冻融过程中煤渣-相变材料对粉砂土温度分布的影响

唐少容; 刘锦豪; 李昊天; 殷磊; 李娟

doi:10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.008

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

冻融过程中煤渣-相变材料对粉砂土温度分布的影响

土木与交通工程 | 更新时间：2026-04-29

- 冻融过程中煤渣-相变材料对粉砂土温度分布的影响
- Experimental Study on Temperature Distribution of Silty Sand Improved by Cinder and Phase Change Material During Freeze-Thaw Process
- 西北工程技术学报（中英文） 2026年25卷第1期页码：58-62
- 作者机构：
  
  1.宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021
  2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，宁夏银川 750021
  3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，宁夏银川 750021
- 作者简介：
  
  唐少容（1982—），女，副教授，博士，主要从事寒旱区水工结构与岩土工程方面的科研与教学工作（tangsrong@126.com）。
- 基金信息：
  
  宁夏自然科学基金项目(2024AAC03126;2025AAC030199);宁夏高等学校一流学科建设（水利工程学科）资助项目(NXYLXK2021A03)
- DOI：10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.008
  中图分类号： TU445
- 收稿：2023-04-24，
  
  纸质出版：2026-03-25
- 稿件说明：
移动端阅览
唐少容，刘锦豪，李昊天，等.冻融过程中煤渣-相变材料对粉砂土温度分布的影响［J］.西北工程技术学报（中英文），2026，25（1）：58-62.

TANG Shaorong,LIU Jinhao,LI Haotian,et al.Experimental Study on Temperature Distribution of Silty Sand Improved by Cinder and Phase Change Material During Freeze-Thaw Process[J].Journal of Northwest Engineering Technology,2026,25(01):58-62.
唐少容，刘锦豪，李昊天，等.冻融过程中煤渣-相变材料对粉砂土温度分布的影响［J］.西北工程技术学报（中英文），2026，25（1）：58-62. DOI： 10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.008.

TANG Shaorong,LIU Jinhao,LI Haotian,et al.Experimental Study on Temperature Distribution of Silty Sand Improved by Cinder and Phase Change Material During Freeze-Thaw Process[J].Journal of Northwest Engineering Technology,2026,25(01):58-62. DOI： 10.26974/j.cnki.XBGC.2026.01.008.

摘要

为了研究相变材料（phase change material，PCM）在冻融过程中对渠道土体温度场的影响和作用机理，分别利用石蜡基PCM和煤渣，制备石蜡基PCM改良土和煤渣-石蜡基PCM改良土，开展相变材料改良土体的单向冻融试验，分析土柱各层温度随着时间的变化。结果表明：改良土各土层间温度梯度减小，升降温速率减缓；冻结结束后，粉砂土土柱整体土层已降至0 ℃以下，石蜡基PCM改良土土柱距离柱顶约16 cm范围内的土层温度低于0 ℃，煤渣-石蜡基PCM改良土土柱距离柱顶约8 cm范围内的土层温度低于0 ℃，土柱顶端达到0 ℃的时间依次约为13，16，19 h。石蜡基PCM具有延缓土体冻融时间的作用，尤其是利用煤渣进行二次改良后，煤渣大量吸附石蜡基PCM，延迟作用更加明显；加入石蜡基PCM后，外部温度剧烈变化对土层的影响降低，土体温度场被调整得更为均匀。

Abstract

In order to study the influence and mechanism of phase change material （PCM） on the temperature field of channel soil during the freeze-thaw process， paraffin-based PCM and cinder were used to prepare paraffin-based PCM modified soil （PMS） and cinder-paraffin-based PCM modified soil （CPMS）. One-way freeze-thaw tests were conducted on the modified soils to analyze the temperature variation of the soil column over time. The results show that the temperature gradient between different layers of the modified soils decreases， and the rate of temperature change slows down. After the freezing process， the entire silty sand column reaches a temperature below 0 ℃. The temperature of the soil layer within about 16cm from the top of the PMS column drops below 0 ℃， while for the CPMS column， this occurs within approximately 8 cm from the top. The times taken for the top of the soil columns to reach 0 ℃ are about 13， 16 and 19 h for plain soil， PMS， and CPMS， respectively. The paraffin-based PCM effectively extends the duration of the freeze-thaw cycle in the soil， and this effect is significantly enhanced after incorporating cinder， which adsorbs a large amount of the PCM. Additionally， the influence of drastic changes in external temperature on the soil layers is mitigated， resulting in a more uniform temperature field within the soil.

关键词

Keywords

references

齐吉琳，张建明，朱元林 . 冻融作用对土结构性影响的土力学意义［J］. 岩石力学与工程学报， 2003 ， 22 （增刊2 ）： 2690 - 2694 .

谈云志，吴翩，付伟，等 . 改良粉土强度的冻融循环效应与微观机制［J］. 岩土力学， 2013 ， 34 （ 10 ）： 2827 - 2834 .

任帅，任翔 . 基于纳米SiO 2 改良的橡胶冻黏土性能试验研究［J］. 煤炭技术， 2020 ， 39 （ 6 ）： 31 - 35 .

Aguayo M ， Das S ， Castro C ， et al . Porous inclusions as hosts for phase change materials in cementitious composites： Characterization， thermal performance， and analytical models ［J］. Construction and Building Materials ， 2017 ， 134 ： 574 - 584 .

Farid M M ， Khudhair A M ， Ali K Razack S ， et al . A review on phase change energy storage： Materials and applications ［J］. Energy Conversion and Management ， 2004 ， 45 （ 9/10 ）： 1597 - 1615 .

Marani A ， Nehdi M L . Integrating phase change materials in construction materials： Critical review ［J］. Construction and Building Materials ， 2019 ， 217 ： 36 - 49 .

黄英豪，陈永，朱洵，等 . 相变材料改良膨胀土冻融性能试验研究及微观机理分析［J］. 岩土工程学报， 2021 ， 43 （ 11 ）： 1994 - 2002 .

Kravchenko E ， Liu J K ， Chang D ， et al . Study of the thermal field of a mixture of soil and PCM materials with simulation of the warming effect during a phase change ［J］. Construction and Building Materials ， 2020 ， 262 ： 120818 .

Kravchenko E ， Liu J K ， Li X . Numerical modeling of the thermal performance of soil containing microencapsulated PCM ［J］. Construction and Building Materials ， 2021 ， 298 ： 123865 .

Mahedi M ， Cetin B ， Cetin K S . Freeze-thaw performance of phase change material （PCM） incorporated pavement subgrade soil ［J］. Construction and Building Materials ， 2019 ， 202 ： 449 - 464 .

孙斌祥，陈加集，潘建光 . 掺微胶囊相变材料粗粒土的冻胀试验研究［J］. 冰川冻土， 2023 ， 45 （ 1 ）： 178 - 185 .

郑永杰，张翛，雒志利，等 . 冻融循环下相变材料改良黄土路基物理力学特性研究［J］. 公路， 2022 ， 67 （ 8 ）： 36 - 43 .

张向东，任昆 . 煤渣改良土的抗冻能力及损伤特性研究［J］. 冰川冻土， 2018 ， 40 （ 4 ）： 764 - 772 .

中华人民共和国建设部 . 岩土工程勘察规范： GB 50021—2001 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2004 .

中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 . 水工建筑物抗冰冻设计标准： GB/T 50662—2011 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2011 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据