительства в России // Строительные материалы. 2015. № 1. С. 30–31.
4. Клочков Я. В., Непомнящих Е. В., Линейцев В. Ю. Применение пеностекла для регулирования теплового режима грунтов в сложных климатических условиях // Вестник Забайкальского государственного университета. 2015. № 6 (121). С. 9–15.
5. Истомин В. А., Чувилин Е. М., Махонина Н. А., Буханов Б. А. Определение температурной зависимости содержания незамерзшей воды в грунтах по потенциалу влаги // Криосфера Земли. 2009. Т. XIII, № 2. С. 35–43.
6. Старостин Е. Г. Определение количества незамерзшей воды по кинетике кристаллизации // Криосфера Земли. 2008. Т. XII, № 2. С. 60–64.
7. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высш. школа, 1973. 445 с.
8. Handle P. H., Loerting T., Scortino F. Supercooled and glassy water: Metastable liquid(s), amorphous solid(s), and a no-man’s land // Proc. Nat. Acad. Sc. (USA). 2017. Vol. 114. Issue 51. P. 13336–13344.
9. Angell C. A. Forty Years of Silica Simulations. Which Way Now? // International Journal of Applied Glass Science. 2015. Vol. 6. Issue 1. P. 3–14.
10. Limmer D. T., Chandler D. Phase diagram of supercooled water confined to hydrophilic nanopores // Journal of Chemical Physics. 2012. Vol. 137. P. 044509-1–11. DOI: 10.1063/1.4737907
11. Anisimov M. A. Cold and Supercooled Water: A Novel Supercritical-Fluid Solvent // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2012. Vol. 6. № 8. P. 861–867.
12. Mishima O., Stanley H. E. The relationship between liquid, supercooled and glassy water // Nature. 1998. Vol. 396. P. 329–335.
13. Бензарь В. К. Техника СВЧ-влагометрии. Минск: Высш. школа, 1974. 349 с.
14. Álvarez A., Fayos-Fernández J., Monzó-Cabrera J., Cocero M. J., Mato R. B. Measurement and correlation of the dielectric properties of a grape pomace extraction media. Effect of temperature and composition // Journal of Food Engineering. 2017. Vol. 197. P. 98–106.
15. Бордонский Г. С., Орлов А. О., Хапин Ю. Б. Коэффициент затухания и диэлектрическая проницаемость переохлажденной объемной воды в интервале температур 0…–90 °C на частотах 11...140 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 3. С. 255–270.
16. Meissner T., Wentz F. J. The complex dielectric constant of pure and sea water from microwave satellite observations // IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens. 2004. Vol. 42, № 9. P. 1836–1849.
17. Харвей А. Ф. Техника сверхвысоких частот. М.: Сов. радио, 1965. Т. 1. 784 с.
18. Бордонский Г. С., Орлов А. О., Филиппова Т. Г. Температурная зависимость электрических параметров мерзлого песка на низких частотах // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51, № 3. С. 314–319.