Mrznutí a tání vody v porézním prostředí

Abstract

Hlavním cílem bakalářské práce bylo provést sérii testovacích experimentů mrznutí a tání na vzorku naplněného vzduchem, vodou a plně nasyceným pískem. Měřící sestava byla v rámci bakalářské práce upravena, byla nainstalována doplňková teplotní čidla a vzorek byl upravován dle zadání testovacích experimentů. Během experimentů se vzduchem, vodou a pískem byly měřeny průběhy teplot uvnitř a vně vzorku umístěného v mrazící jednotce. Válcová experimentální sestava byla sestavena z vnitřního válcového vzorku, který byl po stranách a spodním okraji obalen izolačními vrstvami. Povrch vzorku byl zakryt hliníkovou pokličkou. Nádoba se vzorkem byla umístěna do mrazící jednotky, kde byla vystavována teplotám kladným i záporným. Vývoj teplot uvnitř a vně vzorku byl zaznamenáván teplotními čidly (109 SS-L, Campbell Scientific, U.S.A.). Čtyři teplotní čidla byla umístěna v různých hloubkách uvnitř vzorku a tři mimo vzorek. Hodnoty teplot byly díky řídící a záznamové jednotce (CR 1000, Campbell Scientific, U.S.A.) zaznamenány a uloženy. Byly provedeny dva testovací experimenty se vzduchem a nastavením teplot + 5 °C, 0 °C a + 17 °C, + 20 °C, jeden testovací experiment s destilovanou vodou a nastavením teplot + 5 °C, 0 °C a tři experimenty s plně nasyceným vzorkem písku s různým nastavením teplot. Experimenty poskytly detailní informace o dynamice a teplotně-mechanických změnách během fází tání a mrznutí. Horizontální teplotní gradient byl pozorován během obou fází mrznutí a tání. Výsledky ukazují průběhy teplot a jejich rozložení v průběhu experimentu. Teploty uvnitř i vně vzorku se drží teplotní stratifikace, kdy chladnější vzduch s vyšší hustotou se drží u dna.

The main aim of this thesis was to perform a series of freeze-thaw test experiments on sample filled with the air, distilled water and fully saturated sand. The experimental setup was modified and the additional temperature sensors were installed. Sample was adjusted according to the assignment of testing experiments. During experiments the inner temperature and outer temperature were monitored. The cylindrical experimental setup was assembled with an inner cylindrical sample, which was wrapped with insulation layers on the sides and bottom edge. The top of the sample was covered with an aluminum lid. The sample container was placed in a freezer unit and it was exposed to positive and negative temperatures. The temperatures were monitored by temperature sensors (109 SS-L, Campbell Scientific, U.S.A.). Four temperature sensors were placed at different depths inside the sample and three outside of the sample. Two test experiments with air and temperature settings of + 5 °C, 0 °C and + 17 °C, + 20 °C, one test experiment with distilled water and temperature settings of + 5 °C, 0 °C and three experiments with different temperature settings were done. The samples provided detailed information on the dynamics and thermo-mechanical changes during the thawing and freezing phases. A horizontal temperature gradient was observed during freezing and thawing cycles. The results show temperature profiles during air testing experiment and their distribution inside and outside the sample. The temperature stratification where the colder air with higher density is kept at the bottom, was monitored.